Что именно в опыте резерфорда поразило исследователей

тест»Атомное ядро»
тест по физике (11 класс)

Что именно в опыте Резерфорда поразило исследователей?

1. То, что альфа-частицы пролетели сквозь фольгу
2. То, что ВСЕ альфа-частицы НЕ пролетели сквозь фольгу
3. То, что часть альфа-частиц отлетели от фольги назад
4. В этом опыте не было ничего необычного

В каком случае атом не может излучать энергию?

1. Если все электроны находятся на орбитах с наименьшей возможной энергией
2. Если все электроны находятся на орбитах с наибольшей возможной энергией
3. Если большая часть электронов находится на орбитах с наименьшей возможной энергией
4. Если большая часть электронов находится на орбитах с наибольшей возможной энергией

Теория явлений микромира –

1. Квантовая энергетика
2. Квантовая механика
3. Квантовая электроника
4. Микро-квантоника

Теория Бора количественно смогла описать

1. Атомы всех элементов
2. Только атом водорода
3. Атомы водорода и гелия
4. Атомы первых 10-ти элементов

Согласно модели Томпсона в опыте Резерфорда быстрые и массивные альфа-частицы

1. Не должны изменять своего направления
2. Должны менять своё направление
3. Должны были «застрять» в фольге
4. Должны были отразиться от фольги

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Тест по теме «Физика атомного ядра»

Этот тест позволяет проверить знания учащихся любого уровня, т. к. прилагаются задания повышенной трудности в конце теста.

Готовимся к ГИА. Тест 9 класс «Строение атома и атомного ядра »

Тест 9 класс «Строение атома и атомного ядра ».

Зачетный материал по физике для 12 класса по теме «Атомная физика. Физика атомного ядра».

Зачетный материал по физике для 12 класса вечерней (сменной) школы по теме «Атомная физика. Физика атомного ядра».

Контрольная работа по теме «Атомная физика. Физика атомного ядра»

Урок №50. Контрольная работа для 11 класса по теме «Атомная физика. Физика атомного ядра».

Урок физики в 11 классе Тема урока: строение атомного ядра. Энергия связи атомного ядра.

В процессе выполнения модульной программы учащиеся должны запомнить определения понятий «нейтрон», «нуклон», «массовое число», «энергия связи», «дефект масс», «удельная энергия связи», формулы для опр.

Строение атомного ядра. Энергия связи атомного ядра.

Урок физики в 11 классе Тема урока: Строение атомного ядра. Энергия связи атомного ядра.Цели урока: 1. В процессе выполнения модульной программы учащиеся должны запомнить определения понятий «не.

Интерактивный тест по теме «Строение атома и атомного ядра» (9 класс)

Данный ресурс представляет собой интерактивный тест в 2-х вариантах, который содержит 12 заданий с выбором одного верного ответа из четырех предложенных. Задания различного уровня сложности, что обесп.

Жизненный путь и опыты Эрнеста Резерфорда

Презентация о жизни и деятельности выдающегося физика Эрнеста Резерфорда.
Была высоко оценена на НПК школьников.
Может использоваться учителем в качестве дополнительного материала к уроку, или при проведении внеклассного мероприятия по физике,

Скачать:

Вложение	Размер
Zhiznennyy_put_i_opyty_Rezerforda1.ppt	1.92 МБ

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Опыты и жизненный путь Э. Резерфорда

Оглавление Навигация по программе Жизненный путь Начало жизненного пути Образование Учительская деятельность Присуждение стипендии Кембридж В Монреаль! Монреаль Свадьба и переезд Работа Печатные работы Лаборатория в Монреале Отъезд в Англию В Англии Нобелевская премия Возвращение в Манчестер. Новые идеи Отъезд в Кавендишскую лабораторию Ученый и война Военные исследования Новая должность И снова Кавендишская лаборатория Смерть ученого

Оглавление Ученая деятельность Опыт №1 Выяснение свойств электромагнитных волн. Опыт №2 Радиосвязь Опыт №3 Урановые лучи Опыт №4 Торий Опыт №5 Эманация тория Опыт №6 Эманация радия Опыт №7 Свойства эманации радия Опыт №8 Альфа-частицы Опыт №9 Альфа-частицы-2 Опыт №10 Обнаружение гелия Опыт №11 Контрольный Опыт №12 Открытие ядра атома Объяснение модели атома Резерфорда Опыт №13 Военные исследования Опыт №14 Трансмутация элементов

Оглавление Интересные факты Генеалогические деревья Вручение Нобелевской премии Новая модель атома Камера Вильсона Мобилизованные сотрудники лаборатории Кавендишская лаборатория Послесловие Об авторе Библиография

Навигация по программе опыты — переход к следующему слайду (жизненный путь) — переход (возврат) к следующему опыту — переход от опыта к соответствующему моменты жизни — переход к опыту, совершаемому в данное время — переход (возврат) к другой части опыта назад — возврат к предыдущему слайду (жизненный путь, интересные факты) — это интересно — переход к оглавлению

Начало жизненного пути Джеймс Резерфорд женился на шотландской эмигрантке Марте Томсон — одной из первых учительниц на Новой Зеландии. После свадьбы молодожены своими руками построили домик — бунгало среди гигантских папоротников в живописной местности Брайтуотер. Здесь 30августа 1871 года у них родился сын Эрнест Резерфорд. Эрнест был в семье четвертым ребенком, а после него у Резерфордов родилось еще восемь детей. Но лишь один из двенадцати оказался наделенным исключительными способностями. В период обучения Эрнеста в начальной школе семье приходилось несколько раз переезжать с места на место. Соответственно менялась и школа. Резерфорд окончил ее в Хейвлоке с рекордным числом баллов — пятьсот восемьдесят из шестисот возможных — и получил премию в пятьдесят фунтов. В то время эта была немалая сумма, позволившая Эрнесту продолжить образование.

Образование Юношу приняли в пятый класс колледжа в Нельсоне. Учителя сразу обратили внимание на его исключительные способности к математике. В школьном дневнике отмечалось: «Очень быстро соображающий и многообещающий математик, легко завоевавший первенство». Но математиком, как известно, Резерфорд не стал. Пожалуй, он проявлял склонность и к технике. По крайней мере юный Резерфорд очень интересовался устройством различных машин, механизмов, в частности часов, последние он любил разбирать, хотя обратный процесс ему не всегда удавался. Он также строил модели водяных мельниц. Это увлечение объяснялось тем, что Джеймс брал сына с собой на строительство водяных мельниц. В те годы на Новой Зеландии, где было множество водопадов, рек и озер, еще богатых рыбой, их сооружали в большом количестве. назад

По окончании Нельсоновского колледжа Резерфорд был принят в Кентерберийский университет (тоже называвшийся колледжем), незадолго до этого основанный в городе Крайстчерче. В этом высшем учебном заведении в те годы занималось всего сто пятьдесят студентов. Их обучали семь профессоров. Здесь Эрнест серьезно увлекся точными и естественными науками. Резерфорда заинтересовало открытие электромагнитных волн немецким физиком Генрихом Герцем, экспериментально подтвердившим правильность теории Максвелла. И он решил провести некоторые опыты для выяснения свойств электромагнитных волн, которые тогда называли волнами Герца. Молодой человек с отличием окончил Кентерберийский колледж, и впервые перед ним возникла серьезная жизненная проблема: что делать дальше? Ему представилась возможность поступить преподавателем физики в хайскул (среднюю школу) в Крайстчерче, и Резерфорд, хотя не испытывал влечения к педагогической работе, стал учителем. назад

Опыт №1 Выяснение свойств электромагнитных волн. Будущий ученый в серии опытов прежде всего показал, что электромагнитные волны при возбуждении их переменным током высокой частоты вызывают быстрое размагничивание стальной проволоки . Затем он начал разрабатывать методы обнаружения электромагнитных волн с помощью пучка намагниченных до насыщения иголочек. При возбуждении электромагнитными волнами токов высокой частоты иголки размагничивались. Все приборы, с помощью которых Резерфорду удалось измерить явления размагничивания, были изготовлены им собственноручно. Первая экспериментальная работа Резерфорда по электромагнитным волнам была опубликована в студенческом журнале и произвела большое впечатление на преподавателей и студентов колледжа. Студент стал «знаменитостью» среди жителей города.

Учительская деятельность Резерфорд, создавший впоследствии одну из крупнейших в мире научных школ, воспитатель обширной плея­ды физиков, не мог справиться с мальчиками и девочками, сидевшими за партам в крайстчерческой школе. Будущий ученый проучительствовал недолго, но даже неудачная деятельность на этом неблагодарном попри­ще оставила у него на всю жизнь интерес к средней школе и ее питомцам. назад

Присуждение стипендии Спустя несколько месяцев после того, как Резерфорд стал школьным учителем, он узнал о присуждении ему «Стипендии 1851 года». Эта стипендия была создана из части доходов Всемирной выставки в Лондоне, состоявшейся в 1851 году. Выставка размещалась в уникальном сооружении того времени — Хрустальном дворце, специально построенном для нее. (Впоследствии Хрустальный дворец был уничтожен пожаром.) «Стипендия 1851 года» присуждалась наиболее талантливым выпускникам провинциальных университетов. Она составляла значительную сумму, позволяющую им в течении 2-3 лет проходить стажировку в одном или нескольких университетов Англии. И Резерфорд решает отправиться в Кембридж. В первый раз он покидает остров своего детства и юности, дорогую сердцу Новую Зеландию. Он оставляет здесь родителей и невесту – студентку Кентерберийского университета Мери Ньютон. Ей будет суждено стать его женой. назад

Кембридж Приехав поездом из Лондона в Кембридж, Резерфорд легко нашел в переулке Фри скул лейн известную любому местному жителю Кавендишскую лабораторию. В ответ на вопрос Томаса, не занимался ли уже Резерфорд какой-нибудь исследовательской работой, новичок подробно рассказал о проведенных им в Кентерберийском колледже опытов с электромагнитными волнами. Он показал профессору приемник радиоволн. Это произвело впечатление. Резерфорд сразу приступил к опытам . В то время вокруг него одно за другим совершались удивительные открытия. Первым, как уже упоминалось, были рентгеновские лучи. Это открытие произвело громадное впечатление на всех физиков. В 1896 года 1 марта Беккерель наблюдает радиоактивное излучение урана. Открытие Беккереля вызывает интерес и у Резерфорда. назад

Опыт №2. Радиосвязь Он использовал свой приемник и другие приборы, изготовленные им уже здесь, в Кавендише. Прошло около года упорной работы, и стажер получил хорошие результаты. Он установил радиосвязь между астрономической лабораторией Кембриджского университета и Кавендишской лабораторией на «громадном» по тем временам расстоянии — в три километра. Это было в 1896 году. До автоматических космических аппаратов, с которыми в наши дни поддерживается радиосвязь на расстоянии в десятки миллионов километров, было три четверти века. Отметим, справедливости ради, что в основе их работы лежит принцип, найденный Резерфордом.

Опыт №3. Урановые лучи В первый период изучения загадочных урановых лучей Резерфорду казалось, что существует какая-то связь между излучением урана и рентгеновскими лучами. Поэтому сначала он считал свои опыты по радиоактивности естественным продолжением исследований ионизующего действия рентгеновских лучей, проводившихся им совместно с Томсоном. Излучение урановых препаратов, как и рентгеновские лучи, ионизировало воздух. Такое сходство в воздействии обоих излучений на окружающую среду привело Резерфорда к мысли о необходимости опытов для сравнения рентгеновских и беккерелевых лучей. Опыты эти, по его мнению, могли дать наиболее достоверные и точные сведения о физических свойствах лучей. Исследования продолжались почти год. Они показали, что связи между двумя излучениями, несмотря на их одинаковое ионизующее действие, нет. Резерфорд смог убедиться также в том, что предположение Беккереля о сходстве излучения урана со световыми лучами ошибочно. Излучение урана не подчинялось законам световой оптики: не отражалось, не преломлялось и не поляризовалось.

В Монреаль! Вскоре Резерфорд получил приглашение занять должность профессора физики в МакГиллском университете в Монреале. В жизни Резерфорда начинается новый период, который историки классифицируют как монреальский. Этот период отмечен работами в новой области физики. Прежде всего сюда относится создание совместно с английским химиком Фредериком Содди теории радиоактивного распада. назад

Монреаль Резерфорд проработал в Монреале с 1898 по 1907 год. Этот восьмилетний период ученик Резерфорда, физик Патрик Блэкетт называет первым взлетом научной деятельности Резерфорда, продолжавшейся в общей сложности 42 года и протекавшей главным образом в Англии. Но вернемся к тому времени, когда Резерфорд вступил в стены Монреальского университета. Прежде всего он решил продолжить свои исследования излучения урана, начатые в Кавендишской лаборатории. назад

Опыт №4. Торий Опыты с ураном производились в Мак-Гиллском университете впервые. Они заинтересовали молодого преподавателя электротехники профессора Б. Р. Оуэне. Намереваясь заняться изучением радиоактивности, он обратился к Резерфорду с вопросом: с чего начать? Резерфорд посоветовал начать с тория. Это был в высшей степени ценный совет: работы с торием оказались очень важны при разработке теории радиоактивного распада. Приступив к изучению природных ториевых излучателей, Оуэне заметил необычное явление. По его словам, «обнаружилось нечто, что не было ни торием, ни альфа-, ни бета-частицами, и что улетало, если на него подуть».

Опыт №4. Торий Оуэне пытался объяснить странное поведение тория тем, что на его радиоактивный распад влияют «токи воздуха». Такое толкование было явно неудовлетворительным и опровергалось опытами. После отъезда Оуэнса в Кембридж к Томсону Резерфорд продолжал исследования тория. Через несколько месяцев Резерфорд определил, что из тория выделяется газ, который он назвал эманацией тория. Резерфорд медленно пропускал эманацию тория по трубке и нашел, что после прохождения по трубке длиной в несколько сантиметров радиоактивность газа уменьшается наполовину. Так был открыт закон экспоненциального распада эманации тория . Однако нужно было быть Резерфордом, чтобы увидеть такое «простое» решение задачи, вначале казавшейся весьма загадочной и неразрешимой.

Опыт №4 Торий Эманация тория и позже открытая Резерфордом нация радия послужили важным подтверждением гипотезы о том, что в результате альфа-распада происходит превращение одного элемента в другой. Этому процессу присущи определенные законы, но ход его самопроизволен и не связан с каким-либо внешним вмешательством. Резерфорд написал статью, содержащую доказательства того, что эманация тория — это новое радиоактивное вещество, образующееся при распаде тория. Об этом он сообщал своей невесте Мери Ньютон в Новую Зеландию: «. в прошлый четверг я послал еще одну большую И статью в журнал, очень хорошую статью, хотя это только мое мнение. В ней тысяча новых фактов, о которых никто даже не подозревает. И этого достаточно, чтобы сказать, что дело идет об очень значительном открытии».

Свадьба и переезд В 1900 году Резерфорд прерывает свои исследования и, воспользовавшись первым летним отпуском, уезжает в Новую Зеландию, чтобы жениться на Мери Ньютон, которая ждет своего жениха пять лет. Ему не терпится повидаться с постаревшими родителями, ведущими, судя по письмам, по-прежнему спокойную сельскую жизнь Осенью Резерфорд возвращается в Монреаль, но уж« вместе с женой Мери. Они поселяются недалеко от МакГиллского университета в арендованном домике. В лаборатории Резерфорд знакомится с совсем молодым профессором химии Фредериком Содди, только что приехавшим из Оксфорда. Оба молодых ученых, не теряя времени, приступали к работе, сосредоточив свое внимание на изучении тория и урана, присланных из Кавендишской лаборатории. Талант Содди раскрылся именно в этой совместной работе над проблемами радиоактивного распада. назад

Опыт №5 Эманация тория Резерфорд и Содди, изучая эманацию тория, выявили, что она получается не непосредственно из тория, а из промежуточного вещества (с периодом полураспада четыре дня), названного авторами торием х. Потеря активности тория х совпадала с восстановлением активности тория, а это, по мнению исследователей, объяснялось тем, что при распаде тория происходило образование тория х (так до открытия изотопии называли радиоактивный изотоп радия Ra -226); радиоактивность же его ослабевала во времени в геометрической прогрессии, уменьшаясь наполовину за каждые четыре дня. Резерфорд и Содди показали, что этому правилу подчиняются все последовательно возникающие радиоактивные вещества.

Опыт №6 Эманация радия Дальнейшим шагом после работ с торием было открытие Резерфордом эманации радия. Исследование нового радиоактивного газа подтверждало важные результаты, полученные при изучении тория. Как и соединения тория, бромистый радий при растворении проявлял свойства, которые не могли не привлечь внимание опытного исследователя. Находящийся в растворе радий терял большую часть активности; она восстановилась в течение месяца. Это навело Резерфорда на мысль, что при растворении солей радия из него в воздух уходит газообразное, сильно радиоактивное вещество, сходное с эманацией тория. Резерфорд собрал активный газ, выделяющийся из радия, использовав для растворения соли радия герметический сосуд. Этот газ исследователь, естественно, назвал эманацией радия . Теперь было уже совершенно У ясно, что радий, испуская альфа-частицы, превращается в новое активное вещество, подобно тому, как торий х, образуемый при распаде тория, переходит в активный газ — и эманацию тория ( Rn -222). Сейчас эту ядерную реакции записывают так: Ra -> Rn + He .

Опыт№7 Свойства эманации радия Возникла мысль показать, что эманация радия — радон, как всякий газ, при низких температурах может превращаться в жидкое и даже твердое вещество. Резерфорд пытался с помощью имевшейся у него старой машины Линде ожижить радон при температуре —100°, но успеха не достиг. Видимо, нужна была более низкая температура. Он попросил Макдональда приобрести для лаборатории более усовершенствованную машину. Это было сделано, и исследователи смогли в жидком азоте при —200° произвести конденсацию радона. Таким образом, удалось наглядно подтвердить, что радон — газ , и не только убедить неверующих в правильности предыдущих наблюдений, но и подкрепить теорию радиоактивности распада. Впоследствии Содди писал: «Открытие того, что эманация представляет собой газ типа аргона, и последовавшее за этим открытие тория как промежуточного вещества между торием и эманацией тория привело к полному объяснению того, что радиоактивность это процесс самопроизвольного распада атомов, в результате которого одно вещество переходит в другое».

Генеалогические деревья В 1903 году Резерфорд и Содди В опубликовали первые «генеалогические деревья» радиоактивных веществ. Во главе трех генеалогических деревьев стоят три радиоактивных элемента: уран, торий и радий. Вот как просто они выглядели: Уран Уран ? Торий Торий х Эманация тория Торий I Торий II ? назад Радий Эманация радия Радий I Радий II Радий III ?

Эта таблица была составлена до открытия изотопии, и поэтому в ней разновидности элементов (сегодня мы знаем, что это изотопы) обозначены по-старому. Эти первые в истории физики «генеалогические деревья», конечно, постепенно сильно разрослись. И понятно . почему. Вслед за Резерфордом многие физики в различных в странах занялись исследованиями в этой области. Были открыты недостающие звенья, и многие вещества заняли свои места в семьях природных радиоактивных элементов. Но таких семейств оказалось всего три. Из них два имеют родоначальником уран, а третье — торий. Первое семейство насчитывает 14 потомков, т. е. 14 элементов, получающихся один из другого в результате спонтанно­го радиоактивного распада; второе—10; третье—11 До Резерфорда во всех энциклопедиях можно было про честь, что элемент — простейшее стабильное вещество, которое нельзя разложить химическими методами. Это действительно так, если говорить о химических методах .

