Глава 1 Атомы Прометея электричества

Глава 1

Атомы Прометея электричества

Представим, что наши ученые решили загадку атома и сумели освободить его связанные силы. Представим, что тогда атом по нашей воле распадется. Что произойдет? Результат будет такой, какой сейчас мы не можем себе представить. Нетрудно рассчитать, что потенциальная энергия, которая содержится в одной монете, имеет силу, которая, если мы сумеем ее освободить, сможет передвинуть 50 нагруженных железнодорожных вагонов на расстояние в 600 миль.

Н. Тесла. Статьи и речи

Изучив за долгое время все научные данные более чем на половине десятка языков и не найдя ни малейших указаний на эту истину, я считаю себя ее первооткрывателем. Формулируется же она так: нет в материи иной энергии, помимо полученной ею из окружающей среды.

Я кратко упомянул об этом в 79-ю годовщину своего рождения, однако с тех пор я лучше понял смысл и значение своих открытий. Это полностью относится к молекулам и атомам, к величайшим небесным телам и ко всей материи во Вселенной в любой фазе ее существования от самого образования до конечной дезинтеграции.

Н. Тесла. Дневники

Престарелый изобретатель рассеянно слушал молодого журналиста Джона О’Нила, взволнованно мерявшего шагами апартаменты отеля New Yorker. Научный обозреватель газеты Sun и нескольких популярных журналов взволнованным и несколько напыщенным тоном зачитывал отрывки из своей новой статьи, посвященной прогрессу научных знаний:

– Несколько десятилетий назад окончательно рухнули два столпа классической науки – учение о пространстве и насчитывающий полуторатысячелетнюю историю примитивный атомизм. Его родоначальниками были античные философы Левкипп и Демокрит, а главным постулатом – идея о неделимости элементарных частиц, из которых состоят все окружающие предметы, – атомов, которые впоследствии были более подробно представлены в классической механике Галилея – Ньютона. Для нее характерно описание частиц путем задания их положения в пространстве и скоростей в зависимости этих величин от времени. Опыт показал, что такое описание не всегда справедливо, в частности, оно не применимо для микрочастиц.

При последних словах журналиста изобретатель пружинисто вскочил с кресла, в резком протестующем жесте выбросив руку, и тут же со стоном прижал ее к ребрам, только что зажившим после неудачного падения на скользкой мостовой прямо под колеса таксомотора. Смахнув невольную слезинку, предательски выкатившуюся из-под дрожавшего века, он решительно сделал несколько быстрых шажков к окну и, резко подняв фрамугу, высыпал на карниз горсть голубиного корма, коробка которого постоянно стояла на подоконнике. Захлопнув окно, изобретатель семенящей походкой вернулся к креслу и рухнул в него, как подкошенный, вытирая бисеринки выступившего от напряжения пота белоснежным платком. Швырнув его в мусорную корзинку, он тут же схватил высокий стакан горячего молока, изредка покачивая головой и бросая осуждающие взгляды на журналиста.

– Дорогой Джон, никогда не повторяйте чужие глупости! Что значит «оно не применимо для описания микрочастиц»? Законы природы едины везде во Вселенной. Где бы вы ни оказались – на чердаке или в подвале Мироздания, универсальное творение гения Ньютона – законы тяготения будут действовать слаженно и непреложно…

Во время этой тирады журналист так залился краской смущения, что стал напоминать свежеcваренного рака. Заикаясь от смущения, он несколько раз в самых вежливых выражениях извинился перед изобретателем, который только пренебрежительно фыркнул и кивком головы разрешил продолжить чтение.

– Квантовая механика делится на нерелятивистскую, справедливую в случае малых скоростей, и релятивистскую, удовлетворяющую требованиям теории относительности. Впервые новая физика наступающего XX века заявила о себе в работе 1900 года немецкого физика Макса Планка, посвященной теории теплового излучения. Существовавшая в то время теория теплового излучения абсолютно черного тела приводила к катастрофическому противоречию. Чтобы его разрешить, Планк предположил, что свет испускается не непрерывно (как это следовало из классической теории излучения), а определенными дискретными порциями энергии – квантами.

Из кресла отчетливо донесся язвительный смешок:

– Никто, конечно, не оспаривает вклад доктора Планка, однако, смею вас уверить, милый Джон, что вопрос о фундаментальных «атомах энергии» мы с моим другом Оливером Хевисайдом обсуждали немного, можно даже сказать, намного раньше… Еще в конце 80-х годов Оливер вычислил деформацию электрического и магнитного полей вокруг движущегося заряда, а также эффекты его вхождения в плотную среду. Все это и подготовило почву для выдвинутой им гипотезы о фундаментальных частицах энергии, особенно после того как он начал работать над концепцией электромагнитной массы. Оливер считал ее энергетические составляющие настолько же реальными, как и атомы обычной материи. Жаль, конечно, что мой друг был в очередной раз осмеян университетскими профессорами, и мы здесь в очередной раз видим, – из кресла поднялась изможденная рука с тонким длиннющим пальцем, направленным в потолок, – как предвзято относится академическая наука к независимым исследователям. Впрочем, весьма любопытно, что там у вас дальше, продолжайте…

