Эрнест Резерфорд

Позже будут поставлены специальные опыты, чтобы проверить  природу частиц, но по яркости сцинтилляций и следам в камере Вильсона представляется весьма вероятным, что это ?-частицы. В опытах, проведенных в самые  последние дни, аналогичные эффекты  наблюдались у бора и фтора, однако пробег частиц меньше, хотя они также  похожи на ?-частицы. Возможно, бор-11 захватывает  протон и раскалывается на три ?-частицы, тогда как фтор разламывается  на кислород и ?-частицу. Баланс энергии  находится примерно в соответствии с этими выводами. Я не сомневаюсь, что вас очень заинтересуют эти  новые результаты, которые мы надеемся в ближайшем будущем расширить.

Совершенно ясно, что ?-частица, нейтрон п протон, по-видимому, будут вызывать различные типы расщепления, и, возможно, очень показательно то, что до сих пор наблюдались  результаты только для 4n+3 элементов. Все  выглядит так, как будто добавление четвертого протона ведет к немедленному образованию ?-частицы и последующему распаду. Я думаю тем не менее, что вопрос в целом скорее следует  рассматривать в виде единого  процесса, чем в виде отдельных  ступеней.

Не могу не радоваться тому, что силы и деньги, затраченные  на создание высоких напряжений, вознаграждены  вполне определенными и интересными  результатами. Фактически они должны были наблюдать эти эффекты на год или что-нибудь вроде этого  раньше, но пошли по неправильному  пути. Вы легко можете представить  себе, какие широкие горизонты  открывают эти результаты для  исследования превращений вообще.

У нас дома все  благополучно, завтра я начинаю лекции. С наилучшими пожеланиями Вам  и миссис Бор

Всегда Ваш  Резерфорд.

Бериллий обнаруживает некоторые странные явления, но это  еще нужно выяснить. Возможно, я  расскажу об этих экспериментах на заседании Королевского общества, посвященного ядрам, во вторник 25 апреля.

Конечно, читая это письмо, нужно иметь в виду, что во время  моих поездок в Кембридж я познакомился с ходом работ в Кавендишской лаборатории, так что Резерфорду не было необходимости уточнять, кто  из сотрудников что сделал. Это  письмо представляет собой непосредственное выражение его бурной радости  за крупные успехи, достигнутые в  те годы. н его страстное желание  выяснить все их следствия...

Как подлинный исследователь, Резерфорд никогда не полагался  только на интуицию, как бы далеко она  его ни вела, а всегда искал новые  источники познания, которые могли  бы привести, к неожиданным результатам. Так и в Кембридже Резерфорд  и его сотрудники продолжали весьма энергично и на все более совершенной аппаратуре исследования по процессам ?? и ?-распадов. Важная работа Резерфорда и Эллиса по изучению спектров ?-излучения предоставила возможность делать отчетливое различие между внутриядерными явлениями и взаимодействием ?-частиц с системой внешних электронов; это, в свою очередь, привело к выяснению механизма внутренней конверсии.

Кроме того, обнаруженное Эллисом  непрерывное распределение электронов, непосредственно выброшенных из ядра, по энергетическому спектру  поставило весьма загадочный вопрос о сохранении энергии; в конце  концов ответ на этот вопрос был  дан смелой гипотезой Паули об одновременном испускании нейтрино; эта гипотеза явилась предпосылкой для остроумной теории???распада, разработанной Ферми.

Значительное увеличение точности измерений спектра???излучения, достигнутое Резерфордом, Винн-Вильямсом и другими, позволило пролить большой свет на тонкую структуру этих спектров и их связь с энергетическими уровнями остаточного ядра, образующегося после ?-распада. Особым событием на ранней стадии этих исследований было открытие захвата электронов???излучением; это явление вслед за тем, как его впервые в 1922 г. наблюдал Гендерсон, было тщательно изучено Резерфордом в одной из его самых блестящих работ. Сейчас все знают, что эта работа, в которой содержалось много сведений о процессе электронного захвата, вновь привлекла к себе внимание уже через несколько лет после смерти Резерфорда. Это произошло после открытия процессов деления тяжелых ядер под действием нейтронов, когда на первый план выступил вопрос о прохождении ядерных осколков с большими зарядами через вещество, для которого доминирующей особенностью является захват электронов.

