Роберт Криз - Призма и маятник. Десять самых красивых экспериментов в истории науки

Рис. 19.Первый набросок ядерной теории строения атома, сделанный Резерфордом, вероятно, зимой 1910–1911 гг.

В первом десятилетии двадцатого века английский физик Эрнест Резерфорд (1871–1937), проведя талантливо разработанный эксперимент, открыл внутреннюю структуру атома. К удивлению других ученых, он обнаружил, что атом состоит из центрального положительно заряженного ядра (где заключена почти вся масса атома), окруженного облаком отрицательно заряженных электронов. До того момента внутренняя структура материи оставалась одной из тех загадок – наряду с рождением и смертью Вселенной, происхождением жизни и существованием жизни на других планетах, – которые были интересным предметом для рассуждения и всякого рода предположений и гипотез, но не могли стать объектом экспериментального научного исследования. Ученые задавались вопросом: как же исследовать внутреннюю структуру атома, если весь инструментарий, которым мы располагаем, сам состоит из атомов? Это все равно что пытаться установить, что находится внутри одного резинового мяча с помощью другого резинового мяча. Решение этой проблемы Резерфордом знаменовало рождение современной физики элементарных частиц.

Путь Резерфорда к открытию был далеко не прямым. В начале своих исследований ученый и не думал, что по их завершении откроет структуру атома. Только впоследствии он осознал, что для выполнения такого эксперимента и понимания его сути имеются как необходимые инструменты, так и способы использования этих инструментов. Понадобилось определенное время и на то, чтобы убедить окружающих 129.

Резерфорд, массивный краснолицый человек с тюленьими усами, отличался необычайной уверенностью в себе, а говорил громко и напористо. Он постоянно требовал от своих ассистентов и сотрудников «быть проще». Когда его просили объяснить причины его успеха, он обычно заявлял: «Я ценю простоту, так как сам всегда был простым человеком» 130. Это вовсе не пустое бахвальство. Резерфорд превосходно понимал возможности простого оборудования в деле проникновения в самые глубокие тайны природы.

И в самом деле, с точки зрения простоты, глубины и определенности, эксперименты Резерфорда принадлежат к числу самых красивых в истории науки. Его коллега, историк науки Джеймс Джеральд Кроутер, впоследствии отмечал способность простых идей, воплощенных в экспериментах Резерфорда, давать потрясающие по значимости результаты, хотя «можно было бы ожидать, что после трех столетий активного развития физической науки идеи в ее контексте, эволюционируя, должны были неизбежно усложняться и что все простое в ней уже давно должно было быть использовано и израсходовано» 131.

По словам другого его коллеги, химика А. С. Расселла,

«оглядываясь назад, видишь красоту исследовательского метода и ту простоту, с которой была получена истина. Минимум суеты в сочетании с минимальным шансом ошибки. Одним легким движением руки Резерфорду удалось проделать почти немыслимое» 132.

Резерфорд не проявлял особого интереса к искусству и музыке, разве что в хорошем расположении духа «любил распевать „Вперед, Христово воинство“ – не слишком складно, но с большим задором» 133. Тем не менее его подход к проникновению в глубинные структуры Вселенной отличался всеми достоинствами, свойственными истинному художнику: неудержимой энергией, глубоким уважением к материалу, чрезвычайно развитым воображением. Более того, сам Резерфорд как-то заявил, что «процесс научного открытия может рассматриваться как разновидность искусства» 134.

Но как в искусстве, так и в науке творческий процесс весьма извилист, отступление на исходные позиции – обычное явление, и художники порой осознают смысл своих исканий только по завершении работы. Классическим примером тут является шедевр Резерфорда – открытие ядра атома.

Резерфорд родился в Новой Зеландии и мальчишкой любил возиться с фотокамерами, часами и моделями водяных колес на мельнице отца. В 1895 году молодой одаренный ученый был удостоен особой стипендии и получил место в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, которую историк науки Джон Льюис Хейлброн назвал «колыбелью ядерной физики» 135. Резерфорд прибыл туда в самом начале волнующей и сложной эпохи в истории физики: в 1895 году немецкий физик Вильгельм Рентген открыл рентгеновские лучи, в 1896-м француз Анри Беккерель открыл явление радиоактивности на примере урана, а в 1897 году их английский коллега Джозеф Джон Томсон, директор Кавендишской лаборатории, открыл электрон.