Даниил Данин - Резерфорд

Резерфорд превратил Гейгера в грешника. Он соблазнил его ролью, какую тот едва ли рискнул бы взять на себя сам. И потому, вспоминая через тридцать лет, как начиналось открытие структуры атома, Ганс Гейгер написал в своих мемориальных заметках о Резерфорде:

Никто из нас, молодых людей, работавших в лаборатории, не знавал его прежде, но теперь, когда он появился здесь, мы достаточно быстро почувствовали, что идем навстречу великим временам.

Признание, которому можно, безусловно, поверить, ибо Гейгер был из тех, кто не умеет восторженно преувеличивать.

Но что он, собственно, хотел сказать? Неужели и вправду, занимаясь всего лишь успешным счетом альфа-частиц, можно было уже почувствовать, что наступают великие времена, то есть эпоха расшифровки атомной структуры?

Ганс Гейгер думал о другом — об окрыляющей атмосфере подъема, какая воцарилась в лаборатории с приходом нового шефа. Нечаянно он объяснил секрет возвышающего влияния Резерфорда. Отчего так популярен рассказ о французе, повелевшем слуге будить его каждое утро словами: «Вставайте, граф, вам предстоят великие дела!»? Впечатляет энергия оптимизма. И откровенность веры в свою предназначенность. Покоряет стремление поддерживать эту веру негаснущей.

Резерфорд был ежеутренним слугой оптимизма у себя и своих мальчиков.

Гансу Гейгеру следовало добавить фразу: «И мы, молодые люди, быстро почувствовали, что становимся иными, чем были прежде».

Итак, решалась проблема № 21. До самой весны 1908 года Резерфорд и Гейгер боролись с экспериментальными трудностями, «которых сегодня нельзя даже понять». Зато, когда летом дело дошло, наконец, до арифметических процедур, они смогли уверенно заявить: величина заряда альфа-частицы равна 9,3·10 -10электростатических единиц.

9,3… — это было интересное число. Ожидавшееся и неожиданное. Ожидавшееся — потому что оно подтверждало гелиевую гипотезу: да, альфа-частицы — это ионы с удвоенным водородным зарядом — 2e. И неожиданное — потому что оно заставляло признать слишком малыми все предшествовавшие оценки самой величины «e».

Таких оценок существовало уже довольно много, ибо речь шла о значении фундаментальной физической константы нашего мира — о величине элементарного электрического заряда! Как скорость света «c» или постоянную Планка «h», ее нужно было знать со всею доступной точностью. (Надо ли напоминать, что «e» у иона водорода по абсолютному значению то же, что у электрона, но только у водородного иона «+e», а у электрона «-е».) С того самого времени, когда электрон был достоверно открыт в Кавендишевской лаборатории, разные исследователи на разные лады многократно измеряли эту величину. Все получали для «e» десятимиллиардные доли электростатической единицы заряда (10 -10), однако число таких долей у всех было разным:

у Таунсенда — 3,0·10 -10(1898 и 1904);

у Дж. Дж. Томсона — 3,4… (1903);

у Г. Вильсона — 3,1… (1903);

у Р. Милликена — 4,06… (февраль 1908);

у Б. Болтвуда — 4,1… (июль 1908).

Ни одно из этих чисел не могло обрадовать Резерфорда и Гейгера. Сравнивая с ними свое 9,3 для альфа-частицы, что они должны были подумать?

Неужели правы были Таунсенд, Томсон, Вильсон и «e» равно примерно 3,0·10 -10? Тогда число 9,3 показывает, что альфа-частица несет не два, а три элементарных заряда. Но если у альфа-частицы утроенный водородный заряд (3e), то она обладает ушестеренной водородной массой (6m). Этого требует надежно установленное отношение заряда к массе для альфа-частицы. И стало быть, она вовсе не ион гелия, чей атомный вес равен 4m. А если так, то и энергия ее движения в полтора раза больше предполагавшейся. И следовательно, прежние расчеты теплового эффекта радия становятся несостоятельными. Словом, хорошего мало…

Числа Милликена и Болтвуда были утешительней. Все-таки «e» у них равнялось примерно 4,0·10 -10, и вариант тройной заряженности альфа-частицы отпадал сразу: 3·4=12 — неправдоподобно много по сравнению с найденным числом 9,3. Но до благополучия и тут было далеко: двойная заряженность должна была бы, по Милликену, выразиться цифрами 8,12, а по Болтвуду — 8,2. Расхождение с величиной 9,3 снова оказывалось слишком грубым. Правда, не настолько, чтобы усомниться в гелиевой гипотезе, но достаточно грубым, чтобы не считать ее корректно подтвержденной.

Конечно, у Резерфорда и Гейгера был простейший выход: взглянуть друг на друга с досадой и признать, что электрический метод счета альфа-частиц ввел их в обман. Но они слишком заботливо вынашивали свое детище, чтобы осудить его так легко. Само число 9,3·10 -10появилось в их расчетах после того, как они критически взвесили вероятные ошибки измерений. Оно заслуживало доверия.