В 1903 году, после того как Резерфордом и Содди уже были составлены первые генеалогические деревья, произошло дальнейшее существенное продвижение науки вперед. Резерфорд высказал предположение, что радий есть продукт распада какого-то другого радиоактивного элемента, вероятнее всего, урана. Вскоре он уже уверенно утверждал, что радий образуется при распаде урана. Резерфорд обосновал свое предположение об образовании радия из урана тем фактом, что в минералах, содержащих уран, всегда присутствует радий. Он и был открыт супругами Кюри в урановой

Опыт №8 Альфа-частицы Наряду с разработкой теории радиоактивного распада Резерфорд занимался изучением природы альфа-частиц. Он пытался экспериментально получить ответ на интересовавший его вопрос: из чего состоят альфа-частицы и каковы их физические характеристики. В начале 1903 года Резерфорд, повторяя опыты по отклонению альфа-частиц в сильном магнитном поле, устано­вил, что они несут положительный заряд и движутся со скоростью 2500000000 сантиметров в секунду (примерно 1/10 скорости света). На основании этих данных он предположил, что альфа-частицы могут быть либо водородом, либо, гелием. Следовательно, в процессе распада радиоактивных элементов образуется также один из этих элементов. Так родилась идея опыта, осуществленного позже уже снова в Англии, с помощью которого Резерфорд смог установить, что альфа-частицы — ионизованные ядра гелия. Этот опыт, сыгравший столь важную роль в развитии атомной физики, кроме всего, свидетельствует о необыкновенном экспериментальном искусстве и изобретательности в придумывании опытов, свойственных Резерфорду. Опыт был прост и прямо вел к цели, поставленной исследователем.

Опыт №8 Альфа-частицы Заключался он в следующем. Прибор, построенный Резерфордом состоял из электроскопа 1 , сделанного из полоски золотой фольги и помещенного над двадцатью металлическими пластинками 3 вертикально установленными в эбонитовом ящике. Щели между пластинками составляют всего 1 миллиметр; благодаря таким узким щелям а-частицы, испускаемые радиоактивным излучателем (радиевой солью) 4 , расположенным под пластинками на дне ящика, проходят в камеру электроскопа параллельным пучком. Через прибор пропускается водород (по входной трубке 2 ), который увлекает с собой накапливающийся в приборе радон (водород вместе с радоном удаляется через выходную трубку 5 ). Схема прибора Резерфорда

Прибор Резерфорда 1 – электроскоп 2 – входная трубка 3 – металлические пластинки 4 — радиоактивный излучатель 5 – выходная трубка

Опыт №8 Альфа-частицы Благодаря непрерывному удалению радона увеличивается про­бег альфа-частиц. Прикладывая сильное магнитное поле, направленное параллельно плоскостям пластинок 3, можно было почти полностью прекратить ионизацию в камере электроскопа (вызываемую электрическим зарядом альфа-частиц), т. е. листочки электроскопа опадали. Именно так Резерфорд показал, что альфа-частицы — это быстродвижущиеся электрически заряженные частицы с большой энергией . Если бы они двигались медленно, т. е. обладали небольшой энергией, то для прекращения ионизации не требовалось бы сильное магнитное поле. Прикрывая половину щелей между пластинками, можно было показать, что при одном направлении магнитного поля для прекращения ионизации требуется меньшая сила поля, чем при другом направлении. Так, меняя направление магнитного поля, приложенного к пластинкам, можно установить, в каком направлении отклоняются альфа-частицы, и отсюда вывести, что знак заряда альфа-частиц положителен.

Опыт №8 Альфа-частицы Кроме того, он показал, что альфа-частицы представляют собой поток положительно заряженных атомов с большей массой, чем атомы водорода, Затем с точностью до 10% Резерфорд определил отношение заряда альфа-частиц к их массе; это указывало на то, что альфа-частицы, по-видимому представляют собой дважды ионизованные атомы гелия , т. с. атомы, потерявшие по два электрона. Описанный эксперимент, основанный па свойстве магнитных и электрических полей отклонять альфа-частицы, позволил идентифицировать их с атомами гелия. Однако, для доказательства этого полученные данные пришлось дополнить некоторыми расчетами .

Работа Поглощенный бесчисленными опытами, Резерфорд меньше всего думал о своем престиже. По мере знакомства ученых разных стран с его работами популярность его росла. Молодого физика избрали членом канадского Королевского общества, Американского физического общества и Британской ассоциации содействии прогрессу науки. Главным, ни на минуту не ослабевающим интересе Резерфорда была работа, интенсивная и упорная, оставлявшая часто лишь несколько коротких часов для отдыха и сна, благо природа одарила его на редкость крепким здоровьем. Нечастые поездки в Европу и США (на сессии Американского физического общества, проводившиеся в Колумбийском университете в Нью-Йорке) были кратковременными и всегда использовались Резерфордом в интересах дела. назад

Печатные работы За 8 лет, проведенных в Канаде, Резерфорд опубликовал 50 научных статей (многие были написаны совместно с Содди). Каждая представляла большую ценность для новой, созданной Резерфордом области науки — теории радиоактивности распада. Он также подготовил труд «Радиоактивные вещества и их излучения», выпущенный издательством Кембриджского университета в 1904 году. назад

Лаборатория в Монреале Резерфорд за несколько лет создал в Монреальском университете прекрасные условия для исследований в области радиоактивности. Теперь он и его сотрудники могли вести их в достаточно хорошо оборудованных лабораториях — физической и химической. Благодаря Резерфорду скромная кафедра физики провинциального МакГиллского университета превратилась в знаменитый в то время центр исследований в области радиоактивности. Несмотря на это, ученого не покидала мысль в конце концов вернуться в Англию. Еще в 1901 году Резерфорд писал Томсону из Канады: «После лет, проведенных в Кавендишской лаборатории, я чувствую себя несколько в стороне от науки; мне очень не хватает общения с людьми, интересующимися физикой». назад

Отъезд в Англию Резерфорд в годы, проведенные в Канаде, был постоянно и тесно связан с Кембриджем и вообще с научной жизнью Англии. Эта связь особенно укрепилась после 1905 года — после избрания его в возрасте 32 лет членом Лондонского Королевского общества и присуждения ему за исключительные научные заслуги медали Румфорда. Намерение Резерфорда вернуться в Англию осуществилось в мае 1907 года. Он навсегда покинул Монреаль, оставив здесь своих учеников, которые могли продолжать исследования радиоактивности. Итак, попрощавшись с сотрудниками и коллегами, Резерфорд вместе с женой и шестилетней дочерью Эйлин-Мери выехал из Монреаля в порт Квебек. История сохранила название парохода — «Императрица Ирландии»,— на котором Резерфорд отплыл из Канады в Англию. назад

В Англии По прибытию в Англию Резерфорд начал с подготовки аппаратуры для намеренных исследований альфа-частиц . О темпе этих подготовительных работ ученик Резерфорда Робинсон говорил: «Хотя Резерфорд и не гнался за роскошным оборудованием, он был очень требователен к аппаратуре; и тем не менее он оборудовал установку для изучения эманации менее чем за три недели после того, как покинул Монреаль». Эрнест Марсден, окончивший Манчестерский университет и ставший сотрудником Резерфорда, однажды сказал: «Сколько в нем было энергии и энтузиазма. Резерфорд был тигром в работе». В манчестерской лаборатории Резерфорд познакомился с молодым научным сотрудником Гансом Гейгером, недавно приехавшим из Германии, а также с новозеландским исследователем Гарольдом Робинсоном и англичанином студентом-физиком Томасом Ройдсом. назад

Опыт№9 Альфа частицы — 2 Эти опыты были начаты в Манчестере в 1908 году сразу после того, как Венская академия наук прислала 400 миллиграммов радия (через 20 лет за них было уплачено 3000 фунтов). Не так просто было хранить и подготовить к опытам этот драгоценный запас, и поэтому Резерфорд убедил своего друга профессора Бертрана Болтвуда приехать на время из Монреаля в Манчестер и помочь ему. Вдвоем они создали аппаратуру для обезвоживания радиоактивных солей и очистки радона от примесей. Были также разработаны способы хранения радия в течение длительного срока с достаточной безопасностью для персонала лаборатории. Резерфорд и Гейгер приступили к счету сцинтилляций. Резерфорд еще в первом издании своей книги «Радиоактивные вещества и их излучения», заключавшей итоги его работы в Монреале, писал, что наблюдение сцинтилляций на экране из сернистого цинка — очень удобный способ счета альфа-частиц, если принять, что каждая альфа-частица, ударяясь об экран, вызывает вспышку.

Опыт №9 Альфа-частицы — 2 Опыты в манчестерской лаборатории привели Резерфорда к твердому убеждению, что каждая сцинтилляция соответствует одной альфа-частице. Это вызвало сенсацию среди физиков. Ведь впервые перед ними открылась возможность как бы наблюдать визуально за поведением отдельных атомов. Считали сцинтилляции в затемненной лаборатории, это было очень утомительным делом. Резерфорд, Гейгер, а затем и Марсден проводили по нескольку часов, неотрывно наблюдая за экраном, на котором происходили ( десятки и сотни тысяч вспышек). Резерфорд и Гейгер определили, что в одну секунду из одной тысячной грамма радия излучается 130 тысяч альфа-частиц . Точность этой цифры не могла подвергнуться сомнению, хотя в ее установлении использовался человеческий глаз. Очень важным в этих опытах было то, что мощность потока альфа-частиц окончательно убеждала Резерфорда в правильности возникшей у него ранее мысли использовать альфа-частицы для проникновения в атом. И он был прав: дальнейшие опыты с альфа-частицами привели его к сенсационным открытиям.

Нобелевская премия В 1908 году Резерфорду за выдающиеся работы монреальского периода была присуждена Нобелевская премия по химию (Заметим, что впоследствии Нобелевская премия присуждалась многим ученикам Резерфорда.) Осенью Резерфорд с женой выехали в Стокгольм для получения Нобелевской премии. В августе, за несколько месяцев до отъезда, ученому исполнилось 37 лет. Он был одним из самых молодых нобелевских лауреатов. По свидетельству современников, Резерфорд в те годы внешне был похож на спортсмена или агронома, проводящего много времени на свежем воздухе. Щеки его покрывал завидный румянец. На лице не было ни одной морщинки. Он всегда был весел, громко смеялся, живо реагируя на остроты. Непосвященным трудно было бы представить себе, что перед ними один из самых выдающихся физиков мира. назад

Вручение Нобелевской премии Утром 10 декабря 1908 года Резерфорд, одетый во фрак, вместе с женой пешком отправился из гостиницы в Концерт-хауз, где происходит вручение премий. По традиции в этот день Концерт-хауз был украшен желтыми хризантемами, лавровыми венками, флагами разных стран. Пока заполнялся зал, Резерфорд вместе с другими лауреатами стоял за кулисами. В зал вошло королевское семейство. Все присутствующие встали. Оркестр исполнил «песню короля». Трубачи подняли свои инструменты — отблески от начищенной меди пробежали через весь зал В этот момент появилась процессия лауреатов — главных действующих лиц этого торжественного церемониала. Их сопровождали шведские академики. Лауреаты поклонились в сторону королевской семьи и сели в массивные кресла с высокими спинками. Все участники церемониала, не исключая и королевской семьи, стояли ‘ Государственный маршал Швеции произнес короткая речь об основателе премии Альфреде Нобеле. Он заметил что, несмотря на свои огромные богатства, Нобель был беспредельно одиноким человеком, говорившим на многих ‘языках, ни один из которых не являлся для него родным. Затем представитель Национальной академии Швеции рассказал присутствующим о нобелевских лауреатах, о важности и достоинствах выполненных ими работ. назад

После этого лауреаты один за другим спускались по ступенькам с эстрады, и король вручал каждому диплом и золотую медаль. После каждого вручения оркестр с играл какое-нибудь известное классическое произведение. В заключение церемониала был исполнен шведский национальный гимн. Королевские особы вышли из зала За ними последовали лауреаты. Резерфорд с женой оказались на пронизанной туманом площади Хеторг, забитой каретами. Их окружала нарядная толпа женщин в вечерних туалетах, важных господ во фраках, увешанных орденами. Вечером в королевском дворце Резерфорды в числе 800 гостей принимали участие в банкете. В своем тосте Резерфорд шутливо заметил: «Я имел дело со многими разнообразными превращениями, которые я изучал в разные годы, но самым замечательным превращение было то, что я в один миг из физика превратился в химика».

Возвращение в Манчестер Новые идеи Итак, краткая поездка в Швецию закончилась, и Резерфорд вернулся в Манчестер к своим прерванным работам. Напомним, что еще в Монреале Резерфорд поставил опыт, целью которого было доказать идентификацию альфа-частиц с атомами гелия. Резерфорд тогда предположил, что каждая альфа-частица является дважды ионизованными (т. е. потерявшими по два электрона) атомами гелия. Поставленный им опыт подтверждал его догадку, но был не вполне нагляден и оставлял возможность для критики. Резерфорд размышлял о том, как наглядно и неопровержимо показать, что альфа-частицы — это гелий. Понадобилось несколько лет, чтобы Резерфорд уже в Манчестере смог осуществить идею удивительного по своей наглядности опыта , а затем и неожиданно для себя создать новую модель атома . назад

Опыт№10 Обнаружение гелия Этот исторический опыт по идентификации альфа-частиц. и атомов гелия, выполненный Резерфордом в Манчестерской лаборатории в начале 1909 года при участии Гейгера и Ройдса, имел огромное значение в физике. Он не оставил и тени сомнения в правильности теории радиоактивного распада, разработанной Резерфордом и Содди в МакГиллском университете. Теперь уже всем стало ясно, что в природе существует поразительное явление. Атомы химических элементов, расположенных в самом конце периодической таблицы Менделеева, способны самопроизвольно распадаться , и в этом процессе происходит превращение одних элементов в другие.

Опыт №10 Обнаружение гелия Прибор для опыта Резерфорда и Ройдса был изготовлен высококвалифицированным стеклодувом. Запаянная стеклянная трубка 2 наполнена газом радоном. Толщина стенок этой трубки всего 0,01 миллиметра. Они достаточно тонки, чтобы альфа-частицы, испускаемые радоном, могли проходить через них в трубку 3 . Перед опытом из трубки 3 тщательно откачивался воздух. Однако через несколько дней после начала опыта, т. е. наполнения трубки 2 радоном, исследователи обнаруживали в трубке 3 накопление какого-то газа. С помощью поднятия, ртутного столбика газ сжимался в отростке 1 , через который пропускался электрический ток. При этом исследователи наблюдали характерные желтые линии спектра гелия. В разрядной трубке (отросток 1 ) действительно был гелий. Схема прибора Резерфорда

Прибор Резерфорда 1 – отросток 2 – запаянная стеклянная трубка 3 – трубка без воздуха

Опыт№11 Контрольный Но результаты предыдущего опыта могли быть неверными. Возможно гелий попал в трубку 2 по недосмотру вместе с радоном, а оттуда в трубку 3 и, наконец, в отросток 1. Контрольный опыт дал отрицательный ответ на этот вопрос. Для опыта исследователи использовали точно такой же прибор, но наполняли трубку 2 не радоном, а чистым гелием. Через несколько дней в разрядной трубке спектральных линий гелия не обнаруживалось. В контрольном опыте гелий не мог пройти через стенки трубки 2 (хотя толщина их была всего 0,01 миллиметра) в трубку 3 альфа-частицы же легко проходили через тонкое стекло и накапливались в трубке 3, откуда переходили в отросток 1.

Опыт№12 Открытие ядра атома Однажды Резерфорд попросил Марсдена считать альфа-частицы не просто устремляющиеся от излучателя частиц к экрану, а проходящие через различные пластинки, установленные на их пути. Пластинки помещались в несложный прибор для счета альфа-частиц — спинтарископ — между излучателем и экраном. Резерфорд заметил при этом, что Марсден вряд ли обнаружит что-либо любопытное. Скорее всего альфа-частицы будут легко проходить через пластинки, если, конечно, правильна модель атома Томсона. В то время не было оснований сомневаться в ее незыблемости. Можно лишь гадать, почему, несмотря на это, Резерфорд решил все-таки поставить такой опыт.

Опыт№12 Открытие ядра атома Схема экспериментальной установки Марсден приступил к работе. Экспериментальная установка была несложной. Коническая трубка, наполненная радоном (излучатель альфа-частиц), установлена под углом к тонкой металлической пластинке 2 . Свинцовый блок 3 преграждает путь альфа-частицам, испускаемым радоновым источником к сцинтилляционному экрану 4 . Микроскоп 5 служит для наблюдения на экране возможных сцинтилляций; они могли бы происходить в случае отклонения альфа-частиц от металлической пластинки. Марсдена поразило в этих простых опытах то, что альфа-частицы ведут себя совсем не так, как должны были 6ы вести, если принять справедливой модель атома Томсона . Но Марсден не мог высказать каких-либо определенных соображений о причинах странного поведения альфа-частиц. Он как дотошный исследователь неоднократно повторял наблюдения, чтобы убедиться в отсутствии какой-нибудь ошибки.

Экспериментальная установка 1 – коническая трубка, наполненная радоном 2 – тонкая металлическая пластинка 3 – свинцовый блок 4 – сцинтилляционный экран

Опыт №12 Открытия ядра атома Увиденное в первом опыте подтвердилось при его повторениях: некоторые альфа-частицы (правда, их было значительное количество) вели себя необычно — они отскакивали от пластинки назад в направлении излучателя. Такое явление крайне удивило Марсдена. Он продолжал опыты, чтобы убедиться в том, что диффузное pa сеяние не представляло собой поверхностного эффекта, что альфа-частицы проникли внутрь металла пластинки, и лишь затем немногие из них отклонялись на угол, больший 90°, т. е. возвращались к излучателю. Это подтверждалось тем, что количество отклонявшихся на большие углы частиц увеличивалось, когда Марсден увеличивал толщину пластинки.

Опыт №12 Открытие ядра атома Марсден сообщил Резерфорду об этих результатах, заметив, что они не согласуются с обычными представлениями о структуре атома, предложенными Дж. Томсоном. Впоследствии Резерфорд вспоминал, что информация Марсдена произвела на него потрясающее впечатление. «Это было почти неправдоподобно,— говорил Резерфорд,— как если бы вы выстрелили пятнадцатифунтовым снарядом в кусок папиросной бумаги и снаряд отскочил бы обратно и поразил вас». Таким образом ставилась под сомнение модель атома Томсона.

Новая модель атома В предложенной Резерфордом модели атома ядро представляет собой маленькую массивную часть и расположено в центре системы. Вокруг ядра на большом отдалении от него по орбитам вращаются легкие электроны. Атом подобен Солнечной системе в миниатюре. Поло­жительно заряженное ядро играет роль Солнца, а электроны, несущие отрицательный заряд, представляют собой миниатюрные планеты, которые вращаются вокруг ядра — Солнца под действием электрических сил кулоновского притяжения. Поэтому вначале Резерфорд назвал свою модель планетарной. Ее также называли нуклеарной, т. е. ядерной моделью. Так было сделано величайшее открытие в физике X Х века. Открытие Резерфорда было высоко оценено большинством ученых мира. В нем увидели широкие возможности, перспективы для научного познания строения веществ. назад

Блестящее описание атома, имеющего протонноэлектронную структуру, сделано было позднее Фредериком Жолио-Кюри: «Если для наглядности увеличить размеры атома чтобы представить себе соотношение между размером ядра и радиусами орбит электронов, то можно нарисовать следующую картину: все пространство, занимаемо атомом, равно кругу размером в площадь Согласия в Париже, а ядро соответствует зернышку апельсина, помещенному в центре площади. Следовательно, вещество в основном состоит из пустоты, где ядро и электроны занимают очень мало места. Если собрать все ядра и электроны, из которых состоит организм взрослого человека, то получится шарик, едва заметный под микроскопом, весящий 60 килограммов. Следовательно, ядерное вещество обладает гигантской плотностью. Все человечество вместе взятое весит меньше, чем один кубический сантиметр ядерного вещества». Эти строки Жолио-Кюри написал уже тогда, когда заботы об обосновании модели атома Резерфорда был; давно позади.

