Загадки микромира

Профессор Кавендишской лаборатории Джозеф Джон Томсон, которого друзья звали запросто «Джи-Джи», начал детально изучать катодные лучи.

Все началось с естественного для физика желания узнать природу обнаруженных в трубке неизвестных частиц. Прекрасный экспериментатор, Дж. Дж. Томсон ставил серию тонких, остроумных опытов. И выяснил, что катодные лучи — это поток электронов — носителей единичных отрицательных зарядов. Позже он измерил отношение заряда к массе и, наконец, массу электрона.

В новой серии экспериментов Дж. Дж. Томсон решил выяснить: зависят ли свойства электронов от того, какой именно газ находится в разрядной трубке?

Ответ застал ученого врасплох. Все электроны оказались совершенно одинаковыми. Так, значит, кроме атомов, существуют и другие мельчайшие частицы? Так, значит, частицы эти входят в состав всех атомов всех элементов? И атомы, единые и неделимые во веки веков, не так уж просты?

Спокойный, уравновешенный Дж. Дж. Томсон и по складу ума и по характеру менее всего подходил к роли новатора в науке. Он не только не обладал энергичным темпераментом ниспровергателя основ, но никогда и не желал ниспровергать эти основы.

Новаторство — удел молодежи. Сорокалетнему же профессору Кавендишской лаборатории свойственно было скорее закрепление на завоеванных, устоявшихся жизненных позициях. Томсон был воспитан в лучших традициях классической физики. Он никогда не сомневался в ее всеобщности и могуществе.

И вот все рухнуло. Что же делать? Продолжать молиться на ярлык химической атомистики? Или же признать существование еще каких-то частиц, более элементарных, чем сам «неделимый» атом?

К чести Дж. Дж. Томсона борьба в нем двух людей — новатора и консерватора — окончилась победой новатора. Физик-экспериментатор, для которого факты — реальнейшая, если не единственно реальная, вещь на Земле, победил в нем человека, скованного по рукам и ногам канонами современной ему классической физики.

Атомный Рубикон был перейден. Простейшие кирпичики мироздания оказались сложенными, по крайней мере, из электронов.

За три года до конца XIX века в науке произошла смена лидера. Химия потеснилась, а физика начала новое столетие. Сам факт открытия первой элементарной частицы — электрона, то есть еще одной формы материи, трудно сопоставить с чем-либо другим. С крушением мифа о неделимости атома рушилась целая философская система, менялось старое мировоззрение, выработанное многими поколениями ученых.

Перешагнув «атомную черту», физики лишились поддержки классической механики Ньютона. Они лишились почвы, на которой веками стояло здание их науки.

Новой же теории, описывающей только что открытые атомные явления, пока не было. Рождения квантовой механики нужно было ждать еще несколько десятилетий. И физика повисла в воздухе — весьма неудобное состояние для науки.

Два претендента

Открытие электрона, за которое Дж. Дж. Томсон был удостоен Нобелевской премии, еще не прояснило главного. Каверзный вопрос — как устроен атом? — остался открытым.

Но не будем несправедливы к веку наших бабушек и дедушек… Ибо на самом финише прошлого столетия физики получили наконец тот инструмент, с помощью которого уже в наш век удалось проникнуть в глубь атома.

Все началось в Новозеландском университете, где за студенческой партой сидел будущий отец ядерной физики Эрнст Резерфорд. Этот студент осмелился не доверять царившим в химии взглядам на атом. И в подтверждение этого назвал свою первую научную работу «Эволюция элементов».

Окончив университет в 1894 году, Резерфорд приехал на стажировку в Англию. Ему очень повезло: он попал в Кавендишскую лабораторию к Дж. Дж. Томсону.

В это время произошло событие, на которое автор «Эволюции элементов» не мог не обратить самого пристального внимания. В 1896 году представитель большого семейства французских физиков Беккерелей — Антуан-Анри — открыл радиоактивность. Другими словами, он открыл явление самопроизвольного распада атомов. Это окончательно подорвало авторитет атомов как мельчайших, неделимых частиц вещества.

Вместе с Томсоном Резерфорд занялся изучением природы недавно открытого излучения. И вскоре наткнулся на одну многообещающую особенность. Резерфорду удалось доказать, что радиоактивное излучение неоднородно и состоит по меньшей мере из двух компонентов. Из легких бета-частиц, в которых легко узнать томсоновские электроны, и тяжелых, положительно заряженных альфа-частиц.

Золотые дни сотрудничества с Томсоном быстро кончились. Резерфорд переехал на работу сперва в Канаду, а затем — в Манчестер. Но Кавендишскую лабораторию покидал он не с пустыми руками. В заднем кармане его брюк лежал, образно говоря, заряженный пистолет. А раз появившись на свет, пистолет обязательно стреляет. Обязательно — рано или поздно.

Пистолет Резерфорда выстрелил поздно. Ему уже было за сорок, он почитался уважаемым профессором Манчестерского университета, известным специалистом по радиоактивности, лауреатом Нобелевской премии.