Резерфорд

Сколько тонких экспериментаторских ухищрений вызвало к жизни стремление физиков все точнее и точнее определять эту величину. При лабораторной технике тех времен раздельное определение ничтожного заряда и ничтожной массы микротелец оказывалось почти недоступным. А величина e/m входила в формулы для многих макрособытий, и потому попытки все более точного ее измерения не были тщетными.

Нетрудно понять, ожиданием какого результата томился Резерфорд.

Не отвлеченные философические рассуждения привели к открытию электрона: громадная величина e/m для этих заряженных корпускул — вот что в свое время ошеломило Дж. Дж. Вот что заставило его объявить о существовании в природе телец с массой в тысячу раз меньшей, чем у легчайшего из атомов — водородного. А Резерфорд уже знал, как трудно отклонить магнитным полем альфа-частицы. Он не сомневался, что величина e/m для них сравнительно невелика. Причин могло быть две: малость заряда «e» или значительность массы «m». Либо то и другое вместе. Но весь опыт физики убеждал, что заряда меньше электронного не бывает. Следовало ожидать, что у альфа-частиц масса велика — сравнима с массой целых атомов!

Но если это правда, думал он, то теория атомного распада сразу получит внушительное подтверждение. Станет ясно, почему испускание альфа-лучей приводит к таким глубоким последствиям, как превращение одного элемента в другой. Атом теряет ощутимую часть своей массы — изменяется его атомный вес! (Различие в атомных весах еще казалось тогда самым фундаментальным различием атомов — на этом построена была периодическая система Менделеева.)

Когда рассказывают об экспериментаторском гении Резерфорда, в ряду обязательных примеров всегда вспоминают и ту его осеннюю работу 1902 года. Но ее красота впечатляет только физиков-экспериментаторов. Они прощают ему, что он преодолел лишь половину технических трудностей дела, ибо знают им цену. Он сумел надежно измерить отклонение альфа-частиц лишь в магнитном поле, а в электрическом — не сумел. Эффект был замаскирован побочными явлениями.

Все же к ноябрю он имел все основания дать первую правдоподобную оценку e/m, а заодно и скорости этих частиц. Но, готовя статью для «Philosophical magazine», он вынужден был предупредить читателей-коллег:

Эти результаты — только грубые приближения и просто показывают порядок величин. А величины были такие: скорость — примерно 25 тысяч километров в секунду, около 0,1 скорости света и e/m — примерно 6000. В тех же единицах по тогдашним заниженным данным e/m для водородного иона достигало 10 тысяч, а для электрона превышало 10 миллионов.

В день, когда Резерфорд сумел сделать свой подсчет, из его профессорской комнаты громко доносилось: «Вперед, со-оолдаты Христа…» И живо представляется, как повторялся один и тот же кадр: приоткрывалась дверь, и в ее проеме поочередно возникали фигуры его «мальчиков» — то Бэрнс, то МакКланг, то Грайер, то Аллен, то Кук, то Оуэнс наконец; у каждого улыбка на лице и молчаливый вопрос в глазах: «сколько?» И каждому в ответ короткое: «Шесть тысяч, мальчики!»

Все понимали, что это значит для шефа. Для шефа и для атомной физики. Шесть тысяч почти в два раза меньше десяти. И следовательно, альфа-частицы почти в два раза тяжелее атомов водорода! Это при условии, что заряд у них минимальный, такой же, как у водородного иона: e = +1. А если заряд их больше — скажем, 2e? Тогда и масса вдвое больше… И они уже равны по массе учетверенным атомам водорода… Скромнейшая арифметика кружила голову. В конце отчетной статьи Резерфорд позволил себе напророчествовать:

Способность радиоактивных веществ испускать, по-видимому самопроизвольно, большие массы с громадными скоростями подтверждает ту точку зрения, что атомы этих субстанций устроены, по крайней мере частично, как быстро вращающиеся или колеблющиеся системы заряженных телец, весьма тяжелых по сравнению с электроном.

Так 10 ноября 1902 года Эрнст Резерфорд дал первый набросок своей будущей модели атома. Набросок грубый, как наскальный рисунок дикаря, но и столь же выразительный. Замечательны были незаметные слова — «по крайней мере частично». В них заключался намек на возможность неоднородного строения атома. При большом желании в них можно увидеть предвосхищение идеи атомного ядра, пространственно отделенного от электронов…

Вот когда действительно начался его альфа-роман.