Объяснение модели атома Резерфорда Только после создания новой, квантовой теории модель атома Резерфорда получила безукоризненное объяснение. Это произошло позднее. Что стало известно об атоме в ближайшие несколько лет после открытия Резерфордом ядра? В нормальном, т. е. неионизованном состоянии, атом электрически нейтрален . Он содержит столько же положительного электричества в ядре, сколько и отрицательного в электронах. Итак, если атом имеет Z электронов, каждый с зарядом е, то ядро должно иметь положительный заряд + Ze .

Объяснение модели атома Резерфорда Атомы химических элементов отличаются друг от друга количеством электронов , или целым числом единичных зарядов ядра. Число Z характеризует химический элемент. Оно было названо атомным номером. Позднее подметили, что это число является порядковым номером элемента в таблице Периодической системы. В ядре сосредоточена почти вся масса атома . Это центральная область всей системы с невообразимым малым радиусом 10~12—10~13 сантиметра. Электроны же очень легкие частицы. Их массы в 1836 раз меньше массы ядра водорода протона, имеющего наименьший атомный номер Z . Электрический заряд протона равен заряду электрона, но противоположен по знаку (протон — положительный электрон). (Замечу в скобках, что несколько лет назад сообщалось об открытии ядра протона. Таким образом, можно строить предположение о распространении в природе систем, подобных впервые обнаруженным Резерфордом в атоме.)

Отъезд в Кавендишскую лабораторию В 1911 году старый друг Резерфорда профессор физики Чарльз Вильсон сконструировал прибор, с помощью которого можно было наблюдать следы отдельных альфа-частиц, образующие цепочки — треки. Вскоре после этого Резерфорд приехал из Манчестер в Кавендишскую лабораторию для участия в традиционном ежегодном обеде. Он произнес во время обеда краткую речь, проникнутую почти детской радостью по поводу того, что в камере Вильсона можно было непосредственно видеть рассеяние альфа-частиц на большие углы (благодаря которому Резерфорд открыл ядерную структуру атома), Резерфорд даже назвал камеру Вильсона «самым оригинальным и удивительным инструментом в истории науки» назад

Камера Вильсона назад Камера Вильсона позволяет видеть и фотографировать следы альфа-частицы (и других частиц). Знакомая каждому физику, она представляет собой вертикальный цилиндр, сверху закрывающийся стеклом или плексигласом Внизу находится поршень. Цилиндр заполняют насыщенным водяным паром. Движением поршня производит мгновенное расширение воздуха, воздух охлаждается, и пар становится пересыщенным. Стремясь сконденсироваться, пар еще некоторое время способен сохранить состояние пресыщения. Пролетающая через камеры альфа-частица на своем пути отрывает от атомов, входящих в моле кулы воздуха, электроны. Образующиеся ионы делаются центрами конденсации; пересыщенный водяной пар собирается на них в виде маленьких капель. Так вдоль всего пути альфа-частицы возникает тонкий след из капелек води дающий исследователю четкое изображение траектории движения частицы — трека.

Ученый и война В 1914 году, спустя 7 лет после того как Резерфорд переехал из Монреаля в Манчестер, мир был потрясен начавшейся войной. Резерфорд с женой был в те дни за пределами Англии: ученый заканчивал свой отпуск в Соединенных Штатах, где остановился по пути из Новой Зеландии в Манчестер. Манчестерская группа Резерфорда быстро распалась. Сотрудники лаборатории были мобилизованы в британскую армию. назад

Мобилизованные сотрудники лаборатории Марсден, человек, который первый увидел в опыте, как искривился путь летящей альфа-частицы, натолкнувшейся на ядро атома, сражался в передовых частях на залитых кровью полях Франции. Военнослужащий Чедвик, которому еще предстояло открыть нейтрон, к концу войны был захвачен кайзеровскими войсками в плен и надолго заключен в немецкий концлагерь для военнопленных. В 1917 году, незадолго до окончания войны, погиб двадцативосьмилетний Генри Мозли. Это он открыл в 1912 году, что длина волны рентгеновского излучения атома зависит от положения химического элемента в Периодической системе. Мозли был убит вдали от Англии, на полуострове Галлиполи в Турции. Резерфорд глубоко переживал эту непоправимую для него и, по его убеждению, для всей науки утрату. назад

Военный исследования Сам Резерфорд не подлежал по возрасту (43 года) мобилизации в действующую армию. Но по заданию военного ведомства он вынужден был заниматься исследованиями, отнимавшими много времени. Немецкие субмарины наносили большие потери флоту Англии и ее союзников. Ученый производил опыты по использованию пьезоэлектрических свойств кварца для акустической локации вражеских подводных лодок. На территории манчестерской лаборатории был оборудован особый бассейн, и к Резерфорду были прикомандированы два помощника — офицеры Британских военно-морских сил. Параллельно с военными исследованиями Резерфорд продолжал собственные опыты и чтение лекций студентам. назад

Опыт№13 Военные исследования Методы акустического обнаружения вражеских подводных лодок обсуждались в мае 1917 года в Париже во Французском адмиралтействе. В совещании участвовал Резерфорд. Он с удовольствием согласился на командировку в Париж, где его старый друг по Кавендишу Поль Ланжевен разрабатывал новые способы акустической локации. Резерфорд посетил лабораторию профессора Ланжевена в Коллеж де Франс, где присутствовал при проведении некоторых опытов по возбуждению ультразвуковых волн с помощью пьезокварцевых излучателей. Последние были изобретены Ланжевеном, который предложил использовать их для возбуждения коротких акустических колебаний. Ланжевен, как и Резерфорд, будучи выдающимся педагогом, щедро раздаривал научные идеи молодым физикам, вдохновлял их и всячески поддерживал.

Новая должность Война окончилась, и вокруг Резерфорда вновь собрались его ученики. В июле 1919 года из Копенгагена в Манчестер приехал Нильс Бор. Тут его ждала ошеломляющая новость: он узнал, что Резерфорду предложено вступить в новую должность профессора — директора Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Принять ли предложение? Оставить ли Манчестер, где проведено 12 лет, где останутся ученики, сотрудники, друзья — Гейгер, Марсден, Неттол, Чедвик, Робинсон, Андраде, Дарвин, Нильс Бор? Трудно было прийти к решению. Но тем не менее Резерфорд не мог отказаться от предложения стать руководителем Кавендишской лаборатории, куда он впервые вступил на заре своей молодости. Он не мог не за­нять места, как говорил Бор, в непревзойденной плеяде кавендишских профессоров. назад

И снова Кавендишская лаборатория Прошло почти четверть века с тех пор, как юный Резерфорд впервые переступил порог Кавендишской лаборатории и разыскал кабинет прославленного Джозефа Томсона. В 1919 году Томсону исполнилось 70 лет. Он вышел в отставку. Нет, он отнюдь не думал прекратить физические опыты и посвятить себя выращиванию цветов в своем саду. Он продолжал работать в лаборатории и учить молодых физиков. Но, трезво оценив свои силы, от высокой должности директора Кавендишской лаборатории Кембриджского университета решил отказаться. И был рад, что ее занял его достигший всемирной известности ученик. По приезду в лаборатория Резерфорд продолжает свои опыты, начавшиеся еще в Манчестере . назад

Кавендишская лаборатория Кавендишская лаборатория была построена в Кембридже в 1874 году на средства наследников Генри Кавендиша. Создатель электродинамики Клерк Максвелл был первым директором центра, оказавшись таким образом родо­начальником «непревзойденной плеяды кавендишских профессоров». После тщательного изучения архивных и других материалов, связанных с жизнью Генри Кавендиша и его научной работой, Максвелл написал о нем статью. Кавендиша (1731 —1810) называли «Ньютоном современной химии» (он родился через 4 года после смерти Ньютона). Ему принадлежат важные исследования и открытия в области физики и химии. Например, он доказал существование водорода в воздухе. Тогда водород был малоизвестным газом (как-никак это произошло более чем за два века до рождения таких понятий, как «термо­ядерный синтез» и «водородная бомба»), и Кавендишу принадлежит первое научное описание его. назад

Список работ Кавендиша велик, но при жизни ученого мало что из них было напечатано. В 1879 году Максвелл опубликовал многие из трудов Кавендиша. Жизнь Кавендиша представлялась его современникам загадочной. Брат герцога Девонширского, он был очень богат и слыл оригиналом. Он жил исключительно замкну­то, занимаясь только наукой. Даже прислуге его дворца было запрещено попадаться ему на глаза. Ему подавали на стол, до того, как он входил в столовую. П. Л. Капица пишет о Генри Кавендише: «Вот благодаря этой оторванности от людей научные работы Кавендиша, плоды его крупнейших научных достижений, сделанных в Англии, не оказали влияния на развитие мировой науки».

Опыт №14 Трансмутация элементов Еще в Манчестере незадолго по переезда в Кембридж Резерфорд осуществил первые эксперименты по превращению ядер одного элемента в ядра другого, или, как тогда говорили, по трансмутации элементов. Это сулило нечто грандиозное. Поэтому главной заботой ученого было продолжить опыты в Кавендишской лаборатории тотчас же, как только будет налажена аппаратура. Простой прибор, построенный Резерфордом при участии Кэя, к концу манчестерского периода, в 1919 году, показал, что альфа-частицы разрушают ядро азота и при этом вылетают быстрые ядра водорода — протоны. «Так родилась обширная область физики, — писал Патрик Блэкетт, — в которой возникли многочисленные плодотворные исследовательские проблемы для огромного числа физиков во всем мире и которая совершенно непредвиденно не дает покоя повсюду государственным деятелям». Во всяком случае сам Резерфорд не предполагал, что открытие ядерных реакций будет иметь столь грандиозные последствия.

Опыт №14 Трансмутация элементов Прибор, построенный Резерфордом и попавший в Кавендишской музей, как об этом сообщает профессор С.Дэвонс, представлял собой латунную трубу 6 длиной 30 сантиметров с двумя боковыми кранами. Труба наполнена газом, который служил мишенью для бомбардировки альфа-частицами. Излучатель альфа-частиц большой энергии помещался внутри трубки. Он представлял собой активированный диск 7 , укрепленный на стойке и передвигающийся по рельсу 4 . Один конец трубки закрывался матовой стеклянной пластинкой 5 , а другой — латунной пластинкой 2 , прикрепленной воском. В латунной пластинке было маленькое прямоугольное отверстие. Оно закрывалось тонкой серебряной пластинкой 3 , задерживающей альфа-частицы так же, как слой воздуха примерно в 5 сантиметров. Для наблюдения сцинтилляций применялся микроскоп 1 . Схема прибора Резерфорда

Прибор Резерфорда 1 – микроскоп 2 – латунная пластинка 3 – тонкая серебряная пластинка 4 – рельс 5 – матовая стеклянная пластинка 6 – латунная труба 7 – активированный диск

Опыт №14 Трансмутация элементов Когда Резерфорд наполнил трубку азотом, то в поле зрения появились частицы с очень длинным пробегом. Исследователь заключил, что при столкновении альфа-частиц с ядрами атомов азота некоторые ядра разрушаются, испуская при этом ядра водорода — протоны, а затем образуются ядра кислорода. Приведем слова самого Резерфорда: «Проделывая этот опыт, я в 1919 году получил экспериментальные доказательства того, что небольшое число атомов азота при бомбардировке распалось, испустив быстрые протоны (водородные ядра). В свете позднейших исследований общий механизм этого превращения вполне ясен. Время от времени альфа-частицы действительно проникают в ядро азота, образуя на одно мгновение новое ядро типа ядра фтора с массой 18 и зарядом 9. Это ядро, которое в природе не существует, чрезвычайно неустойчиво и сразу же распадается, выбрасывая протон и превращаясь в устойчивое ядро кислорода с массой 17.

Опыт №14 Трансмутация элементов Стадии этого процесса превращения показаны ниже в виде соотношения, напоминающего химическое уравнение. Левая часть уравнения содержит вступающие в реакцию элементы, а правая часть — конечные продукты превращения. Два числа перед каждым символом обозначают массу и заряд ядра данного элемента. Как видно из уравнения, общий заряд ядер при превращении сохраняется так же, как и их масса, если только учесть эквивалентность массы и энергии. С этой целью в правую часть уравнения вводится символ Е, обозначающий массу, эквивалентную сумме кинетических энергий протона и ядра кислорода за вычетом первоначальной энергии альфа-частицы. Превращения происходят в ничтожных масштабах, ибо всего одна альфа-частица из 50 тысяч приближается к ядру достаточно близко, чтобы быть им захваченной. Фотографируя следы нескольких сотен тысяч альфа-частиц в наполненной азотом камере Вильсона, Блэкетт установил несколько удачных случаев превращения ядер азота. Послесловие

Смерть ученого На своей последней лекции, прочитанной в 1937 году, Резерфорд говорил о практическом использовании ядерной энергии с помощью «искусственного расщепления элементов». Но он не представлял себе четко, как это удастся осуществить. Он полагал наиболее реальным применение нейтронов. «Увы,— говорит Аллибон,— Резерфорд скончался за 14 месяцев до открытия деления ядер, при котором высвобождаются нейтроны. Все последствия этого открытия нам хорошо известны. Сейчас, в год 100-летия со дня рождения Резерфорда, в Англии 14% от общего количества вырабатываемой электроэнергии дают ядра урана. Сколь многим обязаны мы этому человеку». Эрнест Резерфорд умер в 1937 году 10 октября. назад В Вестминстерском аббатстве над прахом Резерфорда воздвигнуто скромное надгробье. Оно напоминает о гениальной простоте и непритязательности этого человека, который заглянул в глубь атома. Послесловие

Послесловие Воспоминания современников или они знали Резерфорда Афоризмы Э. Резерфорда Фотографии Последнее письмо ученого Краткая жизненная летопись

Афоризмы Резерфорда Науки делятся на две группы — на физику и собирание марок. — Я работаю с утра до вечера. — А когда же вы думаете?(Резерфорд) Три стадии признания научной истины: первая — «это абсурд», вторая — «в этом что-то есть», третья — «это общеизвестно».

Фотографии Здесь собраны снимки из тех немногих, оставшихся после смерти ученого.

Последнее письмо ученого «15 мая 1936 г. Этот семестр я был больше занят, чем когда-либо. Но вы знаете, что мой характер очень улучшился в последние годы, и мне кажется, что никто не пострадал от него за последние несколько недель. Начните научную работу, даже если она не будет иметь мирового значения, начните как можно скорее, и вы сразу почувствуете себя счастливее. Чем труднее работа, тем меньше времени останется на неприятности. Вы же знаете, что некоторое количество блох хорошо для собаки, но я думаю, что вы чувствуете, что у вас их больше, чем нужно. » Последнее письмо Резерфорда к Капице датировано 9 октября 1937 года. Можно полагать, что это было одно из последних писем, вообще написанных Резерфордом. Через 10 дней он умер. В этом письме к Капице Резерфорд писал о предполагаемой поездке в Индию, увы, которой уже не суждено было состояться. В нем есть и тревожная нотка: «. Мне приятно сказать что физически я чувствую себя недурно, но мне хотелось бы, чтобы жизнь не была столь утомительна во время семестра». Комментируя это письмо Резерфорда, Капица заметил: «За десять дней до смерти он не чувствовал, как она близка».

Краткая жизненная летопись 1871 , 30 августа. В поселке Брайтуотер на островах Новой Зеландии родился Эрнест Резерфорд. 1888 . Окончание начальной школы в Хейвлоке и поступление в пятый класс колледжа в г. Нельсоне (средняя школа). 1889 . Поступление в Кентерберийский университет (тоже называвшийся колледжем) в новозеландском го­ роде Крайстчерче. 1895. Окончание университета со степенью бакалавра наук. Кратковременная работа учителем школы. Получение «стипендии 1891 года». Отъезд в Англию. Встреча в Аделаиде (Австралия) с известным физиком Уильямом Бреггом-отцом. Резерфорд демонстрирует ему собственноручно изготовленный приемник радиоволн. Поступление практикантом в Кавендишскую лабораторию («исследовательским студентом»), руководимую проф. Джозефом Томсоном.

1896. Установление в Кембридже радиосвязи на рас­ стояние 3 километров. Участие в работах Томсона по изучению ионизации газов под действием электрических разрядов и рентгеновских лучей. Открытие Анри Беккерелем в Париже радиоактивности урана. 1897. Работы Томсона завершаются открытием им электрона и созданием электронной модели атома. 1898. Открытие с помощью магнитного поля альфа- и бета-излучений. Мария Кюри позднее подтверждает правильность этого открытия. Переезд из Англии в Канаду и занятие должности профессора МакГиллского университета в Монреале (Канада). 1899. Статья Резерфорда в «Философикал Мэгезин», в которой впервые сообщается об альфа- и бета-частицах, излучаемых радиоактивными элементами. 1900. Открытие эманации тория. Поездка на Новую Зеландию и женитьба на Мери Ньютон. 1903. Составлены в содружестве с Ф. Содди первые «генеалогические деревья» радиоактивных веществ. Формулирование совместно с Ф.Содди теории радиоактивного распада. Избрание в члены Лондонского Королевского общества (Английская академия наук). Встреча; в Париже с супругами Марией и Пьером Кюри.

1904. Издательство Кембриджского университета вы­пускает книгу Резерфорда «Радиоактивные вещества и «их излучения». В ней подытожена многолетняя работа .в Мак-Гиллском университете. 1907 . Переезд из Канады в Англию. Занятие должности профессора физики университета Виктории в Манчестере. 1908. Изучение совместно с Гансом Гейгером альфа-частиц методом счета вспышек (сцинтилляций) при ударе частиц о люминесцирующий экран из сернистого цинка. Присуждение Нобелевской премии по химии. 1909. Осуществление опыта, бесспорно доказывающего, что а-частицы — это атомы гелия. Эксперимент, вы­ полненный совместно с Марсденом по рассеянию альфа-частиц. Он привел Резерфорда к мысли о том, что в центре атома существует массивная часть, названная им ядром. Год рождения ядерной физики. 1911. Первое описание ядерной модели атома Резерфорда. Опубликование в майском выпуске журнала «Философикал Мэгезин» статьи «Рассеяние альфа- и бета-излучения в веществе и структура атома».

1912. Начало работы у Резерфорда в Манчестере молодого датского физика-теоретика Нильса Бора. Теоретические исследования им устойчивости системы ядерной модели атома Резерфорда. В связи с попытками обосновать устойчивость электронов, движущихся вокруг ядра, Бор развил квантовые представления, объясняющие устойчивость системы электроны — ядро. 1913. Резерфорд направляет в печать статью Нильса Бора «О структуре атомов и молекул». В ней на основе принципиально новых квантовых представлений устраняются теоретические трудности при толковании ядер­ ной модели. В том же году Резерфорд рекомендует к опубликованию известную работу своего ученика Генри Мозли «Высокочастотные спектры химических элементов». В этой статье Мозли показал, что заряд ядра точно равен порядковому номеру элемента в периодической таблице. Мозли считают основателем рентгеноскопии. 1914. Получение дворянства. Резерфорд становится сэром. (В Англии титул дворянина может быть дан за выдающиеся заслуги в области науки, литературы, искусства и др.) Начало первой мировой войны 1914—1917 гг . Резерфорд привлекается в обязательном порядке к военно-исследовательской работе. В частности, он при­ступает к изучению проблемы акустического обнаружения подводных лодок.