Заметный прогресс как  с точки зрения общей перспективы, так и с точки зрения развития экспериментальной техники был  обусловлен открытием так называемой искусственной???радиоактивности, сделанным  в 1933 г. Фредериком Жолио-Кюри и Ирэн Кюри; это явление связано с ядерными превращениями, вызванными бомбардировкой ?-частицами. Едва ли есть необходимость напоминать, как блестящие исследования Энрико Ферми по ядерным превращениям, вызываемым нейтронами, обнаружили радиоактивные изотопы у большого числа элементов; кроме того, было получено большое количество информации, касающейся ядерных процессов, вызываемых медленными нейтронами. Стоит особенно отметить, что продолжавшееся изучение этих процессов позволило выявить наиболее замечательные резонансные явления с остротой резонанса, намного, превосходящей остроту пиков в сечениях реакций, вызываемых ?-частицами и наблюдавшихся впервые Позе; объяснение этого явления на основе модели потенциальной ямы было дано Герни, а Гамов сразу же обратил на него внимание Резерфорда.

Уже наблюдения Блэкетта, выполненные  с помощью автоматической камеры Вильсона, показали, что во всех процессах, изученных в оригинальных опытах Резерфорда по искусственному расщеплению  ядер, падающие ?-частицы входят в  состав остаточного ядра, образующегося  после вылета протонов. Сейчас стало  ясно, что все типы ядерных превращений, охватывающих широкий интервал энергий, происходят двумя четко выраженными  ступенями. Первая из них - образование  относительно долго живущего составного ядра, а вторая - высвобождение энергии  возбуждения ядра в процессе конкуренции  между различными возможными способами  распада и возможными процессами излучения. Эта точка зрения, к  которой Резерфорд проявил самый  живой интерес, была темой последнего курса лекций, прочитанных мною по приглашению Резерфорда в Кавендишской лаборатории в 1936 г.»

Обеспокоенный политикой, проводимой нацистским правительством Адольфа  Гитлера, Резерфорд в 1933 г. стал президентом Академического совета помощи, который был создан для оказания содействия тем, кто бежал из Германии. В последнюю войну физика стала играть весьма важную роль. Радиолокация, которой занимались тысячи ученых, изменила прежний характер военных действий, а ядерная бомба навсегда покончила с прежними масштабами "обычной" войны. В некоторой степени можно было в середине тридцатых годов предвидеть, что, как только разразится война (а большинство из нас ожидало этого), физиков призовут с самого начала. Тизард, который был близким другом Резерфорда, информировал его о перспективах РДФ, как тогда называли радиолокатор. Уже к 1938 году многие физики в Кавендише были секретно завербованы. Но никто, положительно никто не имел хотя бы смутного представления о том, что и впоследствии большой процент физиков в США, Советском Союзе и в нашей стране останется солдатами в штатском.

В последние годы своей  жизни Резерфорд нашел друга  и сотрудника в лице Марка Олифанта, общий склад и работоспособность  которого очень напоминали его самого. В это время открылись новые  возможности для исследований, связанные  с тем, что, с одной стороны, Юри  открыл тяжелый изотоп водорода ²Н, или дейтерий, а с другой, - Лоуренс создал циклотрон. Уже в своих первых исследованиях по ядерным расщеплениям в пучках дейтронов Лоуренс получил много новых эффектных результатов. Классические эксперименты Резерфорда и Олифанта, в которых они бомбардировали выделенные изотопы лития протонами и дейтронами, привели их к открытию ³Н, или трития, а также ³Не; этим самым было положено подлинное начало интенсивным поискам приложения термоядерных реакций к реализации многообещающих источников атомной энергии.

