Звездочёты. 100 научных сказок

– «Из-за нехватки сельскохозяйственной земли в Шотландии британское правительство стало раздавать безземельным фермерам бесплатные билеты на пароходы, плывущие в отдалённые и малонаселённые английские колонии, где бедняки могли получить собственный участок земли. Шотландскому семейству Резерфордов достался бесплатный билет не в Канаду, как многим другим, более удачливым фермерам, а в более далёкую Новую Зеландию, где глава семейства стал выращивать лён. В семье было 12 детей, из которых четвёртый – Эрнст Резерфорд обладал прекрасной памятью, богатырской силой и здоровьем. Ещё он отличался от своей фермерской семьи, жившей на окраине мира, тем, что увлёкся наукой и захотел вернуться в Англию, где фермерам приходилось туго из-за тесноты, а учёным было полное раздолье.

Сильное желание – главный источник успехов человека. Эрнст прекрасно закончил школу и получил стипендию для обучения в лучшем колледже Новой Зеландии. В те времена там учились всего 150 студентов и преподавали семь профессоров, а сейчас этот колледж стал Новозеландским университетом.

В 21 год Эрнст закончил колледж, защитив магистерскую работу по радиоволнам, несколькими годами ранее открытым Герцем. Для их регистрации новозеландский магистр придумал радиоприёмник нового типа, основанный на намагничивании железа при высокочастотном разряде. Однако мечта об Англии по-прежнему оставалась мечтой. Что делать дальше?»

– Да, что дальше? – нетерпеливо спросила Галатея.

– Эрнст подал заявку на стипендию, позволявшую учиться в Англии. Но такая стипендия была всего одна на Новую Зеландию и выдавалась раз в два года. Резерфорд работал учителем в средней школе и с нетерпением ждал решения по своей заявке. К сожалению, стипендию выиграл другой человек.

– Эх! – расстроилась Галатея, болевшая за новозеландского фермера, увлечённого наукой.

– Но случилось неожиданное – выигравший отказался от стипендии и остался в Новой Зеландии. Вместо него в Англию поехал счастливый Резерфорд.

– Мечта сбылась! – засмеялась Галатея.

– Резерфорд прибыл в Кембриджский университет и приступил к работе в Кавендишской лаборатории, став аспирантом знаменитого Дж. Дж. Томсона.

– Чем же он был знаменит? – поинтересовался Андрей.

– Томсон был директором прославленной Кавендишской лаборатории Кембриджского университета и активно исследовал катодные лучи. Учёный доказал, что независимо от материала катода они состоят из одинаковых частиц с одним и тем же соотношением заряда к массе. Это отношение Томсон измерил по отклонению траекторий частиц в электрическом и магнитном полях и стал открывателем электронов – мелких заряженных частиц материи. В 1906 году он получит за это открытие Нобелевскую премию. Ленард, который тоже исследовал катодные лучи и был близок к доказательству того, что они состоят из частиц, упустил право называться открывателем электронов – и очень обиделся.

– Он и с рентгеновскими лучами опоздал! – удивился Андрей.

– Да, Ленарду хронически не везло. Хотя за исследование катодных лучей он получил Нобелевскую премию 1905 года, самые яркие открытия, связанные с этими лучами, уплыли из его рук.

Томсон не только открыл электроны, но и предположил, что они входят в состав вещества, то есть являются частичками атома. Раньше учёные рассматривали атомы как нечто целое и неделимое – Томсон первый попытался создать более детальную модель атома, которая должна была включать отдельные частицы – электроны. Но электроны, заряженные отрицательно, отталкиваются друг от друга. Значит, их взаимное отталкивание должно компенсироваться присутствием материи с положительным зарядом, чтобы атом в целом получился нейтральным. И Томсон выдвинул следующую гипотезу: атом – это массивное облако положительно заряженной материи, в котором, как изюм в пудинге, находятся лёгкие отрицательные электроны. Эту модель так и стали называть: «пудинговая модель атома».

– Звучит аппетитно! – одобрила Галатея.

– Таково было состояние дел в атомной физике и в Англии, когда туда прибыл крепкий новозеландский парень, сын фермера Эрнст Резерфорд. Приборов в лаборатории Томсона не хватало, учёные шутили: «В Кавендише, готовя эксперимент, надо было левой рукой собирать прибор, а правой держать обнажённый меч».

Уже в своих первых работах Резерфорд сделал важное открытие – обнаружил новый тип лучей. В 1898 году, используя естественный источник радиоактивного излучения, он показал, что в нём присутствует два вида частиц: положительно заряженные массивные альфа-частицы и отрицательно заряженные лёгкие бета-частицы, которые по-разному реагировали на магнитное поле, отклоняясь в разных направлениях.

– Что это за частицы? – спросила Галатея.

– Бета-частицы оказались электронами, которые открыл Томсон. Альфа-частицы были ядрами гелия, которые в тысячи раз тяжелее электрона. Через год физик Поль Виллар показал, что есть ещё и нейтрально заряженные частицы, которые не отклоняются в магнитном поле, – их назвали гамма-лучами. Эти гамма-лучи были электромагнитным излучением, только ещё более коротковолновым, чем рентгеновские лучи.