1917. Командировка в Париж в связи с военными ис­следованиями. Встреча с Полем Ланжевеном, разрабатывающим применение пьезокварцевых излучателей для возбуждения ультразвуковых волн (в лаборатории Коллеж де Франс). 1919. Резерфорд приглашен советом Кембриджского университета на должность директора Кавендишской лаборатории. Приглашение дано в связи с тем, что Джозеф Томсон, которому исполнилось 70 лет, решил покинуть свою должность ( но он продолжал научно-исследовательскую и преподавательскую работу). Переезд из Манчестера в Кембридж, где Резерфорд оставался до конца своих дней. Открытие искусственной ядерной реакции при бомбардировке альфа-частицами азота и превращении его в кислород и водород (протоны). 1921. Резерфорд в своей лекции предсказывает существование в ядре нейтральной ядерной частицы. Она была позднее экспериментально открыта в Кавендишской лаборатории и названа нейтроном. Резерфорд говорит о возможности существования изотопов водорода — дейтерия и трития, а также изотопа гелия — гелия-3. Через 20 лет после смерти Резерфорда академик И. В. Курчатов при посещении в 1956 г. Английского атомного центра в Харуэлле подчеркнет значение работ Резерфорда для современных термоядерных исследований, особенно возбуждения термоядерных реакций в смеси дейтерия с тритием.

1921. Резерфорд принимает в Кавендишскую лабораторию молодого ленинградского физика П. Л. Капицу, окончившего Петроградский политехнический институт. Кандидатура Капицы была предложена Резерфорду академиком А. Ф. Иоффе, которого Капица считает своим первым учителем, а Резерфорда —вторым. У Резерфорда Капица работал около 14 лет. 1923. Избрание Резерфорда президентом Британской ассоциации содействия развитию наук. Опубликование работы «Естественное и искусственное разложение элементов», где приводятся результаты экспериментов по осуществлению ядерных реакций в легких элементах. 1925. Избрание Резерфорда президентом Лондонского Королевского общества (на 5 лет). 1930. Неожиданная смерть единственной 23-летней дочери Эйлин-Мери — жены математика-преподавателя Кембриджского университета Фаулера. 1931. Резерфорду присваивают титул барона. Отныне он именуется лордом Резерфордом оф Нельсон (по имени Новозеландского города Нельсона, где Резерфорд учился в средней школе).

1932. Сообщение ученика Резерфорда Джеймса Чедвика об открытии нейтрона. Молодые сотрудники Кавендишской лаборатории Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон осуществляют первую ядерную реакцию, используя не альфа-частицы, а протоны, разогнанные до больших скоростей в построенном ими высоковольтном ускорителе. 1933. Открытие на территории Кавендишской лаборатории лаборатории имени Монда, предназначенной для работ П. Л. Капицы, который стал ее директором. В мае Резерфорд участвует в составлении меморандума о создании Совета экономической помощи ученым, изгнанным из гитлеровской Германии. Возглавил Совет Резерфорд. На митинге в Лондонском Альберт-холле он выступил вместе с Эйнштейном в защиту немецких ученых. Тут же был собран один миллион фунтов стерлингов для оказания финансовой помощи ученым — жертвам фашизма. 1934. Исследование ядерных реакций при бомбардировке изотопов лития протонами и дейтронами. Открытие 3Н (трития) и 3Не. 1937, 10 октября. Смерть Резерфорда

Воспоминания современников или они знали Резерфорда Прославленный физик, профессор, директор Кавендишской лаборатории, лауреат Нобелевской премии по химии, член Лондонского Королевского общества, член многих академий и институтов мира Эрнест Резерфорд вот уже много лет привлекает к себе внимание ученых и писателей. Не удивительно — влияние научного гения Резерфорда сейчас особенно ясно прослеживается во многих областях науки и техники. Труды его и в настоящее время служат источниками новых идей и открытий. Физики и химики пересматривают его статьи, изданные Королевским обществом и Кембриджским университетом, надеясь найти в них отправные точки для новых исследований.

П.Л. Капица П. Л. Капица впервые встретился с Резерфордом в Кембридже в 1921 году. Вот каким он запомнился Капице: «Наружностью он был довольно плотный, роста выше среднего, глаза у него были голубые, всегда очень веселые, лицо очень выразительное. Он был подвижен, голос у него был громкий, он плохо умел его модулировать, вполголоса он говорить не мог. Когда профессор входил в лабораторию, все знали об этом, и по интонации можно было судить — в духе профессор или нет. Во всей его манере общения с людьми сразу с первого слова бросались в глаза его искренность и непосредственность. Ответы его были всегда кратки, ясны и точны. Проводить время в его обществе было исключительно приятно. Когда ему что-нибудь рассказывали, он немедленно реагировал, что бы это ни было. С ним можно было обсуждать любую проблему — он сразу начинал охотно говорить о ней».

М. Олифант Австралийский профессор Марк Олифант один раздел своих воспоминаний о Резерфорде озаглавил «Несправедливость и война». Ненависть к войне и ко всякому насилию была в высшей степени свойственна Резерфорду. Ученый умер до начала второй мировой войны, но он был свидетелем зарождения и разгула гитлеровского фашизма в Германии. По свидетельству М. Олифанта, Резерфорда потряс­ли зверства фашистов, лишивших в 1933 году работы и родины многих немецких интеллигентов. Среди жертв гитлеризма были величайшие немецкие ученые — Альберт Эйнштейн, Макс Борн, Джемс Франк, Отто Штерн и другие. Резерфорд знал лично большинство из них, а с некоторыми вместе работал.

А. Эйнштейн Альберт Эйнштейн по праву разделил с Резерфордом славу первых физиков нашего века. Резерфорду и Эйнштейну почти не пришлось общаться, Эйнштейн говорил об этом своему другу и впоследствии биографу Карлу Зелигу: «Личная встреча была мимолетной, но с его работами я знакомился по рефератам на коллоквиумах в Берлине. Они вызы­вали всеобщее восхищение и удивление. Я тоже считаю Резерфорда одним из величайших физиков-экспериментаторов всех времен, стоящим в одном ряду с Фарадеем. Тот факт, что мне не представилось возможности упомянуть о нем в моих трудах, объясняется тем, что я сосредоточил свои усилия на отвлеченной теории, в то время как Резерфорд сумел достичь глубоких познаний путем довольно простых размышлений и использования сравнительно несложных средств».

У. Льюис Американский профессор Уилфрид Льюис, сотрудничавший с Резерфордом с 1930 по 1933 год, тоже подчеркивает, что для работы в Кавендише отводилось время от 9 до 6 часов вечера, «ибо, как говорил Резерфорд, вечера нужны для обдумывания и обработки результатов и написания работ. Ни одно исследование не считалось законченным, пока оно не опубликовано. Два месяца на исследование — таков был стандарт Резерфорда, даже если оно совмещалось с преподавательской деятельностью. Его группа, состоявшая из четырех сотрудников. за три года напечатала 12 работ, что не так далеко от его стандарта, если учесть, что тогда у нас был десятинедельный отпуск, после чего в году оставалось три с половиной двухмесячных периода».

Ю.Б. Харитон Академик Ю. Б. Харитон, два года работавший у Резерфорда в Кавендишской лаборатории, говорил, что на всех людей, знавших лично этого знаменитого ученого, он производил «буквально чарующее впечатление». Ныне известный советский ученый, а тогда, в Кембридже, начинающий исследователь Ю. Б. Харитон отмечал, что Резерфорд проявлял живой интерес ко всему окружающему, имел большой жизненный опыт, широкий кругозор и был прост в обращении, что делало его исключительно приятным и интересным собеседником. «Резерфорд был учителем в самом высоком смысле этого слова. Он никогда не навязывал ученикам свои идеи и всячески поддерживал все проявления самостоятельного образа мышления. Он никогда не жалел «отдавать» на разработку свои мысли. Многие работы, не носящие его имени, обязаны ему своим происхождением. Резерфорд не любил входить в детали работы молодых учеников, считая, что слишком глубокое участие в работе подавляет инициативу. Но он чрезвычайно внимательно анализировал и обсуждал результаты, проявляя ко всем вопросам неисчерпаемый интерес, вдохновляя и увлекая каждого, кто имел с ним дело. Он проявлял строгие требования к изложению результатов, часто заставлял полностью переделывать уже написанные статьи».

Библиография «Творцы науки и техники. Эрнест Резерфорд» Ф. Кедров, издательство «Знание», Москва, 1980 год. «Я познаю мир. Физика» энциклопедия, издательство АСТ, Москва, 2000 год. «Истории открытий» энциклопедия, издательство «Росмэн», Москва, 1997 год.

Об авторе Данную презентацию подготовила ученица 11-Б класса МОУ «Гатчинская гимназия имени К.Д. Ушинского» Гудошина Евгения Учитель: Шишкина Марина Николаевна 2007-2007 учебный год

История опытов Эрнеста Резерфорда.

Вспыхнул экран, и все увидели пожилого человека с благородной внешностью. Он сидел за столом перед микрофоном и ровным голосом читал лекцию. Иногда он заглядывал в листок, который брал со стола. На нем был темный костюм и белая рубашка с твердым накрахмаленным старомодным воротничком. Этот воротничок с отогнутыми треугольными концами, а также микрофон старой конструкции указывали на то, что действие, зафиксированное кинокамерой, происходит в довольно далекие от нас времена.

Перед микрофоном выступал Эрнест Резерфорд – один из самых знаменитых физиков первой половины XX века. Когда-то Резерфорд первый анатомировал атом, обнаружив в нем ядро. Он исследовал сложные явления, протекающие в этой поразительно малой частице вещества, а затем в своей лаборатории расщепил ядра атомов. Можно долго перечислять, что еще сделал в науке Резерфорд. И увидеть его самого – пусть на киноэкране – да еще читающим лекцию об атомном ядре, которое он открыл, было выдающимся событием.

Особый интерес кинофильм о Резерфорде представлял для молодых ученых. Ведь для них Резерфорд – уже история, хотя с этим именем физики нескольких поколений связывают наиболее важные черты, характеризующие подлинного ученого: смелость воображения, тончайшее искусство экспериментатора, умение воспитывать молодежь и руководить большой научной школой.

Фильм о Резерфорде демонстрировался 20 августа 1971 года в аудитории Московского университета во время коллоквиума, посвященного 100-летию со дня рождения этого замечательного английского ученого.

Демонстрация фильма продолжалась всего несколько минут. Но какая торжественная тишина воцарилась в это время в большом переполненном людьми зале! Все взоры были прикованы к экрану. Каждый глубоко переживал эти счастливые минуты. Фильм явился кульминацией коллоквиума о Резерфорде.

На сцене за столом президиума сидели ученики Резерфорда. Председательствовал академик П.Л. Капица . Остальные были иностранцы: Фезер, Льюис, Шенберг, Девоне. Все они, как и П.Л. Капица, работали в Кевендишской лаборатории Кембриджского университета, возглавлявшейся Резерфордом. То, что они видели на экране, уносило их в далекую молодость.

Резерфорд давно умер, оставив много учеников, которые разъехались по всему свету и своими трудами внесли важный вклад в физику. Их становится все меньше и меньше. Но они уходят, оставляя своих учеников, продолжающих великие традиции научного творчества, завещанные Резерфордом.

Процесс развития науки сложен и многогранен. Стремительно растет число ученых, расширяется круг проблем, неуклонно увеличивается количество теоретических и экспериментальных работ. Все новые и новые, подчас удивительные приборы и инструменты приходят на помощь исследователям. Может быть, этот процесс бурного расцвета научного творчества правомерно было бы сравнить с цепной реакцией. Об этом говорили участники коллоквиума, анализируя состояние ядерной физики после Резерфорда.

Резерфорд был лично знаком со всеми физиками, представленными в этой книге, хорошо знал круг проблем, которыми они занимались. Капица работал с Резерфордом около 14 лет. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри встречались с великим ученым много раз – и в Париже, и на конгрессе Сольвея в Брюсселе*. И.Е. Тамм был представлен Резерфорду в период своей работы вместе с Дираком в Кембридже. В Кевендишской лаборатории побывал и Я.И. Френкель, где он был принят Резерфордом.

* Многие годы Сольвеевские конгрессы в Брюсселе играли важную роль в развитии мировой науки.

И может быть, эти личные контакты с великим ученым современности сыграли не последнюю роль в формировании как научных, так и гражданских устремлений каждого из тех, о ком здесь будет рассказано. Значение этого трудно переоценить, поскольку речь идет об авторах открытий, приведших в созданию новой эпохи в науке и технике.

Эрнест Резерфорд родился в Новой Зеландии, в простой шотландской семье. Нам известно, что его дед Джордж Резерфорд жил в Шотландии и был колесным мастером. С детских лет Джордж занимался ремонтом кэбов и крестьянских телег. На Британских островах, как и во всей Европе, эта профессия высоко ценилась. Но, видимо, заработки были все-таки недостаточны, и Джордж решился на рискованный шаг – вместе с семьей отправиться в поисках счастья на далекие, таинственные острова Новой Зеландии.

Семья эмигранта Джорджа Резерфорда, подписавшего контракт с новозеландской компанией, состояла из жены и маленького сына Джеймса. Они совершили путешествие к берегам Новой Зеландии на парусном судне «Фиби Данбар».

Океанское плавание семьи Резерфордов длилось ни много ни мало шесть с половиной месяцев. Этот путь от Англии до островов был полон невзгод и лишений. Эмигранты, тесно разместившиеся в каютах и на палубе, терпели голод и холод, были лишены элементарных удобств, их одежда износилась. Штормы то и дело угрожали прекратить это затянувшееся путешествие. В общем, жизнь на корабле могла бы служить превосходным материалом для детских книжек о дальних океанских плаваниях в эпоху парусного флота.

Но вот для пассажиров «Фиби Данбар» наступил лучезарный день. Вахтенный с марса объявил, что видит землю.

Семья колесного мастера из Шотландии ступила на новозеландские берега.

Сын Джорджа Резерфорда Джеймс, когда вырос, стал механиком и одновременно фермером-льноводом. Он женился на одной из первых учительниц Новой Зеландии, шотландской эмигрантке Марте Томсон. После свадьбы Джеймс и Марта немедленно занялись постройкой бунгало. В этом домике, расположенном в живописной местности Брайтуотер, 30 августа 1871 года родился Эрнест Резерфорд. Он был четвертым ребенком, а после него у Резерфордов родились еще восемь детей. Только одного из двенадцати судьба наделила столь щедро.

Уже в раннем детстве Эрнест с особым интересом, свойственным далеко не всем детям, наблюдал за полевыми работами и обработкой льна, которыми занимался его отец. Эрнест мог бы стать хорошим фермером и механиком. Но оказалось, что его ум и способности пригодны для других занятий.

Начальную школу он окончил с рекордным количеством баллов: 580 из 600 возможных. Это позволило Эрнесту получить премию 50 фунтов стерлингов для продолжения образования. Это была немалая сумма.

Следующий этап обучения – колледж в Нельсоне, куда Эрнест был принят в пятый класс. Учителя обратили внимание на его исключительные способности к математике. В школьном дневнике появилась запись: «Очень быстро соображающий и многообещающий математик, легко завоевавший первенство». Но математиком Резерфорд не стал.

Впрочем, он легко усваивал и гуманитарные науки: английскую литературу, латинский и французский языки. Резерфорд, однако, не стал и гуманитарием.

Отмечают, что во всех классах колледжа Резерфорд получал награды и премии почти по всем предметам, в равной мере относящимся к точным, естественным и гуманитарным наукам.

Добавим, что Резерфорд в этот период проявлял большой интерес к устройству различных машин и механизмов. Подобно юному Ньютону, он любил разбирать часы; правда, ему не всегда удавалось их вновь собрать и привести в действие. Отец часто брал его с собой на строительство водяных мельниц, которым он как механик руководил, и одаренный юноша с увлечением строил модели этих сооружений.

После окончания Нельсоновского колледжа Резерфорд поступил в Кентерберийский университет. Это высшее учебное заведение – первое в Новой Зеландии – незадолго до того было основано в городе Крайстчерче. В те годы в университете занималось всего 150 студентов. Их обучали семь профессоров. Здесь Эрнест уже более серьезно заинтересовался физикой и химией.

В Кентерберийском университете Резерфорд участвовал в научных и общественно-политических студенческих дискуссиях – не только по вопросам физики, химии, механики, но также литературы, искусства, древнегреческой мифологии и даже алхимии. В 1891 году в университете образовалось студенческое научное общество. На его собраниях обычно выступали студенты с сообщениями на самые различные темы, после чего происходили дискуссии.

На первом же заседании Резерфорд – тогда студент второго курса – выступил с докладом «Эволюция элементов». Название доклада показалось участникам странным, как, впрочем, и его суть. Резерфорд высказал предположение, что все химические элементы представляют собой сложные системы, состоящие из одних и тех же элементарных частиц. К этому предположению Резерфорд пришел совершенно самостоятельно. В то время атом считался неделимым – в физике господствовала теория Дальтона о неделимости атомов. Гипотеза Проута, согласно которой атомы всех элементов состоят из атомов водорода, к тому времени считалась опровергнутой и потому не включалась в курс обучения. Радиоактивность же – явление, которое могло вызвать сомнение в правильности теории Дальтона о неделимости атомов, – была открыта лишь через пять лет.

Утверждения Резерфорда показались большинству участников собрания лишенными здравого смысла. Некоторые студенты даже выразили свою полную уверенность в абсурдности такого утверждения, правда, никто из этих самоуверенных молодых людей не стал впоследствии известным ученым в области естествознания.

Если студенческий доклад Резерфорда не вызвал ни понимания, ни одобрения в университете, то здесь должным образом оценили результаты некоторых его практических работ, в частности, исследования свойств электромагнитных волн. В те времена величайшей сенсацией в науке послужило открытие немецким физиком Генрихом Герцем электромагнитных волн, предсказанных электродинамикой Максвелла. Резерфорд увлекся «волнами Герца» и в маленьком холодном сарае, где разместилась студенческая физическая лаборатория, провел серию опытов. В «лаборатории» был цементный пол, это помещение обычно называли пещерой или берлогой.

Своими опытами в «берлоге» Резерфорд показал, в частности, что электромагнитные волны при возбуждении их переменным током высокой частоты вызывают быстрое размагничивание стальной проволоки. Он разработал методы обнаружения электромагнитных волн с помощью пучка намагниченных до насыщения иголок.

Резерфорд собственноручно изготовил приборы для измерения размагничивания стальных иголок, происходящего менее чем в одну стотысячную долю секунды.

Венцом творения был построенный Резерфордом приемник электромагнитных волн, который позднее он взял с собой в Кембридж. Это был далекий предок радиоприемника. По пути в Англию Резерфорд сделал краткую остановку в Австралии. Он встретился с известным ученым Вильямом Бреггом-отцом и продемонстрировал ему свой приемник. Брегг высоко оценил прибор.

После того как экспериментальная работа, выполненная Резерфордом в «пещере», была напечатана в студенческом журнале, автор ее стал знаменитостью не только в среде студентов и преподавателей университета, но и вообще в Крайстчерче. Как и все жители маленьких городов, крайстчерчтцы охотно соглашались иметь своих знаменитостей и даже искали их.

Резерфорд с отличием окончил университет, и тут перед ним возникла серьезная проблема: что делать дальше?

Он становится преподавателем средней школы (хайскул) в Крайстчерче.