С самого начала своих исследований радиоактивности Резерфорд ясно сознавал широкие перспективы, которые  открываются этими исследованиями во многих направлениях. В частности, он давно проявлял глубокий интерес  к возможности оценки возраста Земли  и выяснению причин, обусловливающих  тепловое равновесие в земной коре. Если даже освобождение ядерной энергии  для технических целей оставалось делом будущего, то большим удовлетворением  для него должно было быть выяснение  совершенно неизвестного до того времени  источника солнечной энергии; это  объяснение стало возможным в  результате развития начатых Резерфордом  работ и было достигнуто еще при  его жизни...

Последний подъем величественного  творческого пути Резерфорда - середина кавендишского периода, в частности 1932 и 1933 гг. За эти два года мир узнал об открытии Чедвиком нейтрона и о расщеплении ядра с помощью искусственно ускоренных частиц Кокрофтом и Уолтоном. Вдохновляемые предсказанием и поддержкой Резерфорда, эти открытия были все же меньше результатом личной его работы, а больше - плоды труда его сотрудников. 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 вместе с трудами Лоуренса в Беркли положили начало Машинному веку в ядерной физике, высшими достижениями которого сегодня являются Серпухов, Брукхэйвен и Женева. С другой стороны, открытие нейтрона Чедвиком было осуществлено полностью в традициях Резерфорда и потребовало простой аппаратуры, но много вдохновения и физической интуиции. В статье Чедвика, посвященной открытию нейтрона, описываются простые, хорошо продуманные эксперименты, и она представляет собой образец ясного физического мышления.

Волнующие открытия происходили  тогда и в других лабораториях. В 1932 г. Карл Андерсон в Калифорнии открыл в составе космических лучей позитрон. Используя новую автоматическую туманную камеру, Оккиалини и Блэкетт подтвердили это в начале 1933 г. в Кавендише, открыв космические ливни положительных и отрицательных электронов. В 1934 г. Ирен Кюри и Фредерик Жолио открыли радиоактивность, образующуюся при бомбардировке элементов ?-частицами, а Ферми - подобную радиоактивность при облучении нейтронами. Годы 1932-1934 не имеют себе равных в истории науки по этому потоку первоклассных открытий. Резерфорд скончался незадолго до совершенно неожиданного открытия в 1938 г. Ганом деления урана, которое 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.

Обозревая этот удивительный перечень важных открытий, нельзя не поражаться тому, что некоторые из них не были сделаны на много лет ранее. Это особенно относится к открытию позитрона и наведенной радиоактивности. На протяжении 1919 и 1920 гг. ряд исследовителей в различных лабораториях производили измерения спектра ?-частиц от радиоактивных источников, испускающих сильное???излучение и окруженных свинцовой или платиновой фольгой. Как теперь известно, помимо отрицательных электронов, вылетающих из металла под действием ?-излучения, испускается еще несколько процентов положительных электронов. Так что во многих ?-спектрометрах, которые тогда использовались, должны были иметься позитроны в количестве, достаточном для их открытия. Если бы кто-нибудь поменял направление магнитного поля и сделал бы большую экспозицию, он несомненно открыл бы позитрон по крайней мере за десять лет до его фактического открытия Андерсоном.