Журналист, закончив лихорадочно записывать в блокноте сведения о сенсационной гипотезе «атомов энергии» Хевисайда, вернулся к своим листкам:

– После открытия Планка возникло логическое противоречие: для объяснения одних явлений надо было считать, что свет имеет волновую природу, для объяснения других – корпускулярную. Ситуацию усугубили исследования величайшего новозеландского физика-экспериментатора Эрнеста Резерфорда, который прославился своими исследованиями радиоактивности и фактически положил начало ядерной физике. Помимо своего огромного теоретического значения, его открытия легли в основу атомной энергетики. Резерфорд показал, что внутренняя структура атома состоит из массивного положительно заряженного центрального ядра и движущихся по орбитам вокруг него легких отрицательно заряженных электронов. Но по законам классической физики электроны в своем движении должны были бы излучать энергию и, потеряв ее, мгновенно падать на атомное ядро!

Не дослушав журналиста, изобретатель с сомнением пожевал губами и, неопределенно пожав плечами, бросил косой взгляд на его блокнот:

– Между прочим, первые свои трубки с откачанным воздухом я применил в качестве расщепляющего средства для атомных структур еще задолго до опытов Рентгена, открыв при этом действие всепроникающего Х-излучения. Я был занят сугубо изобретательскими задачами и принял как должное существование сверхжестких электромагнитных лучей, а когда прочитал статью Рентгена, тут же послал ему мои старые фотографии внутренней структуры живой и мертвой материи, – из кресла раздались сухие раскаты смеха. – По-моему, нашего германского физика едва не хватил удар! Во всяком случае, он еще долго слал мне письма и телеграммы, пытаясь узнать, как я на десятилетие раньше не только открыл, но и всячески использовал его лучи, – изобретатель опять довольно рассмеялся. – Скажу вам прямо, Джон, если бы я в те времена забросил все другие задачи и посвятил себя исключительно проблемам атомной физики, то мы бы сейчас имели уникальные энергетические установки, черпающие практически бесконечную энергию из глубин вещества.

– Конечно, – изобретатель глубоко вздохнул, – наверняка это привело бы и к созданию еще одного вида смертоносного оружия, наподобие описанного Гербертом Уэллсом в романе «Освобожденный мир», – изобретатель выбрался из кресла и, придерживая рукой бок с ноющими ребрами, с трудом дошел до книжной полки. Выбрав томик сочинений Уэллса, он опять расположился в кресле и, хитро поглядывая на журналиста, процитировал:

«Мы не только сможем использовать уран и торий; мы не только станем обладателями источника энергии настолько могучей, что человек сможет унести в горсти то количество вещества, которого будет достаточно, чтобы освещать город в течение года, уничтожить эскадру броненосцев или питать машины гигантского пассажирского парохода на всем его пути через Атлантический океан. Но мы, кроме того, обретем ключ, который позволит нам наконец ускорить процесс распада во всех других элементах, где он пока настолько медлителен, что даже самые точные наши инструменты не могут его уловить. Любой кусочек твердой материи стал бы резервуаром концентрированной силы»[2].

– И вы только представьте себе, Джон, эти слова настоящего провидца были написаны в 1912 году! Без ложной скромности скажу, что только я мог в то время подсказать все эти необычные идеи нашему замечательному английскому романисту, тем более что сам я к ним пришел за много лет до написания его книги. Но это еще далеко не все, вы только послушайте, как Уэллс описывает атомное оружие!

«…обеими руками он вынул большую атомную бомбу из ее гнезда и поставил на край ящика. Это был черный шар в два фута в диаметре. Между двух ручек находилась небольшая целлулоидная втулка, и, склонившись к ней, он, словно примеряясь, коснулся ее губами. Когда он прокусит ее, воздух проникнет в индуктор. Удостоверившись, что все в порядке, он высунул голову за борт аэроплана, рассчитывая скорость и расстояние от земли. Затем быстро нагнулся, прокусил втулку и бросил бомбу за борт… Полыхнуло ослепительное алое пламя, и бомба пошла вниз – крутящийся спиралью огненный столб в центре воздушного смерча…

Когда он снова поглядел вниз, его взору предстало нечто подобное кратеру небольшого вулкана. В саду перед императорским дворцом бил великолепный и зловещий огненный фонтан, выбрасывая из своих недр дым и пламя прямо вверх, туда, где в воздухе реял аэроплан; казалось, он бросал им обвинение. Они находились слишком высоко, чтобы различать фигуры людей или заметить действие взрыва на здание, пока фасад дворца не покачнулся и не начал оседать и рассыпаться, словно кусок сахара в кипятке»[3].