Знакомя класс с новыми открытиями по магнетизму и электричеству, Резерфорд так увлекался, что подчас забывал о недостаточной подготовке своих учеников и учениц. В классе возникал страшный шум и беспорядок. Молодой учитель чаще всего не замечал этого. Если же он все-таки обращал внимание на происходящее вокруг, он выставлял из класса самого шумного ученика и требовал, чтобы тот принес журнал, куда он впишет ему единицу за поведение. Но ученики быстро научились злоупотреблять добротой и забывчивостью Резерфорда. Они поняли, что как только учитель вновь обратится к теме урока, можно будет свободно вернуться в класс без журнала и избежать наказания.

Трудно сказать, как сложилась бы дальнейшая жизнь Резерфорда, если бы не одно событие, происшедшее через несколько месяцев после начала его учительской карьеры. Как-то он копал картошку в огороде. Это занятие было прервано приходом матери, сообщившей радостную весть: ему присуждена «стипендия 1851 года».

Услышав о стипендии, Резерфорд бросил лопату и, рассмеявшись, воскликнул: «Это последняя картошка, которую я выкапываю».

Стипендия присуждалась самым талантливым выпускникам провинциальных английских университетов. Она была учреждена в 1851 году из части доходов Всемирной выставки в Лондоне, размещенной в построенном для нее Хрустальном дворце (впоследствии уничтоженном пожаром). Стипендия представляла значительную по тем временам сумму и позволяла стипендиату проходить стажировку в течение 2. 3 лет в одном или нескольких лучших университетах метрополии.

Резерфорд избрал для своей стажировки Кембриджский университет. Теперь ему предстояло проделать такой же далекий путь, который когда-то проделал его дед Джордж. Но, к счастью, парусники отжили свой век, и Резерфорд теперь мог воспользоваться для своего путешествия большим океанским пароходом.

Он в первый раз покидал острова, где оставались родители и невеста – студентка Кентерберийского университета Мери Ньютон.

Провинциальный юноша с университетским дипломом приехал по железной дороге из Лондона в Кембридж и отыскал здание Кевендишской лаборатории на улице Фрискул лэйн (где она находится и ныне). Резерфорд не был уверен, что директор этой знаменитой лаборатории прославленный ученый Джозеф Томсон согласится взять его к себе. Однако опасения рассеяла первая же встреча с Томсоном, который поразил молодого человека своей сердечностью, учтивостью и ученостью. Томсон очень внимательно выслушал Резерфорда и сказал, что ему нужны молодые сотрудники, особенно теперь, когда он приступает к серии новых экспериментов. Он планировал «мощное наступление» на малоисследованные проблемы. К ним Томсон относил, например, электрические разряды в газах, люминесценцию, рентгеновские лучи, только что открытые Конрадом Вильгельмом Рентгеном в провинциальном Вюрцбургском университете.

Почти одновременно с Резерфордом Томсон принял в Кевендишскую лабораторию Джона Мак-Леннана, Таунсенда и Поля Ланжевена – будущего учителя Фредерика Жолио-Кюри.

Забегая вперед, скажем, что Резерфорд долго работал в одной комнате с Ланжевеном и они стали друзьями на всю жизнь.

Резерфорд рассказал Томсону о своих опытах с электромагнитными волнами, проведенных в Кентерберийском университете, и о построенном им приемнике, который он показывал Брэггу. Томсон предложил продолжить эти опыты. Резерфорд тотчас же приступил к экспериментам по распространению электромагнитных волн, используя свой приемник и другую изготовленную им самим, как это было принято в Кевендишской лаборатории, аппаратуру. В 1896 году Резерфорду удалось установить радиосвязь на расстоянии около 3 километров. Это было невиданно. Томсон остался вполне доволен своим практикантом.

Впоследствии Томсон говорил, что профессор Резерфорд никогда не получал похвалы, которую он мог бы получить за свои работы по радиотелеграфии, выполненные в 1895 году в Кембридже. «Его успехи были так велики, что я с тех пор почувствовал себя виновным в том, что убедил его посвятить себя новой области физики, возникшей после открытия рентгеновских лучей».

Эти исследования, однако, были как бы переходным этапом. За ними последовало исследование явления радиоактивности вскоре после того, как оно было открыто Пьером и Мари Кюри в Париже.

Резерфорд по собственной воле оставил исследования электромагнитных волн – практическая сторона радиосвязи, в частности дальнейшее усовершенствование приемников и передатчиков, представлялась ему менее интересной. Уже в те годы он был твердо убежден, что посвятит себя чисто научным проблемам.

К тому времени Томсон особенно интенсивно продолжал свои многолетние исследования свойств катодных лучей, используя в своих опытах откачанные катодные трубки. Его сразу заинтересовали сообщения Рентгена об открытии загадочных х-лучей. По мнению Томсона, они имели непосредственное отношение к его работам. Поэтому он и предложил Резерфорду приступить к изучению этих лучей. Резерфорд начал с изучения ионизации воздуха рентгеновскими лучами.

Томсон на основе своих исследований в 1897 году открыл электрон. В его статье, напечатанной в октябрьском номере физического журнала «Философикл мэгэзин» за 1897 год, впервые в науке утверждается, что электричество – это движение электронов – частиц, несущих отрицательный заряд.

Так на глазах молодого Резерфорда свершилась первая революция в представлениях о веществе и электричестве.

Электроны, как думал Томсон, вкраплены в сверхминиатюрную сферу диаметром 10 –8 сантиметров, в которой равномерно распределены положительные заряды. Вместе с отрицательно заряженными электронами сфера электрически нейтральна. Это и есть атом. Томсон создал первую электронную модель атома, проложив путь к дальнейшим попыткам изучить его строение.

Долгие годы в Кевендишской лаборатории, по выражению посещавшего ее известного русского физика А.Ф. Иоффе, царила атмосфера «электронной модели Томсона». В то время, разумеется, Резерфорд даже не мечтал, что сможет создать более совершенную модель, основанную на новых представлениях. Они начали развиваться после открытия профессором Политехнической школы в Париже Анри Беккерелем загадочного излучения урана – открытия, впоследствии, как известно, признанного великим. Однако в Кевендишской лаборатории сообщение об этом событии сразу же произвело сенсацию. Резерфорд решил тотчас заняться изучением беккерелиевых лучей. Тогда еще Мари и Пьер Кюри не произнесли слова «радиоактивность».

Профессор Анри Беккерель , приступая к своим опытам, в результате которых он открыл радиоактивное излучение урана, ставил перед собой скромную задачу: выяснить, не связаны ли рентгеновские лучи с люминесценцией Стекла рентгеновских трубок.

Резерфорд начал исследования рентгеновских лучей с проверки своего предположения о связи между рентгеновскими и беккерелиевыми лучами. Эта мысль пришла в голову Резерфорду по очень простой причине: и те и другие «лучи» производили ионизацию воздуха.

Целый год работы показал, что сходства между рентгеновскими и беккерелиевыми лучами не существует. Резерфорд опроверг предположение Беккереля о том, что «урановое излучение» обнаруживает свойства света: на самом деле оно не подчинялось законам световой оптики.

Но наиболее важным результатом Резерфорда было открытие альфа-частиц в составе излучения, испускаемого ураном. Резерфорд поместил урановый источник в сильное магнитное поле и разделил излучение на три различных его вида. Иными словами, он открыл тогда состав радиоактивности: альфа- и бета-частицы и гамма-излучение – то, что сегодня знает каждый школьник.

Получив альфа-частицы, Резерфорд тотчас же сделал гениальное заключение, что именно они представляют собой мощный инструмент для проникновения в глубь атома. Как подтвердилось позднее, это было абсолютно правильно. В последующих работах Резерфорд широко использовал альфа-частицы в качестве снарядов, проникающих в сердце атома – атомное ядро.

Открытие альфа-частиц триумфально завершает трехлетний период работы Резерфорда в Кевендишской лаборатории под руководством Джозефа Томсона.

Выполненные в это время молодым ученым экспериментальные исследования радиоактивности урана и тория принесли ему довольно широкую известность в научных кругах Европы и Америки. В 1898 году он получил приглашение занять должность профессора Мак-Гиллского университета в Монреале – тогда лучшем высшем учебном заведении Канады.

В рекомендации, отправленной Дж. Томсоном по почте в Монреаль, было сказано: «У меня никогда не было молодого ученого с таким энтузиазмом и способностями к оригинальным исследованиям, как г-н Резерфорд, и я уверен, что, если он будет избран, он создаст выдающуюся школу физики в Монреале. Я считал бы счастливым то учреждение, которое закрепило бы за собой Резерфорда в качестве профессора физики».

Резерфорду исполнилось всего 26 лет. И хотя успехи его были очень значительны, все же вызывают уважение проницательность и ясновидение Джозефа Томсона, который в самом начале деятельности Резерфорда сумел предугадать его будущую роль в науке.

Летом 1898 года ректор Мак-Гиллского университета Петерсон специально переплыл океан и явился в Кембридж, чтобы познакомиться с кандидатом в профессора и договориться о деталях.

Итак, Резерфорд отправился из Англии в Канаду. Он не знал, что в то время, как его пароход пересекал Атлантику, в Париже, где он никогда еще не был, Мари Кюри вместе с Пьером Кюри завершили исключительно важные работы по выделению из руд новых открытых ими элементов: полония и радия. Эти элементы обладали радиоактивностью, несравненно более сильной, чем уран и торий*.

* Термин «радиоактивность» был предложен Мари и Пьером Кюри после открытия ими радия и полония.

В Канаде Резерфорд работал около 10 лет, и этот период оказался очень плодотворным. Молодой ученый выполнил много оригинальных исследований по радиоактивности и создал ее теоретические основы. Как бы в подтверждение слов Томсона Резерфорд действительно в эти годы заложил фундамент своей будущей школы физиков. Здесь он проявил себя талантливым научным руководителем.

В Монреальском университете Резерфорд занял должность «макдональдовского профессора» – руководителя кафедры имени Макдональда (названной так в честь ее учредителя – шотландского промышленника). Особенность работы на кафедре состояла в том, что профессор мог основное время тратить на исследования и отводить лишь немного часов на чтение лекций студентам.

Приехав в Канаду, Резерфорд сразу же приступил к исследованиям радиоактивности, начатым в Англии. Интуитивно он был убежден в их исключительной важности.

Опыты заинтересовали преподавателя электротехники профессора Б.Р. Оуэнса, который был старше Резерфорда на два года. У Резерфорда появился первый ученик и сотрудник. Вместе они приступили к изучению ториевого излучения. Эти работы вошли в фундамент теории радиоактивного распада, созданной Резерфордом и опубликованной им впервые через пять лет.

Резерфорд открыл эманацию тория и доказал, что этот радиоактивный газ, выделяющийся из тория, представляет собой химический элемент, отличающийся от самого тория. Позднее он определил атомный вес эманации и показал, что она представляет собой благородный газ нулевой группы периодической системы Менделеева. Статья Резерфорда об эманации тория была напечатана в Англии в феврале 1900 года. В том же году он уехал в отпуск в Новую Зеландию.

Осенью Резерфорд возвращается в Монреаль вместе с молодой женой. Он находит в своей лаборатории нового профессора химии Фредерика Содди , приехавшего из Оксфорда. К тому времени его первый сотрудник Оуэнс уезжает в Кембридж. Резерфорд вместе с Содди изучает химические свойства элементов, получаемых при радиоактивном распаде тория и урана.

Резерфорд и Содди первые объясняют радиоактивный распад как самопроизвольный переход одних элементов в другие. Это открытие знаменует начало новой главы в физике. Другой канадский ученик Резерфорда впоследствии известный радиохимик, Нобелевский лауреат профессор Отто Ган назовет свои мемуары «От радиоактивного тория до расщепляющегося урана». Этим он подчеркнет, что канадские опыты Резерфорда послужили началом большого этапа науки, включающего в себя ядерную физику и завершившегося расщеплением урана.

Итак, работы с торием позволили Резерфорду и Содди первыми объяснить механизм радиоактивного распада.

Радиоактивный процесс нерегулируемый, ничто не может влиять на его ход. Содди писал в начале века: «. все могучие средства современной лаборатории – крайние пределы тепла, холода, давлений, энергичные химические реактивы, действие могучих взрывчатых веществ и самые сильные электрические разряды – не оказывают влияния на радиоактивность радия или на скорость его распада даже в самой ничтожной степени. Он черпает свои запасы энергии из неизвестного до наших дней источника и подчиняется еще не открытым законам. Есть что-то возвышенное в его отчужденности от окружающей среды и в его индифферентности к ней. Он как будто ведет свою родословную от миров, лежащих вне нас, питаемый тем же неугасимым огнем, движимый тем же лежащим вне нашего контроля механизмом, который поддерживает свет солнца в небесах в бесконечные периоды».

После эманации тория Резерфорд открыл эманацию радия. Ученому было ясно, что радий, испуская альфа-частицы, превращается в новое активное вещество, подобное эманации тория. Открытие эманации радия – радона, который Резерфорд с помощью компрессора «ожижил», доказав этим, что радон – газ, окончательно подтверждало его теорию радиоактивного распада.

Эта теория произвела революцию в физике. Не так-то просто было заставить ученых в нее поверить. Даже великий физик лорд Кельвин до своей смерти так и не мог согласиться с тем, что радиоактивный процесс есть распад атомов, из которых состоят элементы, Кельвин был непоколебимым приверженцем взглядов древнегреческих философов-атомистов о неделимости атомов.

В начале 1903 года Резерфорд опытным путем пытается определить химический состав альфа-частиц. Идея заключалась в том, чтобы сравнить массу альфа-частицы с массами атомов известных элементов. Опыт представлял для своего времени исключительный образец экспериментального искусства и изобретательности и прямо вел Резерфорда к цели. Он позволил Резерфорду первому идентифицировать альфа-частицы с атомами гелия. Однако опыт пришлось дополнить некоторыми расчетами. Спустя несколько лет после того, как Резерфорд покинул Канаду, обосновавшись в Манчестерском университете, он произвел другой опыт, в котором химический состав определялся спектроскопически. Исследователь получил характерные линии гелия. Идентификация была абсолютно точной.

В 1903 году в возрасте 32 лет Резерфорд был избран членом Лондонского Королевского общества (английская Академия наук).

В связи с избранием в Королевское общество Резерфорд выехал в Европу. Кроме Англии, он побывал также в Париже, где встретился с Мари и Пьером Кюри на обеде, устроенном его другом Полем Ланжевеном. Резерфорд вспоминал: «После очень оживленной беседы мы сидели в саду, было около 11 часов вечера, когда профессор Кюри вынес трубку, часть которой была покрыта сернистым цинком. В трубке находился концентрированный раствор радия. В темноте ночи свечение было поразительно ярким, и это был замечательный финал незабываемого дня».

Может быть, маленькая светящаяся трубка в обожженных радием руках Пьера Кюри натолкнула Резерфорда на мысль тотчас же заняться изучением альфа-частиц по их свечению (сцинтилляциям) при ударе о люминесцирующий экран из сернистого цинка. Во всяком случае Резерфорд, вернувшись в Канаду, применил в своих исследованиях метод сцинтилляции. Позднее в Англии с помощью этого метода было открыто атомное ядро. Достаточно напомнить об одном этом открытии, чтобы судить о выдающемся значении сцинтилляционного метода в физике.

Резерфорд своими работами создал Мак-Гпллскому университету известность во всем мире; провинциальное учебное заведение превратилось в крупнейший в то время мировой центр изучения радиоактивности. Однако самому Резерфорду казалось, что здесь его работы продвигаются недостаточно быстро отчасти из-за того, что круг его сотрудников сравнительно узок. Ему хотелось привлечь к своим исследованиям одаренных молодых ученых, окончивших лучшие европейские университеты: Кембриджский, Геттингенский, Сорбонну и другие. В те времена Канада казалась европейцам очень далекой страной. Трудно было уговорить молодого ученого отправиться туда для многолетней работы. Резерфорда не удовлетворяло такое положение. Еще в 1901 году он писал в Кембридж Дж. Томсону:

«После пяти лет, проведенных в Кевендише, я чувствую себя несколько в стороне от науки; мне очень не хватает общения с людьми, интересующимися физикой».

В 1907 году Резерфорд с женой и шестилетней дочерью Эйлин-Мери переезжает из Канады в Англию. К этому времени он уже был не только членом Лондонского Королевского общества, но и лауреатом медали Румфорда, присуждаемой за выдающиеся научные заслуги.

В Англии Резерфорд должен был занять должность профессора кафедры физики Манчестерского университета. Его предшественник профессор Артур Шустер в связи с уходом в отставку по возрасту предложил совету университета пригласить на освобождающееся место профессора Резерфорда. Кафедра единогласно проголосовала за эту кандидатуру и направила в Монреаль официальное приглашение.

В Манчестерском университете Резерфорд немедленно принялся за работу и менее чем за три недели, что в то время можно было считать рекордом, оборудовал установку для изучения эманации.

Среди сотрудников лаборатории, принявших участие в эксперименте Резерфорда, были молодые физики: Ганс Гейгер, приехавший из Германии, новозеландец Робинсон и студент-англичанин Томас Ройдс.

Гейгер почти не занимался со студентами. Его основной обязанностью была исследовательская работа. Резерфорд предоставил Гейгеру полную возможность разрабатывать собственную идею ионизационного метода счета альфа-частиц. Счетчики Гейгера для измерения интенсивности радиоактивного излучения навсегда вписали имя этого выдающегося ученика Резерфорда в историю ядерной физики.

В Манчестерской лаборатории Резерфорд приступил к широким опытам по исследованию альфа-частиц методом подсчета их с помощью сцинтилляционного счетчика. Опыты начались в 1908 году после того, как Венская академия наук прислала 400 миллиграммов радия (через 20 лет Кембриджский университет заплатил за этот радий 3000 фунтов стерлингов). В этих утомительных и долгих опытах Резерфорду помогал Гейгер.

В том же 1908 году Резерфорду присудили Нобелевскую премию в области химии за работы по теории радиоактивности. Почему в области химии – ведь Резерфорд был физиком? Это объясняется тем, что тогда ученые еще точно не знали, к какой из этих наук причислить радиоактивность. В сенсационном открытии радиоактивности участвовали и физики и химики. Анри Беккерель, обнаруживший радиоактивность урана, был физиком. Мари Кюри была химиком, а ее муж Пьер Кюри – физиком. Они вдвоем открыли радиоактивные элементы полоний и радий, выделили их из минералов и изучали физические и химические свойства. В современной науке явление радиоактивности – объект изучения и физики и химии.

Но Резерфорд изучал радиоактивность как физик и впоследствии он создал на основе своих исследований чисто физическую науку – ядерную физику.

Для вручения премии Резерфорд был приглашен в Стокгольм. Он выехал туда вместе с женой пароходом из Лондона.

В этот период 37-летний ученый внешне скорее был похож на спортсмена или агронома, чем на физика-исследователя, проводившего годы работы в лаборатории с радиоактивными веществами. Он был весел и жизнерадостен, живо воспринимал юмор, громким заразительным смехом отзывался на остроты собеседников.

На пути в Стокгольм пароход сделал краткую остановку в Копенгагене. Знакомясь с городом, ученый не знал, что вскоре ему предстоит познакомиться с одним из его выдающихся представителей – Нильсом Бором , которому суждено было стать самым знаменитым учеником Резерфорда. В это время двадцатитрехлетний физик, только что окончивший Копенгагенский университет, был награжден золотой медалью Датского Королевского общества за свою первую научную работу.

Нобелевская премия была вручена Резерфорду 10 декабря. В тот же вечер в зале Стокгольмской городской ратуши состоялся банкет, на который было приглашено 800 гостей; здесь присутствовала и королевская семья. Отвечая на приветствия, Резерфорд шутливо сказал: «Я имел дело со многими разнообразными превращениями с разными периодами, но самым быстрым из всех оказалось мое собственное превращение в один момент из физика в химика».