С другой стороны, открытие наведенной радиоактивности но существу было довольно простым делом, если знать, как это сделать. Нужно было только применить сильный источник???частиц для бомбардировки такого легкого элемента, как бор, и проверить его радиоактивность, чтобы обнаружить возникновение нового неустойчивого элемента. В случае бора это будет новый вид азота. Эти новые элементы при их самопроизвольном распаде испускают позитроны. Кокрофт считал, что это открытие не было сделано в Кавендишской лаборатории потому, что там не пользовались счетчиками Гейгера. Сам Резерфорд сосредоточил свое внимание на ?-частицах и протонах, а не на ?-частицах. Однако многие из его молодых коллег изучали ?-активность, а все-таки пропустили открытие наведенной радиоактивности. Оглядываясь на историю этого вопроса и учитывая, что лично Резерфорд был первым, кто применил технику подсчета ?-частиц, и принимая во внимание огромное число всякого рода экспериментов по радиоактивности, осуществлявшихся под руководством самого Резерфорда, и что, более того, некоторые из его учеников осуществляли поиски наведенной радиоактивности, - все более и более удивляешься, что это открытие было сделано лишь в 1934 г. Современным исследователям из этих двух случаев нужно извлечь урок, что не следует предполагать, что все очевидные эксперименты уже осуществлены, и помнить, что их предшественники могли и пропустить какие-то удивительные явления.

Увлеченность и страстный  интерес Резерфорда к ядру приводили  его иногда к отрицанию важности и значения других отраслей физики и тем более других наук. Хотя это пренебрежение было скорее шутливым, чем серьезным, престиж Резерфорда был столь высок, что даже шутка  в его устах могла переродиться в представлении некоторых людей  в догму. Не только молодых физиков  обескураживало его знаменитое изречение "Все науки - это либо физика, либо коллекционирование марок" или же часто высказывавшееся предположение  о том, что необходим совсем незначительный прогресс физики, после чего можно  будет из фундаментальных законов  физики вывести факты и законы "меньших" наук, таких, как химия! Резерфорд несомненно был бы солидарен  с иерархией наук Конта, в которой  физика расположена во главе, а каждая следующая наука в принципе является производной от расположенной перед  ней. Однако какая бы "философская  истина" ни была заложена в основе этой схемы, ограниченность расчетов, даже с учетом электронных машин  будущего, оставит различные науки  в сильной степени автономными  в своих областях.

Резерфорд был, конечно, прав, полагая, что в те годы ядерная  физика была одной из главнейших, если даже не самой главной областью физики. Я думаю, что он себе не представлял  так ясно, как мог бы себе представить (несмотря на дружбу и восхищение Нильсом  Бором), что это явилось следствием изучения электронной структуры  атома, в которой проявились новые  законы квантовой и волновой теорий, ставшие неотъемлемым средством  для понимания природы ядра. Объяснение феноменологической теории радиоактивного распада Резерфорда, имевшей двадцатилетнюю давность, возникло тогда, когда Гамов  и Гарни независимо применили  к ядру новые принципы волновой механики, вытекающие из изучения оболочки атомов и их взаимодействия с излучением.

Резерфорд не создал те замечательные  машины, которые сыграли решающую роль в современной физике элементарных частиц, хотя некоторые из его учеников, особенно Кокрофт, начали их строить. Резерфорд  работал с допотопными, простыми приборами, но действительно выжимал  из них все, что они могли дать. Его исследования остаются высшим достижением  самостоятельной и индивидуальной работы ученого в области экспериментальной  физики. Никто не сумел бы теперь работать так - "с помощью сургуча  и бечевки", как говорится в  старой кавендишской поговорке.

Дело делалось не без шума, с ссорами и спорами, но и с  такой бьющей через край творческой энергией, с таким пылом и жаром, словно исследовательская работа была самым легким и самым естественным призванием в мире. Наряду с этим у Резерфорда был большой интерес  к искусству, особенно к литературе. Он много читал, значительно больше, чем иные литераторы. Но он не читал  критических статей. Он враждебно  и подозрительно относился к  людям, которые обволакивали туманом  трудностей научные исследования, разводя  длинные и тягучие методологические сентенции, чтобы объяснить вещи, которые он в совершенстве понимал  интуитивно. "Те господа" - так  называл он их. "Те господа", то есть философы-логики, критики, метафизики. Они были умны, обычно более ловки, чем он, и в спорах с ними он часто оказывался в невыгодном положении. Однако они никогда не создавали  ничего серьезного, в то время как  он был величайшим ученым-экспериментатором  нашего века.