Радий представляет собой элемент, который разрушается и распадается. Но, быть может, все элементы претерпевают те же изменения, только с менее заметной скоростью. Это, несомненно, относится к урану, и к торию – веществу этой раскаленной газовой мантии, и к актинию. Я чувствую, что мы лишь начинаем длинный список. И нам уже известно, что атом, который прежде мы считали мельчайшей частицей вещества, твердой и непроницаемой, неделимой и… безжизненной… да, безжизненной!.. на самом деле является резервуаром огромной энергии. Вот каковы удивительные результаты этих исследований. Совсем недавно мы считали атом тем же, чем мы считаем кирпичи, – простейшим строительным материалом. Исходной формой материи, единообразной массой безжизненного вещества. И вдруг эти кирпичи оказываются сундуками, сундуками с сокровищами, сундуками, полными самой могучей энергии.

Г. Уэллс. Освобожденный мир

– Какая ужасающе правдивая и в то же время примитивная картина, – с болью в голосе проговорил изобретатель. – Когда-то я искренне верил, что мое умение получать чрезвычайно высокие напряжения очень пригодится для «расщепления атома». Даже сегодня ученые с трудом добиваются потенциала в миллионы вольт, тогда как я еще 40 лет назад оперировал в сотни раз б?льшими напряжениями. В начале 90-х годов прошлого века я наивно считал атомы своеобразными бильярдными шарами, закутанными в кокон силового поля. Затем я пришел к сложной модели, включающей ядро и последовательные слои силовых оболочек. Эта схема, которую мои ассистенты, – изобретатель улыбнулся, – называли «атомной луковицей», была несравненно удачнее последующей (она появилась через 15 лет!) картины атома Резерфорда – Бора, которые представляли, что он состоит из небольшого сложного ядра, окруженного вращающимися вокруг него электронами. Вообще говоря, – изобретатель презрительно хмыкнул, – считать электроны шарами, вращающимися вокруг ядра, так же глупо, как и представлять атом в виде неделимого шара, похожего на бильярдный. Такое его изображение было популярным в 80-е годы XIX столетия. И расщепленный атом Уэллса мне тоже напоминает подобный шар, только расколотый.

Изобретатель снова раскрыл книгу:

«Впервые за всю историю войн появился непрерывный продолжительный тип взрыва; в сущности, до середины двадцатого века все известные в то время взрывчатые вещества представляли собой легко горящие субстанции; их взрывные свойства определялись быстротой горения; действие же атомных бомб, которые наука послала на землю в описанную нами ночь, оставалось загадкой даже для тех, кто ими воспользовался. Атомные бомбы, находившиеся в распоряжении союзных держав, представляли собой куски чистого каролиния, покрытые снаружи слоем неокисляющегося вещества, с индуктором, заключенным в герметическую оболочку.

Целлулоидная втулка, помещавшаяся между ручками, за которые поднималась бомба, была устроена так, чтобы ее легко можно было прорвать и впустить воздух в индуктор, после чего он мгновенно становился активным и начинал возбуждать радиоактивность во внешнем слое каролиния. Это, в свою очередь, вызывало новую индукцию, и таким образом за несколько минут вся бомба превращалась в беспрерывный, непрекращающийся огненный взрыв…»[4]

Выражение восторженного изумления не сходило с лица журналиста все время, пока изобретатель цитировал Уэллса, описывающего чудовищные картины будущего. Видя, что его собеседник не может усидеть на месте от нетерпения, изобретатель легким кивком поощрил его дальнейшие вопросы.

– М-м-мистер Никола, – журналист даже слегка заикался от волнения, – вы же знаете, что я довольно искушенный литератор и очень люблю творчество Уэллса. Но только сейчас я понял, как прочитанное вами стилистически диссонирует с остальными фантастическими произведениями этого поистине великого писателя. Скажите, пожалуйста, мистер Никола, а нет ли и вашего здесь вклада?

– А вы, Джон, весьма проницательны, даже слишком, – изобретатель опять разразился каркающим смешком. – Похоже, что я сильно недооценивал журналистскую догадливость… Вы совершенно правы, все было именно так, и сейчас я уже не боюсь смутить мистера Уэллса, почивающего на лаврах где-то на заоблачном писательском Олимпе, но сначала дослушайте еще один фрагмент:

«До сих пор все ракеты и снаряды, какие только знала история войны, создавали, в сущности, один мгновенный взрыв; они взрывались, и в тот же миг все было кончено, и если в сфере действия их взрыва и летящих осколков не было ничего живого и никаких подлежащих разрушению ценностей, они оказывались потраченными зря. Но каролиний принадлежал к бета-группе элементов так называемого «заторможенного распада», открытых Хислопом, и, раз начавшись, процесс распада выделял гигантское количество энергии, и остановить его было невозможно. Из всех искусственных элементов Хислопа каролиний обладал самым большим зарядом радиоактивности и потому был особенно опасен в производстве и употреблении. И по сей день он остается наиболее активным источником атомного распада, известным на земле. Его период полураспада – согласно терминологии химиков первой половины двадцатого века – равен семнадцати дням; это значит, что на протяжении семнадцати дней он расходует половину того колоссального запаса энергии, который таится в его больших молекулах; в последующие семнадцать дней эманация сокращается наполовину, затем снова наполовину и так далее. Как все радиоактивные вещества, каролиний (несмотря на то, что каждые семнадцать дней его сила слабеет вдвое и, следовательно, неуклонно иссякает, приближаясь к бесконечно малым величинам) никогда не истощает своей энергии до конца, и по сей день поля сражений и области воздушных бомбардировок той сумасшедшей эпохи в истории человечества содержат в себе радиоактивные вещества и являются, таким образом, центрами вредных излучений…»[5]

– Итак, дело в том, дорогой Джон, что вскоре после выхода замечательнейшего романа «Первые люди на Луне» на меня обрушился град звонков, писем и телеграмм от заинтригованных писателей, просивших рассказать о моем способе межпланетной радиосвязи. Легко отослав их к своим публикациям в различных научных и научно-популярных журналах, я еще раз перечитал отрывок романа Уэллса, где он описывает некоего вымышленного ученого, построившего приемник межпланетных сигналов на основании схем – моих и… Маркони. Поняв, что читатели будут в очередной раз введены в глубокое заблуждение, я написал мистеру Уэллсу обширное послание, в котором подробно обрисовал положение с приоритетами и реальными вкладами русского гения Попова и вашего покорного слуги в открытие радио– и телерадиоуправляемых систем. Конечно же, мне пришлось осветить и неблаговидную роль нашего итальянского «коллеги», фактически укравшего идею беспроволочного телеграфа из опубликованных статей Попова и развившего ее при создании своих радиопередатчиков с помощью моих патентов и кропотливого труда десятков безвестных, но, несомненно, талантливых инженеров. Что тут ни говори, а вклад Маркони в радио – просто хитроумие беспринципного дельца, интеллектуального воришки и жулика, да и просто… безграмотного афериста. Хотя это совсем другая история…

Вскоре я получил от великого романиста ответ, в котором он приносил извинения за допущенные смысловые ошибки. К сожалению (и это я прекрасно понимал с самого начала), писатель не мог изменить текст, поскольку продал права на рукопись одному известному издательству, получил гонорар и уже полностью его потратил (образчик чисто английского юмора). Тем не менее Уэллс просил проконсультировать его по «атомному проекту» для следующего фантастического романа.

В самом начале нашего века (читателю следует помнить, что разговор происходит в конце 30-х годов прошлого столетия) выдающийся английский химик Фредерик Содди, работавший вместе с Резерфордом в Макгиллском университете в Монреале (Канада), опубликовал небольшую брошюру «Интерпретация радия». В ней он высказал ряд предположений о существовании еще неизвестных изотопов химических элементов. Большинство столпов науки того времени, – изобретатель презрительно поджал губы, – совершенно не восприняли эту гипотезу, называя ее необоснованной, голословной и фантастической. Но мысли Содди показались мне и моим друзьям, в круг которых всегда входили такие физики, как Фицджеральд, Хевисайд и Пуанкаре, довольно любопытными, тем более они произвели впечатление в моем пересказе на Уэллса. Вот так и получилось, что именно на основе гипотезы Содди в 1912 году Уэллс написал свой фантастический роман «Освобожденный мир».

Герой романа ученый Холстен в 1933 году, то есть через 20 лет после выхода в свет романа, открывает явление, подобное тому, которое было названо супругами Ирен и Фредериком Жолио-Кюри искусственной радиоактивностью. Любопытно, что предсказание Уэллса совпало с датой действительного открытия этого явления. Холстен произвел «атомную дезинтеграцию» мельчайшей частицы висмута (термин «дезинтеграция» заимствован у Содди). При этом она взорвалась, превратившись в газ с исключительно «сильной радиоактивностью», который распался в течение семи дней. В противоположность супругам Жолио-Кюри Уэллс не выразил никаких предположений о возможностях мирного применения «атомной дезинтеграции» и весь роман построил на военном применении открытого Холстеном процесса. Уже тогда писатель высказал мысль о том, что среди искусственно созданных человеком радиоактивных изотопов некоторые будут обладать огромной взрывной силой. Мне эта идея показалась забавной и даже интересной в плане развития творческого воображения, и я немного пофантазировал на тему «перманентного атомного заряда». Я даже направил писателю вымышленное патентное описание этого ужасного оружия, правда, с категорическим условием полной анонимности.

Изобретатель опять раскрыл томик Уэллса.