Возвращаясь из Швеции в Англию, Резерфорд посетил голландский город Лейден, где работали два всемирно известных физика – Лоренц и Каммерлинг-Оннес . Он осмотрел главные достопримечательности Лейдена: дом, где родился Рембрандт, и криогенную лабораторию Каммерлинг-Оннеса, «ожижившего» самый неподатливый газ – гелий.

Наряду с возможностью получения сверхсильных магнитных полей, необходимых для отклонения частиц, Резерфорд интересовался уже в этот период сверхнизкими температурами, высоко оценивая их роль в изучении структуры вещества. Резерфорд и здесь оказался прав. Спустя несколько лет в Кембридже появился П.Л. Капица, который занялся этими проблемами и достиг блестящих результатов. Благодаря усилиям Резерфорда была создана специальная лаборатория имени Монда при Королевском обществе, директором которой стал П.Л. Капица.

По возвращении в Манчестер Резерфорд при участии двух своих сотрудников Гейгера и Ройдса произвел серию опытов, подтвердивших, что альфа-частицы есть не что иное, как дважды ионизированные (т.е. потерявшие по два электрона) атомы гелия.

Подобный эксперимент был успешно проведен Резерфордом еще в Канаде. Однако тогда опыт не был достаточно наглядным – никто своими глазами не увидел гелия, «рожденного» радием. А в те времена физики не были психологически подготовлены к принятию такого рода экспериментов.

И вот, несмотря на определенность результата, полученного в Монреале, Резерфорд решил провести такой опыт, в котором он мог бы наглядно продемонстрировать гелий, образующийся при альфа-распаде.

Этот исторический опыт Резерфорда, благодаря которому уже ни у кого не могло остаться сомнения в правильности его теории радиоактивного распада, достоин описания, хотя он и был осуществлен более 60 лет назад.

Рис. 1. Опыт Резерфорда, подтвердивший правильность теории радиоактивного распада

В запаянную стеклянную трубку 2 Резерфорд поместил некоторое количество радона – эманации радия. Толщина стенок этой трубки 0,01 миллиметра. Они достаточно тонки, чтобы испускаемые радоном альфа-частицы могли проходить через них во внешнюю трубку 3 . Перед опытом трубка 3 тщательно откачивалась, и в ней спектрографическим путем нельзя было обнаружить линий гелия. Через несколько дней в трубке 3 обнаружилось накопление газа. Повышая давление в приборе, накопившийся газ можно было сконцентрировать в трубке 1 . Через трубку пропускался электрический разряд и тогда оказывалось, что в ней спектральный анализ показывает характерные лилии гелия. В трубке был гелий. Но, может быть, он попал в трубку 2 по недосмотру вместе с радоном, а оттуда проник в трубки 3 и 1 ? Контрольный опыт дал на этот вопрос отрицательный ответ. Точно в такой же прибор (в трубку 2 ) Резерфорд помещал не радон, а чистый гелий. Однако через несколько дней в трубке 1 линии гелия не обнаруживались. Гелий не мог пройти через стеклянные стенки трубки 2 в трубку 3 . Альфа-частицы же легко проходили через стекло и накапливались в трубке 3 , а затем концентрировались в трубке 1 , где и подвергались спектральному анализу, давая линии гелия.

Итак, гелий сначала был открыт в спектре солнечных лучей, затем в минералах и еще позже Резерфордом в радиоактивном распаде тория, урана и радия. После этих опытов внимание многих ученых было привлечено к гелию.

Теперь Резерфорд вместе с Гейгером и Марсденом приступил к задуманной им новой серии экспериментов. Результаты произвели переворот в физике. Это была наиболее драматическая глава в науке нашего времени. Резерфорд открыл атомное ядро и тем самым основал новую исключительно важную науку – ядерную физику.

Что это были за эксперименты? Резерфорд и Гейгер на первых порах продолжили наблюдение сцинтилляций, вызываемых альфа-частицами при ударе о люминесцентный экран из сернистого цинка. Прежде всего опыты привели Резерфорда к заключению, что каждая вспышка (сцинтилляция) вызывается одной альфа-частицей. Таким образом оправдалось предположение, выдвинутое им в книге «Радиоактивные вещества и их излучение», изданной еще во время пребывания его в Канаде. Резерфорд писал тогда, что наблюдение сцинтилляций на экране из сернистого цинка представляет собой очень удобный способ счета частиц, если каждая частица вызывает вспышку. Следовательно, если каждая вспышка вызвана одной альфа-частицей, то перед физиками открывается возможность наблюдать за поведением отдельных атомов.

Резерфорд и Гейгер визуально подсчитали, что в продолжение секунды из излучателя в одну тысячную грамма радия вылетает 130 тысяч альфа-частиц. Точность подсчета была безукоризненна. Оба ученых, к которым присоединился позднее Марсден, по многу часов проводили в затемненной лаборатории за утомительным счетом сцинтилляций. Гейгер рассказывал, что ему одному пришлось подсчитать в общей сложности миллион альфа-частиц.

Исследователи работали в очень скромных условиях, которые трудно представить себе молодому ученому в наше время. Гейгер писал: «В памяти возникает также мрачный погреб, в котором Резерфорд устанавливал свои чувствительные приборы для изучения альфа-частиц. Тот, кто спускался туда по двум ступеням, прежде всего слышал в темноте голос профессора, предупреждавшего, что помещение пересекает на высоте головы горячий трубопровод и, кроме того, необходимо осторожно, чтобы не упасть, перешагнуть две водопроводные трубы. После этого, наконец, в слабом свете вошедший различал самого Резерфорда, сидящего у приборов. Тотчас же великий ученый мог начать рассказывать в собственном неподражаемом стиле о развитии своих опытов и о трудностях, которые приходится преодолевать»).

Вероятно, в этом же погребе начал свою работу ученик Резерфорда Марсден, когда ему было поручено считать альфа-частицы, проходящие через тонкие металлические пластинки. Эти пластинки помещались в прибор между излучателем альфа-частиц и люминесцентным экраном.

Поручая Марсдену эту работу, Резерфорд не рассчитывал обнаружить что-либо любопытное. При условии, что модель атома Томсона правильна (а тогда не было никаких оснований сомневаться в этом), опыт должен был показать, что альфа-частицы свободно проходят через металлические преграды. Однако что-то все-таки заставило Резерфорда пойти на этот новый эксперимент.

Марсдена поразило, что альфа-частицы в этом простом опыте ведут себя иначе, чем должны вести, если принять модель атома такой, какой ее представляет себе Томсон. Согласно модели Томсона положительный заряд распределен по всему объему атома и уравновешивается отрицательным зарядом электронов, каждый из которых имеет массу гораздо меньшую, чем масса альфа-частиц. Поэтому даже в редких случаях, когда альфа-частица столкнется с гораздо более легким по сравнению с ней электроном, она может лишь незначительно отклониться от своего прямолинейного пути. Но в опытах Марсдена альфа-частицы отнюдь не беспрепятственно проходили через металлическую пластинку. Нет, некоторые из них отклонялись после удара о пластинку на угол около 150°, т.е. почти обратно возвращались к излучателю. Таких возвращавшихся частиц было, правда, очень мало. Когда экспериментатор преграждал путь альфа-частицам более толстой пластинкой, то в его поле зрения появлялось больше альфа-частиц, отклонявшихся на большие углы. Это указывало, что замеченное Марсденом рассеяние альфа-частиц не представляет собой какого-нибудь поверхностного эффекта, т.е. оно не связано с поверхностью пластинки. Но Марсден не мог высказать каких-либо соображений о причине увиденного им странного поведения альфа-частиц. Он рассказал подробно о своих наблюдениях Резерфорду.

Позднее Резерфорд признался, что сообщение Марсдена произвело на него потрясающее впечатление: «Это было почти неправдоподобно, как если бы вы выстрелили пятнадцатифунтовым снарядом в кусок папиросной бумаги и снаряд отскочил бы обратно и поразил вас».

Резерфорд сразу представил себе, что эффект, наблюдавшийся Марсденом, мог быть только в одном случае: если альфа-частица, проникнув в атом, натыкалась на какую-нибудь массивную преграду, имеющуюся в нем, и отбрасывалась, получив при столкновении мощный удар.

Через три недели после беседы с Марсденом о результатах его наблюдений Резерфорд уже высказал мысль о том, что рассеяние альфа-частиц на большие углы можно объяснить существованием в атомах массивной части. Он назвал ее ядром (nucleus), использовав по аналогии термин, принятый в биологии и обозначающий центральную часть живой клетки.

Отныне модель атома Томсона должна была уйти в историю. Резерфорд предложил более достоверную и принципиально новую ядерную модель в виде системы, в центре которой расположена маленькая массивная часть – ядро, а вокруг нее по орбитам вращаются легкие электроны.

Теперь, когда ядерная физика достигла поразительных успехов, легко понять значение этого величайшего открытия.

Но тем не менее модель Томсона еще не отслужила свою службу. В последние десятилетия она была применена для объяснения структуры мезоатомов, составляющих одну из самых удивительных форм вещества (в мезоатомах роль электронов выполняют другие частицы – мезоны). Для обычных атомов модель Резерфорда, соответственно усовершенствованная, продолжает оставаться правильной и сейчас.

Сотрудник Резерфорда – известный английский физик-теоретик Чарлз Дарвин (внук автора эволюционной теории) писал: «Я считаю одним из величайших событий своей жизни то, что произошло в моем присутствии спустя полчаса после «рождения» ядра. Это было во время воскресного ужина в манчестерской квартире Резерфорда. Я помню, как он говорил нам, что наблюдаемое большое рассеяние альфа-частиц показывает на существование в атоме необычайно могучих сил».

Открытие атомного ядра явилось важнейшим, принципиально новым моментом, меняющим прежние представления о строении атома. На этой основе родилась наука, значение которой теперь всем известно.

Остановимся на некоторых подробностях. Вот как Резерфорд представлял себе атом. Атом в нормальном, неионизованном состоянии нейтрален, так как в целом он содержит столько же положительного электричества (заряд ядра), сколько и отрицательного (заряд электронов). Атом имеет z электронов, каждый с зарядом e . Следовательно, ядро атома должно иметь заряд + ze . Атомы элементов должны отличаться друг от друга количеством электронов, или, что то же самое, целым числом z единичных зарядов ядра. Число z , характеризующее химический элемент, было названо атомным номером. Позднее было подмечено, что это число оказалось порядковым номером элемента в периодической системе.

В ядре сосредоточена вся масса атома. Это центральная область системы с трудно представляемым радиусом 10 –12 . 10 –13 сантиметра. Электроны же очень легкие частицы, масса которых в 1836 раз меньше массы протона – ядра атома водорода с наименьшим атомным номером z = 1. Заряд протона равен заряду электрона, но имеет противоположный знак.

За водородом в периодической системе расположен благородный газ гелий. Заряд ядра гелия в 2 раза больше заряда протона z = 2. Заряд и масса ядра возрастают вместе с атомным номером элемента. Например, элемент уран с атомным номером 92 имеет ядро с электрическим зарядом в 92 раза большим, чем заряд ядра водорода – протона. Атомный вес урана близок к 238.

Модель Резерфорда довольно хорошо объясняла структуру сложной системы атома. Но в ней имелись серьезные противоречия, которые Резерфорд хотя и хорошо понимал, объяснить не мог. Тогда ведь еще не было квантовой механики. Без нее многие противоречия не могли быть разрешены. Кроме того, не был открыт нейтрон, оказавшийся важным связующим звеном для объяснения структуры атома и происходящих в нем процессов.

По представлениям Резерфорда, вокруг массивного ядра по орбитам вращались электроны и вся система представляла некоторое подобие Солнечной системы. Поэтому модель называли планетарной. Но как могли электроны вечно вращаться вокруг ядра? До квантовой механики физики могли пользоваться для объяснения подобных явлений учением Максвелла, его электродинамикой. Согласно теории Максвелла электрон не мог бесконечно обращаться вокруг ядра, так как, излучая при своем движении энергию в виде периодически меняющегося электромагнитного поля, он неминуемо должен был бы упасть на ядро.

В 1911 году в физике произошло важное событие. Профессор Кембриджского университета шотландец Чарлз Вильсон создал удивительный прибор для наблюдения следов-треков отдельных альфа-частиц. Прибор получил название камеры Вильсона. Он сразу завоевал известность среди физиков, изучающих атомы и ядра; им широко пользуются и сегодня. Камера Вильсона, правда, в модернизированном виде и даже под другими названиями, играет большую роль в экспериментальном изучении процессов микро- и субмикромира.

Резерфорд высоко оценил возможности камеры Вильсона для экспериментаторов. Он сказал, что это «самый оригинальный и удивительный инструмент в истории науки».

На ежегодном традиционном обеде в Кавендишской лаборатории Резерфорд выразил свое восхищение прибором, изобретенным Вильсоном. По словам Нильса Бора, присутствовавшего при этом, небольшая речь Резерфорда была проникнута почти детской радостью от того, что в камере Вильсона можно было буквально видеть рассеяние альфа-частиц.

Многие прославленные физики-экспериментаторы восхищались этим прибором.

Фредерик Жолио-Кюри усовершенствовал камеру Вильсона, благодаря чему удалось увеличить длину трека в 76 раз, – это значительно улучшило возможность наблюдения. Ему принадлежат слова: «Ну разве это не величайший эксперимент в мире? Бесконечно малая частица, выброшенная в цилиндр камеры, сама отмечает свой путь мельчайшими частичками тумана!».

Вильсон говорил Бору, что идея создания камеры возникла у него, когда он в утренние часы наблюдал туманы, окутывавшие высокие горы Шотландии. Между прочим это были те самые горы, которые еще один выдающийся физик – Игорь Евгеньевич Тамм как альпинист считал идеальными для скалолазания.

Нильс Бор проходил тогда практику у Дж. Томсона в Кевендишской лаборатории. После завершения ее он не вернулся в Данию. Весной 1912 года Бор переехал в Манчестер и с разрешения Резерфорда присоединился к группе его сотрудников. Интересы этой группы были сосредоточены на изучении атомного ядра.

«В это время, – писал Бор, – вокруг Резерфорда сгруппировалось большое число молодых физиков из разных стран мира, привлеченных его чрезвычайной одаренностью как физика и редкими способностями как организатора научного коллектива. Хотя Резерфорд был всегда поглощен ходом своих собственных работ, у него все же хватало терпения выслушивать каждого из этих молодых людей, если он ощущал у них наличии каких-то идей, какими бы скромными с его собственной точки зрения они ни казались».

В Манчестере у Резерфорда проходили практику и некоторые русские физики и химики: В.А. Бородовский (скончавшийся в молодом возрасте от туберкулеза), профессор Московского университета Н.А. Шилов, Ядвига Шмидт (работала у А.Ф. Иоффе в Ленинграде).

Профессор. Н.А. Шилов, описывая в 1914 году Манчестерский университет (называвшийся еще Оуэнс-колледжем), отмечал: «Лаборатория Резерфорда помещается в отдельном здании внутри двора. Ни снаружи, ни внутри она не отличается роскошью. Приборы – самые простые. Многое приходится налаживать или мастерить самому – в этом, конечно, большая польза. Все дается работающим бесплатно. Единственное материальное богатство лаборатории – это раствор полуграмма радиевой соли (для получения эманации) и значительный запас мезотория, радиотория и актиния».

Приведенные слова Н.А. Шилова еще раз свидетельствуют о суровой простоте обстановки, окружавшей Резерфорда, совершенно несоизмеримой с полученными в ней поразительными научными результатами.

Нильс Бор – один из величайших физиков XX столетия, в те времена еще очень молодой человек – занялся в Манчестере теоретическими исследованиями. Прежде всего его целью было ликвидировать противоречия, которые так явно обнаруживались в модели атома Резерфорда. Для него было совершенно ясно, что никакими способами нельзя согласовать устойчивость системы ядро – электроны с классическими принципами механики и электродинамики.

Что же делать? Бор видел выход в разработке новой теории, которая годилась бы для объяснения новых явлений микромира.

Еще Макс Планк , обнаружив в 1900 году характерную прерывистость некоторых природных физических явлений, обратил внимание на ограниченность классических теорий. Планк смог обосновать открытый им закон излучения черного тела, лишь сделав очень смелое допущение: что энергия колебания атомов вопреки классическим представлениям может иметь ряд вполне определенных значений. В ходе дальнейших исследований Эйнштейном было показано, что прерывистость присуща также свету, состоящему из отдельных квантов – частичек. Планк открыл тогда ставшую впоследствии известной постоянную Планка, или планковский квант действия. Формула Планка hv означала, что свет с частотой колебаний v должен поглощаться и испускаться в квантах энергии, величина которых пропорциональна v , помноженному на постоянную величину h , которая и есть универсальная постоянная Планка. Она равна 6,6·10 –27 эргов в секунду.

Макс Планк заложил первый камень в фундамент великого здания квантовой механики, построенного (но до сих пор полностью незавершенного) рядом выдающихся физиков-теоретиков, в числе которых можно назвать Нильса Бора , Макса Борна , Луи де Бройля , Эрвина Шредингера , Вернера Гейзенберга , Я.И. Френкеля, И.Е. Тамма , М. Дирака , В. Фока, Л. Ландау , Г. Бете и других.

Первые попытки использовать квантовые идеи Планка относились к объяснению модели атома Томсона.

Но решающий шаг был сделан Бором в Кембридже после создания ядерной модели атома. Применив идею прерывистости к модели Резерфорда, Бор сделал допущение, что атом может сколь угодно долго пребывать в совершенно определенных состояниях, которые зависят от орбит электронов. Согласно Бору электроны в атоме могут находиться на так называемых «разрешенных» орбитах. При переходе электрона с одной орбиты на другую происходит излучение или поглощение светового кванта. Таким образом, атом может существовать лишь в некоторых квантовых энергетических состояниях. Каждый переход электрона с более высокого энергетического уровня в меньший сопровождается излучением кванта. Частота излучения равна hv .

Когда Бор сообщил Резерфорду о разработанной им квантовой модели атома, Резерфорд оказался в некотором затруднении. Он, как рассказывал Бор, «не сказал, что это глупо, но он никак не мог понять, каким образом электрон, начиная прыжок с одной орбиты па другую, знает, какой квант нужно ему испускать. Я ему говорил, что это как «branching ratio» (т.е. вероятность испускания альфа- и бета-частиц – Ф. К. ) при радиоактивном распаде, но это его не убедило».

Справедливости ради стоит сказать, что позднее Резерфорд признал квантовую механику в отличие от некоторых выдающихся физиков эпохи «классической физики», для которых квантовые представления так и остались за пределами восприятия.

Автор теории относительности Альберт Эйнштейн тоже не сразу принял открытие Бора. Ознакомившись со статьей Бора, он заметил, что все ему понятно и близко к тому, что он сам был мог сделать; но если это правильно, то физика как наука кончилась. По-видимому, Эйнштейн имел в виду столь близкую его уму и сердцу науку – старую доквантовую физику.

Лорд Релей – крупнейший английский физик «классической эпохи» – откровенно не одобрял квантовых идей Бора. Выступление Релея на заседании Британской ассоциации было предельно вежливым, но весьма однозначным: «Когда я был молод, я неукоснительно исповедовал некоторые принципы. Согласно одному из них человек, переваливший за шестьдесят, не должен высказываться до Поводу новых идей. Хотя я должен признаться, что теперь придерживаюсь его не столь строго, однако в достаточной степени для того, чтобы не принимать участия в этой дискуссии!»

