Маргарита Рютова-Кемоклидзе - Квантовый возраст

Но еще одна ошеломляющая случайность убедила его в том, что он столкнулся с загадочным явлением, ничего общего не имеющим со свойствами рентгеновских лучей. Чтобы подтвердить и проверить результат, полученный с чешуйками, Беккерель выбрал новый образец солей урана и приготовился облучать его лучами солнца. Но два дня кряду выдались пасмурными, солнце не показывалось, и Беккерель сложил приготовленные для опыта вещи — фотопластинку, завернутую в плотную черную ткань, алюминиевую пластинку, тонкий медный крест на ней и поверх всего этого кусочек соли урана — в ящик стола. Через несколько дней Беккерель проявил фотопластинку, пролежавшую в темном ящике стола, и обнаружил на ней четкий контур медного креста. Получалось, что соли урана самопроизвольно излучают лучи, способные проникать сквозь черную ткань и алюминиевую пластинку даже без предварительного облучения образца.

Откуда же бралась энергия излучения, да еще весьма существенная? Если в первом опыте можно было предположить, что образец поглощает энергию солнечных лучей и затем эта энергия трансформируется в энергию излучения, то на этот раз никакая энергия не поглощалась и абсолютно инертное химическое вещество излучало непонятно откуда бравшуюся энергию. Это прямо противоречило закону сохранения энергии и никакому объяснению, конечно, не поддавалось. Беккерель испытывал и другие образцы, но все попытки с самыми разными веществами, не содержащими урана, ничего подобного не дали. Зато все соединения урана, фосфоресцирующие и нефосфоресцирующие, в сухом виде или в растворе, испускали одно и то же излучение, интенсивность которого зависела только от количества урана в соединении. Стало ясно, что свойство самопроизвольно, без какой-либо обработки образца, излучать таинственные лучи присуще только урану.

В 1899 г., в результате кропотливого специального химического анализа слюдяной обманки Мария и Пьер Кюри открыли два новых радиоактивных элемента, названных ими полонием и радием. Кроме излучения таинственных лучей Беккереля полонием и радием, супруги Кюри обнаружили не менее поразительный эффект: радий, не изменяясь по внешнему виду, каждый час выделял тепло, достаточное, чтобы растопить количество льда, равное ему по весу. Почему? Ответа не было.

В том же, 1899 г., исследуя природу радиоактивного излучения, Резерфорд установил три разных типа излучения. Одно из них состояло из материальных частиц, летящих с бешеными скоростями. Резерфорд назвал их альфа-частицами, а излучение — альфа-лучами. Выбрасывая эти лучи, атом радия превращался в атом другого вещества, тяжелого инертного газа, в атом гелия. Это была настоящая алхимия. Резерфорд сделал заключение, что в радиоактивных элементах происходят спонтанные атомные превращения. Рушился еще один важный закон классической физики — закон о неизменности элементов. Разбитые в пух и прах алхимики прошлого могли теперь порадоваться — материя сама по себе, без каких-либо усилий изменялась на глазах.

Эти открытия были началом головокружительных событий в физике, развивающихся с такой быстротой, что их хватило бы на несколько десятков лет. Каждое следующее открытие безжалостно подрывало надежную логику классической физики. И к «двум облачкам», которые, казалось, вот-вот рассеются, стянулись грозные тучи, готовые в каждый момент разрушить стройные своды законов, с таким трудом и терпением возводимые в течение четырех столетий.

Это была катастрофа. Атмосфера уверенности и спокойствия сменилась полным смятением и хаосом.

Начался XX век.

У Анны Ахматовой есть стихи, где началом нового летосчисления в России она считает предреволюционное время:

В физике «не календарный — Настоящий Двадцатый Век» начался за две недели до рождества 1900 г.

14 декабря 1900 г. профессор Берлинского университета Макс Планк на заседании Берлинского физического общества доложил работу, в которой была решена проблема энергетического спектра излучения нагретого тела. Макс Планк развеял одно из «маленьких облаков», чтобы породить гораздо более глубокие проблемы, в ходе решения которых в фантастически короткий срок будет построена современная наука.

Но тогда ни сам Макс Планк, ни именитые члены Берлинского физического общества не подозревали об этом, не подозревали, что очень скоро, еще при их жизни, час упомянутого доклада войдет в историю как час рождения современной физики. Макс Планк в течение нескольких лет упорно занимался теорией излучения абсолютно черного тела. Он использовал самые различные подходы к этой проблеме, но безуспешно. В конце концов наступило время, о котором почти 20 лет спустя в нобелевской речи Макс Планк скажет: «После нескольких недель напряженнейшей в моей жизни работы темнота рассеялась, и наметились новые, неподозреваемые ранее дали» [4, с. 32]. Макс Планк получил наконец простую формулу, связывающую энергию излучения с частотой испускаемого света, но для этого он был вынужден отступить от законов классической физики и ввести в науку совершенно новое понятие — квант действия («квантум» по-латыни «количество»). Макс Планк предположил, что электроны излучают энергию не непрерывно, а отдельными порциями. При этом энергия прямо пропорциональна частоте излучения, а коэффициент пропорциональности всегда один и тот же, т. е. величина универсальная. Он обозначил ее буквой h и назвал элементарным квантом действия. Постоянная Планка скоро войдет во все формулы новой физики, устранит противоречия и поставит все на свои места. Но тогда даже сам Макс Планк, не очень доверяя новой постоянной, физический смысл которой ему был совершенно непонятен, придавал своей формуле «формальный смысл удачно угаданного закона».