– Вот послушайте, Джон:

«Когда целлулоидная втулка разрывалась, индуктор окислялся и становился активным. После этого в верхнем слое каролиния начинался распад. Этот распад не сразу, а постепенно проникал во внутренние слои бомбы. В первые секунды после начала взрыва бомба в основном еще продолжала оставаться инертным веществом, на поверхности которого происходил взрыв, – большим пассивным ядром в центре грохочущего пламени. Бомбы, сброшенные с аэропланов, падали на землю именно в этом состоянии; они достигали поверхности земли, все еще находясь в основном в твердом состоянии, и, плавя землю и камни, уходили в глубину. Затем, по мере того как все большее количество каролиния приобретало активность, бомба взрывалась, превращаясь в чудовищный котел огненной энергии, на дне которого быстро образовывалось нечто вроде небольшого беспрерывно действующего вулкана. Часть каролиния, не имевшая возможности рассеяться в воздухе, легко проникала в кипящий водоворот расплавленной почвы и перегретого пара, смешиваясь с ними и продолжая с яростной силой вызывать извержения, которые могли длиться годами, месяцами или неделями – в зависимости от размеров бомбы и условий, способствующих или препятствующих ее рассеиванию. Раз сброшенная бомба полностью выходила из-под власти человека, и действием ее нельзя было никак управлять, пока ее энергия не истощалась. Из кратера, образованного взрывом в том месте, куда проникла бомба, начинали вырываться раскаленные пары, взлетать высоко в воздух земля и камни, уже ядовитые, уже насыщенные каролинием, уже излучающие, в свою очередь, огненную, все испепеляющую энергию. Таково было величайшее достижение военной науки, ее триумф – невиданной силы взрыв, который должен был «решительно изменить» самую сущность войны»[6].

Установка, которая даст энергию порядка одной тысячи миллионов лошадиных сил, равная мощности ста Ниагарских водопадов, сотрясет Вселенную такими ударами, что очнутся от сладкой дремы самые сонливые электрики, где бы они не были – на Венере или на Марсе… Это не мечта, это – просто достижение научной электротехники, требующее только больших затрат, о слепой, малодушный мир!.. Человечество еще не достигло такой ступени развития, чтобы добровольно следовать за острым умом изобретателя.

Н. Тесла. Мировая система

– Как я мог этого не видеть? – в отчаянии хлопнул себя по лбу ладонью журналист. – В этом же заключается ваша главная идея «Мировой системы», только здесь она называется иначе: «перманентный атомный заряд», или «тактика перманентного сдерживания мировых войн в границах паритета атомных бомб».

– Отлично, Джон, просто отлично, вы понимаете меня как никто другой!

Тут самое время вспомнить еще один любопытнейший факт. Прочитайте-ка мне следующую часть вашего замечательного опуса. Признаться, мне он кажется довольно любопытным… А я пока приготовлю себе еще один стакан этого изумительного напитка – горячего молока с медом и корицей.

Журналист, с любопытством понаблюдав, как ловко изобретатель управляется с электрическим нагревателем в форме странной лампы-груши, внутрь которой помещался стакан с жидкостью, не удержался от вопроса:

– Мистер Никола, но как же происходит процесс нагревания, ведь я не вижу ни спиралей, ни других термоэлементов?

– Токи, Джон, вихревые токи электрического эфира, и больше ничего! Так я вас слушаю, мой юный друг…

Журналист недоверчиво хмыкнул, но не стал продолжать расспросы и перевернул следующий лист своей рукописи:

– Разрешить проблему атомного строения вещества удалось датскому физику Нильсу Бору, предположившему, что на субатомном уровне энергия испускается исключительно квантовыми порциями. Бор показал, что электрон может находиться не на произвольном удалении от атомного ядра, а лишь на ряде «разрешенных орбит». Находящиеся на них электроны не способны излучать электромагнитные волны произвольной интенсивности и частоты, поэтому они и удерживаются на более высокой орбите, подобно самолету в аэропорту отправления, когда аэропорт назначения закрыт по причине нелетной погоды. Однако электроны могут переходить на другую разрешенную орбиту. Как и большинство явлений в мире квантовой механики, этот процесс не так просто представить наглядно. Электрон просто исчезает с одной орбиты и материализуется на другой, не пересекая пространства между ними. Этот эффект назвали «квантовым прыжком», или «квантовым скачком». Суть такого явления во многом непонятна и сегодня, поэтому оно продолжает давать обильную пищу фантастам и журналистам.

– А вы знаете, Джон, что еще полвека назад электрон в качестве элементарной частицы для меня вполне реально существовал. Я воспринимал его как субатомную частицу, четвертое состояние материи, выделив из потока электричества задолго до сэра Уильяма Крукса. В моем тогдашнем представлении электрон не связывался ни с какой внутренней частью атома, а переносимый им электрический заряд как бы растекался по внешней оболочке атомарной структуры. Электричество для меня изначально было совершенно особой субстанцией, насыщенной разноименными зарядами, с собственными особыми свойствами, абсолютно независимыми от окружающей материи. Сам электрон тоже имел у меня сложное строение.