Но на заседании Британской ассоциации у Вора нашлись и сторонники, горячо поддержавшие новые квантовые представления. Это были известные ученые, пользовавшиеся огромным авторитетом: Мари Кюри, Хендрик Антон Лоренц, Джемс Джинс, Джозеф Лармор.

Существенных успехов в изучении электронных оболочек и их взаимодействий с атомными ядрами наряду с Бором удалось достичь ученику Резерфорда молодому физику Генри Мозли.

В 1914 году началась первая мировая война. Манчестерская группа Резерфорда распалась. Сотрудники лаборатории были призваны в армию.

Резерфорд и его жена находились в Америке. После возвращения в Манчестер Резерфорд, как и другие физики, был мобилизован для работы над военными проблемами. По заданию военного ведомства он занялся разработкой акустических методов обнаружения подводных лодок. Немецкие субмарины наносили большие потери военным и торговым кораблям британского флота. Любопытно, что спустя много лет, в годы второй мировой войны ученик Резерфорда Джеймс Чадвик был также привлечен к этой проблеме. Но он разрабатывал не акустические, а электронные методы обнаружения с помощью радаров.

Война помешала ученикам Резерфорда продолжать многообещающие научные исследования. Генри Мозли, которого Резерфорд считал своим талантливейшим учеником, погиб в 1917 году в возрасте 28 лет. Джеймс Чадвик содержался в немецком концлагере в качестве военнопленного. Марсден сражался во Франции.

Нильс Бор покинул Манчестер и поддерживал лишь почтовую связь с Резерфордом из Копенгагена.

Резерфорд отдавал много сил работам военного значения; но некоторое время выкраивал и для продолжения собственных исследований. Он писал Бору в Данию (9 декабря 1916 года):

«Время от времени мне удается урвать свободные полдня, чтобы провести некоторые из моих собственных экспериментов, и я думаю, что получил результаты, которые в конце концов окажутся чрезвычайно важными. Мне очень хотелось бы обсудить все эти вещи вместе с вами здесь. Я обнаруживаю и подсчитываю легкие атомы, приводимые в движение альфа-частицами, и эти результаты, как мне кажется, проливают яркий свет на характер и распределение сил вблизи ядра. Я также пытаюсь этим же методом взломать атом. В одном из опытов результаты представляются обнадеживающими, но потребуется уйма работы, чтобы их подтвердить. Кей помогает мне и в настоящее время является специалистом по подсчетам».

В этом письме Резерфорд скромно говорит о своих попытках «взломать атом». Эти попытки увенчались полным и потрясающим успехом. Новый взлет резерфордовского гения привел к открытию, которое впоследствии революционизировало всю науку и технику современности. Был дан первый сигнал к началу атомного века. Резерфорд в Манчестерской лаборатории расщепил атомное ядро.

Дальнейшее развитие опытов по расщеплению легких ядер происходило позже уже в Кевендишской лаборатории Кембриджского университета. Но принципиальные результаты были получены Резерфордом уже в Манчестере.

Мысль об этом опыте возникла у Резерфорда при наблюдении в камере Вильсона и в сцинтилляционном счетчике загадочных треков (следов), гораздо более длинных, чем треки альфа-частиц, хорошо знакомые ему по бесчисленным опытам. Он подумал, что существуют какие-то неизвестные ему причины резкого удлинения пробега альфа-частиц. Другое предположение (оно оказалось правильным) заключалось в том, что длинные следы оставляют другие неопознанные частицы. Перед исследователем возникла задача выяснить, какое из двух предположений истинно.

Для получения ответа на свои вопросы Резерфорд решил выполнить серию опытов по бомбардировке альфа-частицами различных веществ. Он построил прибор, который нам кажется теперь необыкновенно простым. Но мы должны признать также, что только он был наиболее пригоден для наглядного решения задачи. В нем мишенями для бомбардировки должны были быть газы (т.е. легкие атомы), а не металлические пластинки, обычно использовавшиеся Резерфордом во многих предыдущих экспериментах.

Собственноручно построенный Резерфордом прибор, с помощью которого ему удалось впервые расщепить ядра атомов легких элементов, схематически изображен на рисунке.

Рис. 2. Прибор Резерфорда

Латунная трубка 6 длиной 20 сантиметров с двумя кранами наполняется газом. Внутри трубки находится диск радиоактивного излучателя 7 , испускающего альфа-частицы. Диск этот укреплен на стойке, двигающейся по рельсу 4 . Во время опыта один конец трубки закрывался матовой стеклянной пластинкой, а другой конец – латунной пластинкой (прикрепляемой воском). Маленькое прямоугольное отверстие в латунной пластинке закрывалось серебряной пластинкой 3 . Серебряная пластинка обладала способностью задерживать альфа-частицы, эквивалентные слою воздуха толщиной примерно 5 сантиметров. Против отверстия помещался люминесцирующий экран из цинковой обманки. Для счета сцинтилляций исследователь пользовался зрительной трубой 1 .

Латунная трубка 6 длиной 20 сантиметров с двумя кранами наполняется газом. Внутри трубки находится диск радиоактивного излучателя 7, испускающего альфа-частицы. Диск этот укреплен на стойке, двигающейся по рельсу 4. Во время опыта один конец трубки закрывался матовой стеклянной пластинкой, а другой конец – латунной пластинкой (прикрепляемой воском). Маленькое прямоугольное отверстие в латунной пластинке закрывалось серебряной пластинкой 3. Серебряная пластинка обладала способностью задерживать альфа-частицы, эквивалентные слою воздуха толщиной примерно 5 сантиметров. Против отверстия помещался люминесцирующий экран из цинковой обманки. Для счета сцинтилляций исследователь пользовался зрительной трубой 1.

Когда Резерфорд наполнил трубку азотом, то в поле зрения появились частицы, оставляющие очень длинный след, подобно тому, что он уже наблюдал. Конечно, Резерфорд, прежде чем прийти к определенным выводам, проделал еще много опытов. Но окончательное заключение было таково: при столкновении альфа-частиц с ядрами атомов азота некоторые из этих ядер разрушаются, испуская ядра водорода – протоны, а затем происходит образование ядра кислорода.

Колоссальное значение этого открытия было с самого начала ясно самому Резерфорду и его сотрудникам. Впервые в лаборатории осуществилось расщепление атомных ядер. Непоколебимые, как казалось до этого, представления о «неразложимости» химических элементов были наглядно опровергнуты. Открывались совершенно новые и удивительные возможности искусственного получения одних элементов из других, выделения огромной энергии, содержащейся в ядрах, и т.д.

Нильс Бор в статье, озаглавленной «Э. Резерфорд – основоположник науки о ядре», впоследствии писал: «В июле 1919 года, когда после заключения перемирия стало возможным свободное передвижение, я отправился в Манчестер навестить Резерфорда и узнать поподробнее о его крупнейшем открытии – открытии управляемых, или так называемых искусственных ядерных превращений, которым он положил начало тому, что любил называть «современной алхимией», и которое с течением времени привело к столь ужасающим последствиям, дав в руки человека господство над силами природы».

Во время визита Бора в Манчестер Резерфорд сообщил ому, что должен принять важное решение: он приглашен занять должность руководителя Кевендишской лаборатории Кембриджского университета. Резефорду трудно было расстаться с Манчестерской лабораторией, но и предложение было чрезвычайно интересным. Вакансия открылась в 1919 году в связи с уходом в отставку семидесятилетнего Джозефа Томсона. Правда, маститый ученый не думал прекратить работу. Но ему уже было трудно руководить разросшейся Кевендишской лабораторией с усложнившимися административными и организационными обязанностями.

Академик А.Ф. Иоффе посетил Кевендишскую лабораторию в конце двадцатых годов и был представлен Резерфордом Томсону. Он писал из Кембриджа: «Томсон в то время был уже очень стар, но продолжал еще работать и руководить научными работами. Однако он был скорее реликвией, напоминавшей великие достижения эпохи открытия электронов. . Электронная физика эпохи Томсона перешла в Кембридже, да и во всем мире, в ядерную физику Резерфорда. »

Резерфорд стал четвертым кевендишским профессором и в этой должности находился 18 последних лет своей жизни. До него Кевендишской лабораторией, основанной в 1874 году, руководили великие английские физики Максвелл, Релей и Томсон.

Совет Кембриджского университета не мог выбрать лучшей кандидатуры, достойной продолжения этого списка.

Когда Резерфорд после 20 лет активнейшей деятельности в Монреале и Манчестере приехал в Кембридж, он был уже крупнейшей фигурой в мировой физике, считался непревзойденным экспериментатором и выдающимся мыслителем. Его исследования способствовали развитию теоретической физики, которой придавалось все более важное значение.

Резерфорд внимательно следит за тем, как теория относительности завоевывает все новых сторонников среди ученых. Он видит успехи квантовой механики, основанной его учеником Бором. В то время еще никто не может связать все эти достижения с перспективами, открывающимися в результате успешных опытов самого Резерфорда по расщеплению ядер легких элементов. Но именно так будет. Пока еще недостает звеньев цепи, которая приведет человека к овладению ядерной энергией. Важнейшим в этом ряду станет открытие нейтрона, сделанное учеником Резерфорда позднее. Но пока в 1920 году Резерфорд, размышляя о строении атома, приходит к выводу, что в ядре должна существовать и нейтральная частица. Иначе говоря, он предсказывает существование нейтрона, впоследствии открытого экспериментально в его лаборатории.

Американский профессор С. Девоне работал в Кевендишской лаборатории в последние годы жизни Резерфорда (1935. 1937). Он писал: «Резерфорд – личность и Кевендишская лаборатория – научное учреждение слились воедино и вместе они излучали такой ослепительный свет, который редко встречается в жизни. Если Монреальский период характеризуется личными достижениями, манчестерский – Резерфорда и его школы, то в Кембридже Резерфорд уже олицетворял собой великую Кевендишскую Традицию, был частью ее славы».

В приведенной цитате явно ощущается попытка охарактеризовать главные периоды научной деятельности Резерфорда. Это естественно для Девонса – ученого, стремящегося к точной классификации. Но разбивка Девонса дает лишь приблизительное представление о главных периодах работы Резерфорда в Канаде и Англии. На самом деле все гораздо сложнее, в частности, потому, что работы самого Резерфорда невозможно отделить от работ его учеников.

Резерфорд сделался Кевендишским профессором в возрасте 48 лет. Когда-то он впервые вошел в это примечательное здание на Фри скул лэйн молодым провинциальным парнем, приехавшим из Новой Зеландии. Он впервые испытал тогда здесь ни с чем не сравнимую радость исследовательской работы.

Теперь все было и так и иначе. В знакомых комнатах стояли те же добротные массивные столы с грубовато сделанными установками и сплетениями проводов. Поблескивали стекло и медь старомодных солидных физических приборов. Но работали в этих старых стенах представители нового поколения ученых. Несмотря на то, что недавно окончилась мировая война, в Кевендишской лаборатории было сейчас очень много молодежи – гораздо больше, чем в прежние времена.

1919 год проходит под знаком интенсивной работы Резерфорда по расщеплению ядер. Он получает экспериментальное подтверждение ранее уже установленного им положения – что небольшое количество атомов азота при бомбардировке распадается, испуская быстрые протоны – ядра водорода. В свете позднейших исследований, писал Резерфорд, «общий механизм этого превращения вполне ясен. Время от времени альфа-частицы действительно проникают в ядро азота, образуя на одно мгновение новое ядро типа ядра фтора с массой 18 и зарядом 9. Это ядро, которое в природе не существует, чрезвычайно неустойчиво и сразу же распадается, выбрасывая протон и превращаясь в устойчивое ядро кислорода с массой 17. »

Итак, азот – тот самый элемент, у которого в результате бомбардировки альфа-частицами происходит расщепление ядер и он превращается в водород и кислород. Резерфорд в своем сообщении приводит запись этого процесса, напоминающую химическое уравнение. Осуществлена первая ядерная реакция, столь важная для продвижения человека к овладению ядерной энергией. Правда, Резерфорд открывает ядерные реакции лишь в легких элементах. Освободить же ядерную энергию удалось лишь позднее путем расщепления тяжелых ядер, в частности, урана. Но в те времена ученые, в том числе и Резерфорд, не имели средств для этого.

Резерфорд подсчитал, что превращения ядер азота происходят крайне резко – одна альфа-частица из 50 тысяч оказывается достаточно близко к ядру азота, чтобы быть захваченной. Сотрудник Резерфорда Патрик Блеккет сфотографировал следы нескольких сотен тысяч альфа-частиц в наполненной азотом камере Вильсона. Он зарегистрировал всего несколько случаев превращений ядер азота.

В результате длительных экспериментов Резерфорду удалось вызвать ядерные реакции в 17 легких элементах. В их числе были бор, фтор, натрий, алюминий, литий, фосфор. Он также пытался путем бомбардировки альфа-частицами вызвать ядерные реакции в некоторых тяжелых элементах, расположенных в конце периодической таблицы. Однако это ему не удавалось. С увеличением атомного номера элемента количество ядерных превращений уменьшалось. У элементов тяжелее аргона с атомным номером 18 совсем уже не наблюдались превращения (не обнаруживались протоны, свидетельствующие о расщеплении).

Продолжая опыты по расщеплению ядер, Резерфорд пришел в следующему выводу: хотя альфа-частицы и обладают большой энергией, но для проникновения в ядра элементов они все же являются недостаточно мощными снарядами. Он решил повысить энергию частиц, разгоняя их в высоковольтной установке. Так был сделан первый шаг в развитии ускорительной техники. В наше время гигантские ускорители стали обычным орудием исследования ядерной физики.

Ученики Резерфорда Кокрофт и Уолтон , вдохновленные идеями своего учителя и при его большой поддержке построили в Кевендишской лаборатории высоковольтную установку для разгона заряженных частиц – протонов. Протоны разгонялись до энергии 600 тысяч электрон-вольт, что для того времени было большим достижением.

Патрик Блеккет по этому поводу писал: «Инженерные масштабы таких экспериментов, как работы Кокрофта и Уолтона, для большинства физиков того времени были недостижимы. Подобно академику Капице, Кокрофт был инженером-электриком, превратившимся в физика. Работы Кокрофта и Уолтона и американского физика Лоуренса в Беркли (США) положили начало Машинного века в ядерной физике, высшим достижением которого сегодня является Серпухов, Брукхейвен и Женева (имеются в виду крупнейшие в мире ускорители. – Ф. К. )».

Резерфорд, поддерживая Кокрофта и Уолтона, прекрасно понимал неизбежность перехода к «Машинному веку» в ядерной физике, где исследователю невозможно обходиться обычными методами доядерной экспериментальной физики.

Но заметим, что открытие Чадвиком в Кевендишской лаборатории нейтронов было результатом экспериментальной работы, проделанной в старых традициях Резерфорда. Для этого сенсационного открытия исследователю потребовалась простая аппаратура, но зато большое вдохновение и физическая интуиция.

Однако, несмотря на создание новых методов ускорения частиц, Резерфорд не менял своего мнения о невозможности практического использования внутриядерной энергии. Он говорил, что атом всегда склонен вести себя не как источник энергии, а как «прорва», поглощающая энергию. Нужно израсходовать больше энергии на расщепление атома, чем можно получить ее в результате этого. Правда, это предположение Резерфорд высказывал главным образом до открытия нейтрона. Появление на сцене нейтрона оживило перспективы использования внутриядерной энергии. Успехи ядерной физики в тридцатых годах нашего века были вдохновлены работами Резерфорда в области осуществления ядерных реакций.

В исследования включились экспериментаторы и теоретики различных стран. Исключительно важные результаты в этот период были получены Ирен и Фредериком Жолио-Кюри в Париже, Энрико Ферми в Риме, Отто Ганом и Лизе Мейтнер в Берлине. В Советском Союзе были опубликованы важные работы Я.И. Френкеля, И.В. Курчатова, Ю.Б. Харитона, Я.Б. Зельдовича.

Вскоре после открытия нейтрона, за которое Чадвик получил Нобелевскую премию, Резерфорд в одной своей лекции проанализировал это крупнейшее открытие. Ученый показал, что нейтральная незаряженная частица может сыграть большую роль в использовании ядерной энергии.

Резерфорд также говорил, что открытие нейтрона и экспериментальное доказательство его эффективности в осуществлении ядерных реакций создают огромные перспективы. Но нужно найти способ производства большого количества медленных нейтронов при малой затрате энергии для этого.

Резерфорд не дожил всего несколько лет до того, как Отто Ган и Лизе Мейтнер открыли деление урана. Это открытие, по словам Патрика Блеккета, «в известном смысле явилось последним из великих открытий в собственно ядерной физике, отличающейся от физики элементарных частиц. Резерфорд не дожил до кульминационного пункта развития направления, которое фактически было областью всей его научной деятельности».

Но сбылось предсказание Резерфорда о том, что с помощью бомбардировки нейтронами можно будет освобождать внутриядерную энергию. После ряда выдающихся открытий физики осуществили, наконец, путем нейтронной бомбардировки определенной критической массы урана такую ядерную реакцию, которая была названа цепной. Цепная реакция дает непрерывное выделение колоссальной внутриядерной энергии. Именно цепной процесс имел в виду Резерфорд, говоря о нем за 13 лет до того, как Энрико Ферми на основе этого процесса построил в Чикаго первый ядерный реактор.

В огромном числе идей и достижений Резерфорда одна его работа, выполненная в конце жизни, имеет непосредственное отношение к использованию термоядерного синтеза.

Резерфорд вместе со своим учеником Марком Олифантом (который, по наблюдению Нильса Бора, и общим складом характера, и необыкновенной работоспособностью напоминал самого Резерфорда) занимался бомбардировкой ускоренными частицами – протонами и дейтронами – мишеней из изотопа лития. Эти эксперименты теперь считаются классическими. Они привели к открытию изотопа водорода Н3 – дейтерия и изотопа гелия Не3 – трития. Эти изотопы впоследствии позволили поставить на реальные рельсы проблему термоядерного синтеза. Открытие трития позволило создать водородную бомбу. Дейтерий и тритий – возможные исходные материалы для термоядерного синтеза в термоядерных реакторах будущего. Об этом говорил академик И.В. Курчатов во время посещения в 1956 году Британского Научно-исследовательского центра ядерных исследований в Харуэлле.

Всего лишь через два года после смерти Резерфорда работы по овладению ядерной энергией приняли гигантский размах, особенно в США, где сконцентрировались многие европейские физики. Вырисовывались контуры сверхмощной атомной бомбы, в которой цепное деление урана происходило в виде гигантского взрыва, несравненно более мощного, чем любой взрыв, произведенный обычными взрывчатыми веществами.

Ученик и последователь Резерфорда Марк Олифант писал о распространенном мнении, что Резерфорд был величайшим физиком-экспериментатором после Фарадея. От себя же он добавлял к этому, что в некоторых отношениях вклад Резерфорда в науку более значителен, нежели вклад Фарадея и Эйнштейна. Фарадей работал в одиночку; Эйнштейн имел лишь несколько ближайших сотрудников. Резерфорд всегда был окружен учениками и поэтому оказал громадное влияние на развитие физики во всем мире.

Особенно много учеников работало вместе с Резерфордом в Кевендишской лаборатории. Многие из них впоследствии сделались известными учеными, лауреатами Нобелевской премии. Среди них были и советские физики.

Петр Капица был первым советским ученым, принятым Резерфордом в Кевендишскую лабораторию для стажировки. У Резерфорда в разное время работали советские физики-атомники: Ю.Б. Харитон, А.И. Лейпунский, К.Д. Синельников. В Кевендишской лаборатории побывали теоретики Я.И. Френкель и Л.Д. Ландау, а также Н.Н. Семёнов и другие выдающиеся ученые.

Главе крупнейшей научной школы физиков первой половины XX века Эрнесту Резерфорду были присущи весьма привлекательные черты, характеризующие его и как педагога, и вообще как человека. Вот как вспоминает о нем П.Л. Капица: «К людям он относился исключительно заботливо, особенно к своим ученикам. Приехав работать к нему в лабораторию, я сразу был поражен этой заботливостью. Резерфорд не позволял работать дольше 6 часов вечера в лаборатории, а по выходным дням не позволял работать совсем. Я протестовал, но он сказал: «Совершенно достаточно работать до 6 вечера, остальное время вам надо думать. Плохи люди, которые слишком много работают и слишком мало думают».

Проявляя большую заботу о своих учениках и с исключительным тактом воспитывая в них интерес к научным исследованиям, Резерфорд никогда не отступал от своих педагогических принципов. Этих принципов было много. Один из них заключался в постоянном стремлении выработать в молодом человеке способность к самостоятельному мышлению. Капица писал о Резерфорде: «Он многим готов был пожертвовать, чтобы только воспитать в человеке независимость и оригинальность мышления, он окружал его всевозможными заботами и всячески поощрял его работу. Он заботился о том, чтобы, если у человека есть свое, это было бы отмечено. Сам он это всегда отмечал на своих лекциях. Если кто-нибудь при опубликовании своей работы забывал оговорить, что данная идея собственно не его, Резерфорд моментально это отмечал. Он всячески следил, чтобы была полная справедливость, чтобы был соблюден точный приоритет».

Высокий авторитет Резерфорда в научном мире с исключительной силой привлекал к нему исследователей. На стажировку к Резерфорду в Англию приезжали молодые физики – уроженцы всех континентов.

В 1961 году П.Л. Капица в Институте физических проблем на приеме в честь Нильса Бора сказал: «Хочу обратить внимание наших молодых физиков, что надо выбирать себе «хозяина» в науке. Нильса Бора привели к Резерфорду те же импульсы, что затем привели и меня. В Резерфорде было что-то непреодолимо привлекательное, как в Шаляпине. Кто хоть раз слышал Шаляпина, тот стремился вновь и вновь услышать его; всякий, кому посчастливилось говорить с Резерфордом, искал новых встреч с ним».

Профессор Колумбийского университета американский физик Сэмюэль Девонс – участник московского коллоквиума «100-летие со дня рождения Резерфорда» в своих воспоминаниях отметил, что «Резерфорд излучал интеллектуальную власть», которая к нему с исключительной силой привлекала молодых исследователей.

Воспоминания Девонса относятся к более позднему времени, чем Капицы. Разумеется, годы не пощадили и Резерфорда. Но сути его они изменить не смогли.

Девонс отметил, что и в его времена постаревший Резерфорд продолжал так же заботливо, как раньше, относиться к своим ученикам. Правда, он уже не сам обходил лаборатории, а поручал это делать своим старшим сотрудникам. Если «обходящий» сотрудник заставал в лаборатории студентов, то говорил кратко и вежливо: «Господа, пора уходить». Бывало, кто-нибудь из молодых людей протестовал против «насильственного удаления». Тогда следовали язвительные слова сотрудника: «Если вам не удалось сделать то, что надо было сделать до 6 часов, то вряд ли вам вообще когда-нибудь удастся это сделать. Идите домой и хорошо подумайте».

Назначив Марка Олифанта своим заместителем по науке, Резерфорд многократно напоминал ему: всякому, кто имеет собственные идеи, нужно помочь их осуществить, даже если они кажутся не особенно важными или вообще невыполнимыми, ибо ошибки учат не меньше, чем успехи.

Олифант вспоминал также обращенные к нему слова Резерфорда: «Не забывайте, что многие идеи ваших мальчиков могут быть лучше ваших собственных, и никогда не следует завидовать успехам ваших учеников». В этом замечании проявляется благородное и справедливое отношение Резерфорда к молодым исследователям, чьи идеи и экспериментальные результаты он всегда отмечал в своих статьях и лекциях.

Вот что писал академик Ю.Б. Харитон о Резерфорде, подчеркивая роль его личных качеств в воспитании молодых исследователей: «Резерфорд был учителем в самом высоком смысле этого слова. Он никогда не навязывал ученикам свои идеи и всячески поддерживал все проявления самостоятельного образа мышления. Он никогда не жалел «отдавать» на разработку свои мысли. Многие работы, не носящие его имени, обязаны ему своим происхождением. Резерфорд не любил входить в детали работы молодых учеников, считая, что слишком глубокое участие в работе подавляет инициативу. Но он чрезвычайно внимательно анализировал и обсуждал результаты, проявляя ко всем вопросам неисчерпаемый интерес, вдохновляя и увлекая каждого, кто имел с ним дело. Он проявлял строгие требования к изложению результатов, часто заставлял полностью переделывать уже написанные статьи».

Авторитет Резерфорда в Кевендишской лаборатории был выше всяких слов. Новички, приезжавшие сюда для работы, прежде всего изучали его привычки. Если Резерфорд шел по коридору, бодро напевая песню «Вперед, солдаты Христа» (песня узнавалась скорее по словам, чем по мотиву), то это означало, что дела в лаборатории обстояли благополучно и даже хорошо. Если же Резерфорд произносил нараспев слова панихиды, это означало, что работа не ладилась или что кто-то из сотрудников разбил дорогой прибор.

Перед лекцией Резерфорд извлекал из кармана кипу листочков и почтовых открыток с собственными заметками; однако пользовался ими редко. Все, что он говорил студентам, по словам Фезера, возбуждало его собственный энтузиазм. Резерфорд считал себя «верховным хранителем фактов». Он говорил, что, не изучив все факты до конца, нельзя заниматься созданием гипотез и моделей.

Ежедневно в половине пятого Резерфорд собирал сотрудников в специально отведенной комнате (или у себя дома) для беседы за чашкой чая. Во время этих «файв о клок ти» оживленно обсуждались научные вопросы, результаты экспериментов. Резерфорд быстро вникал в суть обсуждавшихся вопросов, указывал ошибки, предлагал новые решения. Иногда разговор отклонялся от науки и переходил к политике, искусству, литературе, спорту. Интерес к этим областям никогда не угасал у Резерфорда, даже тогда, когда его работа в лаборатории была особенно утомительной и трудной.

Профессор Девид Шенберг рассказывал, что Резерфорд руководил своими учениками как «благодушный отец семейства».

Как правило, могучий голос Резерфорда, раздававшийся в коридоре, предупреждал о его приближении, и сотрудники успевали собраться с мыслями перед встречей со своим верховным главой. Именно этот сигнал, как говорили в Кембридже, дал Капице повод назвать Резерфорда Крокодилом по аналогии с персонажем английской популярной книжки для детей Питера Пэна. Герой этой книжки – Крокодил проглотил будильник, и с тех пор тикание предупреждало о приближении страшного зверя. Раньше Крокодил появлялся без предупреждения и. пугал детей. Прозвище закрепилось среди учеников на долгие годы.

Резерфорду не были чужды и чудачества, как это полагается перегруженным умственной работой профессорам. Шенберг писал о том, что Резерфорд делил науку на физику и собирание почтовых марок. Но, по мнению Резерфорда, собирание марок могло перерасти в физику, если находилось достаточно много фактов и наблюдений. Химию Резерфорд относил также к собиранию марок. Представляя однажды аудитории знаменитого голландского ученого и своего друга Питера Дебая, Резерфорд сказал почти серьезно: «Хотя он и химик, но неплохой парень».

В жизни Резерфорда юмор играл огромную роль. Марк Олифант писал, что рассмешить Резерфорда ничего не стоило. Он не только живо отзывался на различные шутки и смешные истории, но и сам любил рассказывать всякие анекдотические случаи и делал это шумно и весело.

Резерфорд, по свидетельству друзей, сотрудников и учеников, был прогрессивным человеком, всегда придерживавшимся высоких моральных принципов. Он участвовал в составлении меморандума о создании Совета академической помощи для сбора миллиона фунтов стерлингов в фонд помощи нуждающимся ученым – беженцам из фашистской Германии. Резерфорд возглавил этот Совет и председательствовал на митинге в Альберт-Холле в Лондоне, где были собраны крупные денежные средства. В своем вступительном слове перед десятитысячной аудиторией он сообщил, что более 1000 университетских профессоров лишены возможности продолжать работу и не имеют средств к жизни. «Каждый из нас, – сказал Резерфорд, – вправе иметь собственные политические взгляды, но в этой работе по оказанию помощи все политические разногласия должны быть отброшены перед жизненной необходимостью успешно сохранить этих людей – носителей знания и опыта, которые в противном случае будут потеряны для мира».

Главным оратором на митинге в Альберт-Холле был Эйнштейн. Он сказал в своей речи: «В мою задачу не входит выступать в роли судьи поведения нации, которая многие годы считала меня своим членом. Сегодня нас волнует другой вопрос: как спасти человечество и его духовные достижения, наследниками которых мы являемся?»

По свидетельству близко знавших его людей, Резерфорд ненавидел войну и насилие любого рода. Приведем письмо знаменитого немецкого физика Макса Борна ученику и сотруднику Резерфорда Джеймсу Чадвику.

Я только что прочел вашу резерфордовскую мемориальную лекцию, опубликованную в полученном сегодня журнале. Мне хочется сказать вам, как мне нравится ваша лекция. Вы прекрасно показали образ этого человека и дали оценку его работ. Мое непродолжительное общение с ним является одним из наиболее дорогих воспоминаний, ибо это был величайший из людей, которых я встречал, включая даже Эйнштейна. Меня все время волнует один вопрос: каково было бы его отношение к современному положению физики в нашем политическом мире? Припоминаю следующий случай. Когда я приехал в 1933 г. в Кембридж, там был также химик Фриц Габер . Это был порядком надломленный человек, лишенный своего положения, политического влияния, почитаемый, но никому не нужный эмигрант. Мне было жаль его, и я пригласил его жить у нас в доме на Хиллс Роуд, хотя и не был с ним в хороших отношениях, так как мне претила его политическая и военная активность во время первой мировой войны. Однажды моя жена и я спросили Резерфорда, не хочет ли он встретиться в нашем доме с Габером за чашкой чая. Он наотрез отказался; он не желал иметь никаких контактов с человеком, который изобрел химический способ ведения войны с помощью отравляющего газа. Хотел бы я знать, что сделал бы Резерфорд, если бы дожил до наших дней и увидел военное применение ядерной физики. Как трагично, что он не может указать нам правильный путь. А быть может, хорошо, что он умер до того, как эта дилемма встала перед нами во весь рост?

11 августа 1954, Германия. Искренне ваш М. Борн»

Резерфорд до конца своих дней не верил, а может быть, не хотел верить в возможность создания ядерного оружия огромной мощности.

Уже после смерти Резерфорда физик-атомник Фредерик Жолио-Кюри посвятил многие годы борьбе с угрозой атомной войны, борьбе против применения любого атомного оружия в конфликтах между странами.

Выдающаяся и разносторонняя личность Резерфорда производила огромное впечатление на всех его сотрудников, учеников и тех, кто общался с ним даже в течение короткого времени или видел хоть однажды.

Марк Олифант отмечал, что «энтузиазм Резерфорда был заразителен, а обаяние его личности распространило его влияние далеко за пределы чисто профессиональных контактов. »

Многие из сотрудников Резерфорда впоследствии писали об этой неповторимой личности. Но, может быть, наиболее яркие страницы воспоминаний о Резерфорде принадлежат его любимому ученику П.Л. Капице. Вот строки из этих мемуаров.

«Наружностью он был довольно плотный, роста выше среднего, глаза у него были голубые, всегда очень веселые, лицо очень выразительное. Он был подвижен, голос у него был громкий, он плохо умел его модулировать, вполголоса он говорить не мог. Когда профессор входил в лабораторию, все знали об этом, и по интонации можно было судить – в духе профессор или нет. Во всей его манере общения с людьми сразу с первого слова бросались в глаза его искренность и непосредственность. Ответы его были всегда кратки, ясны и точны. Проводить время в его обществе было исключительно приятно. Когда ему что-нибудь рассказывали, он немедленно реагировал, что бы это ни было. С ним можно было обсуждать любую проблему – он сразу начинал охотно говорить о ней».

Капица писал, что фундаментальные эксперименты Резерфорда в области определения основных свойств атома и его ядра по своему значению, несомненно, равны фундаментальным открытиям, которые были сделаны гениальными физиками Галилеем, Франклином, Ньютоном, Ломоносовым, Фарадеем, Герцем.

Резерфорд скончался 19 октября 1937 года во время операции. Незадолго до этого дня ему исполнилось 66 лет.

Его ученик Норман Фезер посетил Резерфорда за несколько дней до его смерти. Резерфорд был уже тяжело болен. Леди Резерфорд подала на стол чай и пирожные. Но к пирожным никто не притронулся. После недолгой беседы Резерфорд проводил Фезера по песчаной дорожке и у калитки неожиданно быстро повернулся и пожал гостю руку. Это, по словам Фезера, было необычно и поразительно. Резерфорд не имея обыкновения пожимать руки своих сотрудников. Через час Резерфорд позвонил Фезеру в лабораторию и спросил, как проходит опыт. Больше Фезер никогда уже не слышал этого голос». Спустя 5 дней Резерфорд умер.

Нильс Бор получил известив о смерти Резерфорда, когда находился в Болонье (Италия), где отмечалось двухсотлетие со дня рождения великого итальянского ученого Луиджи Гальвани. Он сразу же на самолете отправился в Кембридж.

«Совсем недавно, – писал Бор в воспоминаниях о Резерфорде, – я был здесь (в Кембридже. – Ф. К. ), видел Резерфорда, полного сил, бодрого, как всегда, и вот теперь я снова встретился с Мери Резерфорд при таких подлинно трагических обстоятельствах. Мы говорили с ней о замечательной жизни Эрнеста, на всем протяжении которой она была ему верным товарищем с их ранней юности, и о том, как для меня Резерфорд стал вторым отцом».

Прошло много лет с тех пор, как умерла и Мери Резерфорд, и дочь великого ученого Эйлин-Мери, и его близкий друг и ученик Нильс Бор.

Резерфорд похоронен в соборе святого Павла, известном и как Вестминстерское аббатство. Его саркофаг установлен в одном из нефов собора, названном «Уголком науки» (Sience corner).

Здесь погребены великие английские ученые, которые принесли славу своему народу и науке – Исаак Ньютон, Майкл Фарадей, Чарлз Дарвин, Вильям Гершель. Простой памятник над прахом Резерфорда подчеркивает скромность этого человека, который сумел проникнуть в таинственную глубь атома и создать новую науку, поистине потрясшую мир.

Фёдор КЕДРОВ.
Цепная реакция идей (серия «Творцы науки и техники»). М., «Знание», 1975.

Опыт Резерфорда

Атом состоит из компактного и массивного положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных легких электронов вокруг него.

Эрнест Резерфорд — уникальный ученый в том плане, что свои главные открытия он сделал уже после получения Нобелевской премии. В 1911 году ему удался эксперимент, который не только позволил ученым заглянуть вглубь атома и получить представление о его строении, но и стал образцом изящества и глубины замысла.

Используя естественный источник радиоактивного излучения, Резерфорд построил пушку, дававшую направленный и сфокусированный поток частиц. Пушка представляла собой свинцовый ящик с узкой прорезью, внутрь которого был помещен радиоактивный материал. Благодаря этому частицы (в данном случае альфа-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов), испускаемые радиоактивным веществом во всех направлениях, кроме одного, поглощались свинцовым экраном, и лишь через прорезь вылетал направленный пучок альфа-частиц. Далее на пути пучка стояло еще несколько свинцовых экранов с узкими прорезями, отсекавших частицы, отклоняющиеся от строго заданного направления. В результате к мишени подлетал идеально сфокусированный пучок альфа-частиц, а сама мишень представляла собой тончайший лист золотой фольги. В нее-то и ударял альфа-луч. После столкновения с атомами фольги альфа-частицы продолжали свой путь и попадали на люминесцентный экран, установленный позади мишени, на котором при попадании на него альфа-частиц регистрировались вспышки. По ним экспериментатор мог судить, в каком количестве и насколько альфа-частицы отклоняются от направления прямолинейного движения в результате столкновений с атомами фольги.

Эксперименты подобного рода проводились и раньше. Основная их идея состояла в том, чтобы по углам отклонения частиц накопить достаточно информации, по которой можно было бы сказать что-либо определенное о строении атома. В начале ХХ века ученые уже знали, что атом содержит отрицательно заряженные электроны. Однако преобладало представление, что атом представляет собой что-то похожее на положительно заряженную тонкую сетку, заполненную отрицательно заряженными электронами-изюминами, — модель так и называлась «модель сетки с изюмом». По результатам подобных опытов ученым удалось узнать некоторые свойства атомов — в частности, оценить порядок их геометрических размеров.

Резерфорд, однако, заметил, что никто из его предшественников даже не пробовал проверить экспериментально, не отклоняются ли некоторые альфа-частицы под очень большими углами. Модель сетки с изюмом просто не допускала существования в атоме столь плотных и тяжелых элементов структуры, что они могли бы отклонять быстрые альфа-частицы на значительные углы, поэтому никто и не озабочивался тем, чтобы проверить такую возможность. Резерфорд попросил одного из своих студентов переоборудовать установку таким образом, чтобы можно было наблюдать рассеяние альфа-частиц под большими углами отклонения, — просто для очистки совести, чтобы окончательно исключить такую возможность. В качестве детектора использовался экран с покрытием из сульфида натрия — материала, дающего флуоресцентную вспышку при попадании в него альфа-частицы. Каково же было удивление не только студента, непосредственно проводившего эксперимент, но и самого Резерфорда, когда выяснилось, что некоторые частицы отклоняются на углы вплоть до 180°!

В рамках устоявшейся модели атома полученный результат не мог быть истолкован: в сетке с изюмом попросту нет ничего такого, что могло бы отразить мощную, быструю и тяжелую альфа-частицу. Резерфорд вынужден был заключить, что в атоме большая часть массы сосредоточена в невероятно плотном веществе, расположенном в центре атома. А вся остальная часть атома оказывалась на много порядков менее плотной, нежели это представлялось раньше. Из поведения рассеянных альфа-частиц вытекало также, что в этих сверхплотных центрах атома, которые Резерфорд назвал ядрами, сосредоточен также и весь положительный электрический заряд атома, поскольку только силами электрического отталкивания может быть обусловлено рассеяние частиц под углами больше 90°.

Годы спустя Резерфорд любил приводить по поводу своего открытия такую аналогию. В одной южноафриканской стране таможню предупредили, что в страну собираются провезти крупную партию контрабандного оружия для повстанцев, и оружие будет спрятано в тюках хлопка. И вот перед таможенником после разгрузки оказывается целый склад, забитый тюками с хлопком. Как ему определить, в каких именно тюках спрятаны винтовки? Таможенник решил задачу просто: он стал стрелять по тюкам, и, если пули рикошетили от какого-либо тюка, он по этому признаку и выявлял тюки с контрабандным оружием. Так и Резерфорд, увидев, как альфа-частицы рикошетируют от золотой фольги, понял, что внутри атома скрыта гораздо более плотная структура, чем предполагалось.

Картина атома, нарисованная Резерфордом по результатам опыта, нам сегодня хорошо знакома. Атом состоит из сверхплотного, компактного ядра, несущего на себе положительный заряд, и отрицательно заряженных легких электронов вокруг него. Позже ученые подвели под эту картину надежную теоретическую базу (см. Атом Бора), но началось всё с простого эксперимента с маленьким образцом радиоактивного материала и куском золотой фольги.