Электрический заряд покрывал эту элементарную частицу слоем за слоем, как листья капусты – кочан. Такие слои составляли интегральный единичный заряд, но сама природа межзарядных сил определялась именно процессами рассеивания зарядных компонент. Любопытно, но только сейчас, полвека спустя, я начал встречать похожие представления в некоторых совершенно заумных работах по теоретической физике. Впрочем, что там у вас следует дальше? – изобретатель нетерпеливо взмахнул рукой.

Журналист вздохнул, чувствуя, насколько позиция официальной науки все дальше расходится с мировоззрением его кумира, и перевернул очередную страницу.

– В атоме Бора электроны переходили вниз и вверх дискретными скачками – с одной разрешенной орбиты на другую, подобно тому, как мы поднимаемся и спускаемся по ступеням лестницы. Каждый скачок электронов обязательно сопровождается испусканием или поглощением кванта электромагнитного излучения – фотона. Со временем гипотеза Бора уступила место более сложной модели, учитывающей двойственную природу элементарных частиц. Сегодня электроны представляются нам не микроскопическими планетами, обращающимися вокруг атомного ядра, а волнами вероятности, плещущимися внутри своих орбит, подобно приливам и отливам в бассейне сложной формы.

В 1924 году французский физик Луи де Бройль, пытаясь найти объяснение для сформулированных в 1913 году Бором условий квантования атомных орбит, выдвинул гипотезу о всеобщности корпускулярно-волнового дуализма. Согласно этой теории, каждой частице, независимо от ее природы, надо поставить в соответствие волну, длина которой связана с импульсом частицы. Де Бройлю удалось сформулировать соотношение, связывающее импульс квантовой частицы с длиной волны и позволяющее одновременно рассматривать микрообъект и как частицу, и как волну.

Модель де Бройля объяснила наличие разрешенных орбит Бора. Если считать электрон частицей, то, чтобы он оставался на своей орбите, у него должны быть одна и та же скорость или импульс на любом расстоянии от ядра. Если же считать электрон волной, то, чтобы он вписался в орбиту заданного радиуса, надо, чтобы длина окружности этой орбиты была равна целому числу длины его волны. Иными словами, окружность орбиты электрона может равняться только одной, двум, трем (и т. д.) длинам его волн.

– Да уж, намудрили эти принц датский с французским маркизом, намудрили, – осуждающе бормотал изобретатель, задумчиво рассматривая схему планетарной модели многоорбитального атома, переданную ему журналистом. Отложив чертеж, он на какое-то время погрузился в собственные размышления, а затем задумчиво произнес:

– С другой стороны, согласно современной теории, электрическая природа электрона, определяемая как его заряд, теми же теоретиками рассматривается как характерная особенность той энергии, что концентрируется вокруг точки под названием «электрон». В этом смысле элементарный электрический заряд предстает перед нами некоей частично локальной сущностью, привносящей свою долю энергии в атомарные образования, – посмотрев на изумленного журналиста, изобретатель с улыбкой добавил: – Впрочем, я думаю, что эти мои измышления еще долго никого не заинтересуют, давайте лучше вернемся к вашему обзору…

Журналист растерянно взглянул на изобретателя и, немного запинаясь, продолжил:

– На протяжении всей второй половины XIX века физики активно изучали феномен катодных лучей. Простейший аппарат, с помощью которого за ними наблюдали, представлял собой герметичную стеклянную трубку, заполненную разреженным газом. В нее с двух сторон было впаяно по электроду: катод, подключавшийся к отрицательному полюсу электрической батареи, и анод, подключавшийся к положительному полюсу. При подаче на электроды высокого напряжения разреженный газ в трубке начинал светиться. Это свечение ученые и приписали катодным лучам. Дискуссия об их природе сразу же приняла острый полемический характер. Большинство видных ученых придерживалось мнения, что катодные лучи представляют собой, подобно свету, волновые возмущения невидимого эфира. Другие же придерживались мнения, что они состоят из ионизированных молекул или атомов самого газа.

Осознавая, что сейчас он, похоже, весьма «удачно» наступил своему собеседнику на другую больную мозоль, журналист обреченно ждал разгромной критики, ведь, обсуждая статьи ученых по атомной физике и порицая современные теории, изобретатель называл их по меньшей мере несостоятельными, а содержащиеся в них утверждения – необоснованными. Особенно категоричен он был в вопросе об экспериментах, где отмечалось выделение атомами энергии. «Атомная энергия – это иллюзия», – часто говорил изобретатель. Он подготовил для печати несколько заявлений о том, что токами с напряжением в несколько миллионов вольт неоднократно расщеплял бесчисленные миллиарды атомов и знает, что никакая энергия при этом не выделялась. Как-то раз изобретатель довольно сурово потребовал от журналиста отчета за то, что он не опубликовал его заявления, на что тот попробовал возразить:

– Я не сделал этого, чтобы не портить вам репутацию. Вы придаете слишком большое значение последовательности, но нет никакой необходимости хранить верность тем теориям, которым вы следовали в юности. Я уверен, что в глубине души вы поддерживаете новые гипотезы, соответствующие научным достижениям в других областях, но, поскольку вы не согласны с некоторыми современными теориями и критикуете их, то считаете, что должны быть последовательным и осуждать гипотезы все без исключения. Я убежден, что во время разработки прибора для получения «луча смерти» ваши рассуждения соответствовали современной теории строения атома и природы материи и энергии.

В ответ на это заявление изобретатель совершенно недвусмысленно объяснил журналисту, что имеет очень четкую позицию относительно тех, кто пытается думать за него. Разговор между ними состоялся примерно в 1935 году, и потом Джон много месяцев не имел от него известий. Но уже при следующей встрече он заметил, что позиция изобретателя значительно смягчилась и в своих последних комментариях он стал гораздо менее категоричен в отношении современных теорий. А несколько позже изобретатель неожиданно заявил, что и сам планирует создать аппарат для точной проверки современной теории строения атома. При этом он как бы между прочим обронил замечание, что его новая энергосистема и энергетический луч будут гораздо эффективнее высвобождать атомную энергию, чем любое из используемых физиками устройств.

Может быть, для науки является счастливым обстоятельством то, что Фарадей не был собственно математиком, хотя он был в совершенстве знаком с понятиями пространства, времени и силы. Поэтому он не пытался углубляться в интересные, но чисто математические исследования, которых требовали его открытия. Он был далек от того, чтобы облечь свои результаты в математические формулы, либо в те, которые одобрялись современными ему математиками, либо в те, которые могли бы дать начало новым начинаниям. Благодаря этому он получил досуг, необходимый для работы, соответствующей его духовному направлению, смог согласовать идеи с открытыми им фактами и создать если не технический, то естественный язык для выражения своих результатов.

Д. Максвелл. «Трактат об электричестве и магнетизме»

– О чем вы задумались, Джон? Прошу вас, продолжайте, – прервал голос из кресла воспоминания журналиста. Тот поспешно зашуршал листками и, найдя нужный абзац, прочитал:

– У каждой стороны имелись веские доказательства в пользу своей гипотезы. Наконец в 1897 году молодой английский физик Джозеф Томсон положил конец этим спорам раз и навсегда, а заодно прославился в веках как первооткрыватель первой элементарной частицы – электрона. Используя трубку новой конструкции, Томсон выяснил, что соотношение между электрическим и магнитным полями, при котором их действие уравновешивается, зависит от скорости, с которой движутся частицы. Проведя ряд измерений, ученый смог определить скорость движения катодных лучей, которая оказалась значительно меньше скорости света, из чего следовало, что катодные лучи могут быть только частицами. Эти неизвестные частицы Томсон назвал «корпускулами», но вскоре они стали называться «электронами». Сразу же стало ясно, что они обязаны существовать в составе атомов – иначе откуда бы они взялись? 30 апреля 1897 года – дата доклада Томсоном о полученных им результатах на заседании Лондонского королевского общества – считается днем рождения электрона. И в этот день отошло в прошлое представление о «неделимости» атомов. Вместе с последовавшим через десять с небольшим лет открытием атомного ядра открытие электрона заложило основу современной модели атома.

– Ну что же вы, Джон, продолжайте, – иронично поглядывая на литератора из-под густых темных бровей, поторопил изобретатель.

Вздохнув, О’Нил вернулся к своему обзору:

– В 20-е годы, после введения первичных квантовых принципов, субатомный мир представлялся крайне простым. Всего два вида элементарных частиц – протоны и нейтроны – составляли ядро атома (хотя экспериментально существование нейтронов и было подтверждено лишь в 1930-е годы), и один вид частиц – электроны – существовал за его пределами, вращаясь вокруг него на орбитах. Казалось, все многообразие Вселенной выстроено из этих трех частиц.

Увы, столь простой картине мира суждено было просуществовать недолго. Ученые, оборудовав высокогорные лаборатории по всему миру, принялись за изучение состава космических лучей, бомбардирующих нашу планету, и вскоре начали открывать всевозможные частицы, не имеющие ни малейшего отношения к вышеописанной идиллической триаде. В частности, были обнаружены совершенно немыслимые по своей природе античастицы.

Мир античастиц – своего рода зеркальное отражение знакомого нам мира. Масса античастицы в точности равняется массе частицы, которой она вроде бы соответствует, но все ее остальные характеристики противоположны прообразу. Например, электрон несет отрицательный электрический заряд, а парная ему античастица, «позитрон» (производное от «позитивный электрон») – положительный. У протона заряд положительный, а у антипротона – отрицательный. И так далее. При взаимодействии частицы и парной ей античастицы происходит их взаимная аннигиляция – обе прекращают свое существование, а их масса преобразуется в энергию, которая рассеивается в пространстве в виде вспышки фотонов и прочих сверхлегких частиц.

Все следующие за позитроном античастицы были опытным путем обнаружены уже в лабораторных условиях – на ускорителях. Сегодня физики-экспериментаторы имеют возможность буквально штамповать их в нужных количествах для текущих опытов, и античастицы давно не считаются чем-то из ряда вон выходящим. В начале XX столетия стало ясно, что атомы отнюдь не являются элементарными «кирпичиками» материи, а сами имеют сложную структуру и состоят из еще более элементарных частиц – нейтронов и протонов, образующих атомные ядра, и электронов, которые эти ядра окружают. И снова усложненность на одном уровне, казалось бы, сменила простота на следующей стадии детализации строения вещества. Однако и эта кажущаяся простота продержалась недолго, поскольку ученые стали открывать все новые и новые элементарные частицы. Труднее всего было разобраться с многочисленными адронами – тяжелыми частицами, родственными нейтрону и протону, которые, как выяснилось, во множестве рождаются и тут же распадаются в ходе различных ядерных процессов.

– Видите ли, Джон, – изобретатель задумчиво перебирал листики с записями на своем рабочем столе, – я давно уже готов наконец присоединиться к тому мнению, что человек будет расщеплять, преобразовывать, создавать и разрушать атомы, манипулируя огромными количествами энергии. Его власть над атомами и энергией когда-нибудь обязательно приобретет космический размах, и человек получит возможность преображать окружающий мир в полном соответствии со своими желаниями. Однако, дорогой Джон, мне постоянно не дает покоя чувство, что страшный атомный джинн уже выпущен на волю, – склонив голову, изобретатель тихо пробормотал: И зачем я передал эти документы… – видя невысказанный вопрос в глазах журналиста, он решительно махнул рукой. – Даже не спрашивайте, Джон, об этом еще рано говорить. Давайте лучше обратимся к вашему обзору. Как там у вас сказано? – иссохшей рукой, покрытой желтоватой кожей с коричневыми пергаментными пятнами, изобретатель решительно взял листки рукописи журналиста:

– Микроскопические массы и размеры элементарных частиц обусловливают квантовую специфику их поведения: квантовые закономерности являются определяющими в поведении всех элементарных частиц. Их наиболее важное квантовое свойство – способность рождаться и уничтожаться (испускаться и поглощаться) при взаимодействии с другими частицами. Все процессы с элементарными частицами протекают через последовательность актов их поглощения и испускания.

Электромагнитное взаимодействие отличается от других участием электромагнитного поля, которое (в квантовой физике – фотон) либо излучается, либо поглощается при взаимодействии, либо переносит взаимодействие между телами. Электромагнитное взаимодействие обеспечивает связь ядер и электронов в атомах и молекулах вещества и тем самым определяет (на основе законов квантовой механики) возможность устойчивого состояния таких микросистем.

На протяжении последних веков ученые, интересующиеся строением Вселенной, искали базовые строительные блоки, из которых состоит материя, – самые простые и неделимые составляющие материального мира. Атомная теория раскрыла причину всего многообразия химических веществ, постулировав существование ограниченного набора атомов так называемых химических элементов и через различные их сочетания объяснив природу всех остальных веществ. Таким образом, от сложности и многообразия на внешнем уровне ученым удалось перейти к простоте и упорядоченности на элементарном уровне.

Увидев, что голова изобретателя, с трудом прочитавшего последнюю фразу, в старческой дреме обессилено склонилась к подушке кресла, известный научный обозреватель нью-йоркской прессы Джон О’Нил очень осторожно собрал листки своей рукописи в объемный портфель и, сняв ботинки, на цыпочках вышел из номера отеля, тихонько прикрыв мягко лязгнувший английский замок. Надев обувь, он со вздохом взглянул на дверь, за которой остался его кумир – выдающийся ученый Никола Тесла, и направился к гостиничному лифту…

Оставим здесь, читатель, гениального изобретателя, так и ушедшего в мир иной с твердым убеждением, что атомы материи формирует всепроникающая среда «мирового электрического эфира». Последуем за О’Нилом в его тесный редакционный кабинет, заваленный бумагами и гранками еще не вышедшего обширного научно-популярного обзора «Прометей электричества», и попробуем взглянуть на начало «атомного века» с еще одной точки зрения – выдающегося британского теоретика Оливера Хевисайда…

Эта следующая экскурсия в середину 20-х годов прошлого века необходима и для того, чтобы понять последующую логику нашего рассказа о крайне запутанных событиях, сопровождавших становление атомной науки и породивших столько тайн, загадок и открытий.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.