Виток спирали - [47]

Он доложил о странном поведении альфа-частиц Резерфорду. Тот пришел, понаблюдал за вспышками и дал Марсдену не менее странное указание.

— Посмотрите-ка, не отражаются ли альфы-частицы от фольги.

И ушел.

Эрнст Марсден был всего-навсего двадцатилетним лаборантом. Но он понял: если хоть одна альфа-частица отразится от фольги, то тем самым выявится нечто совершенно невероятное. Потому что как это может тонюсенькая фольга отбросить снаряды, летящие со скоростью двадцать пять тысяч километров в секунду?

Прошло несколько дней.

Марсден переделал прибор, установил дополнительные экраны и стал терпеливо ждать.

И вот первая вспышка — не за фольгой, а перед фольгой!.

Вот еще одна. И еще.

И снова пауза. И снова вспышка.

Марсден считал весь вечер и всю ночь.

На каждые восемь тысяч вспышек за мишенью появлялась одна вспышка перед ней. Один из восьми тысяч снарядов фольга отказывалась пропускать и отправляла обратно.

На следующий день Марсден заменил золотой листок медным, потом медный — алюминиевым.

Он хотел выяснять, уменьшается ли число отраженных снарядов, если мишень — из более легких атомов.

И выяснил — да, уменьшается, и довольно сильно.

Через несколько дней он сказал Резерфорду:

— Вы были правы, профессор…

Событие произошло, его надо было объяснить.

Когда рикошетирует снаряд? В двух случаях. Либо — когда отскакивает от чего-то более прочного и массивного, чем он сам. Либо — когда встречается с мишенью под очень большим углом, тут он может отскочить от чего угодно.

Но здесь не было снаряда, была альфа-частица. И летела она перпендикулярно мишени. И не было брони, а была тоненькая фольга. И не было в этой фольге ничего, кроме атомов.

Какими же они были, эти атомы, если семь тысяч девятьсот девяносто девять снарядов пронзали их насквозь, а восьмитысячный отскакивал обратно?

К тому времени существовали две модели атома. Модель Томсона — кекс с изюмом, положительно заряженный шар, внутри которого находятся отрицательно заряженные электроны. И планетарная модель — отрицательные электроны-планеты вращаются вокруг положительного Солнца.

Томсоновский атом не выдержал первого же залпа и рассыпался навсегда. В нем не было ничего, что могло бы заставить снаряд отлететь обратно. Плавающие внутри шара электроны? С таким же успехом горошина могла бы отбить пушечное ядро: альфа-частица в восемь тысяч раз тяжелей электрона, и к тому же несется с сумасшедшей скоростью.

Оставался лишь один возможный вариант строения атома. Резерфорд пришея к нему после почти двухлетних размышлений. Положительно заряженное тяжелое ядро. И на огромных расстояниях от него, подобно планетам вокруг Солнца, — электроны. Почти пустой атом. Потому что ядро, в котором сосредоточена масса атома, занимает ничтожное место — только так можно объяснить тот факт, что семь тысяч девятьсот девяносто девять альфа-частиц проскакивали мимо. Такой была единственно возможная модель, только такой атом мог вести себя под обстрелом так, как вели себя атомы фольги в опытах Резерфорда и Марсдена.

И Резерфорд был убежден, что атом устроен именно так. Но убедить в этом других он не мог. И вот почему.

Еще в 70-х годах XIX века английский физик Джемс Максвелл доказал, что любое заряженное тело, двигающееся в электрическом поле, при изменении скорости или направления теряет энергию, излучая ее в пространство. Электроны же, вращающиеся вокруг ядра, были бы именно такими телами. И они должны были непрерывно излучать энергию. И весь запас их энергии постепенно бы иссяк. И они обязательно упали бы на ядро. Так же обязательно, как обязательно падает в конце концов на землю выпущенная из ружья пуля.

Электрон упал бы на ядро, и атом перестал бы существовать.

Но известным в то время законам природы планетарный атом Резерфорда не имел права на существование. И в то же время опыт свидетельствовал непреложно: атом ведет себя так, как будто он и есть такой несуществующий атом.

Получалось одно из двух: либо природа играла не по правилам, либо правила были не по природе.

ТРЕТЬЯ ВОЗМОЖНОСТЬ

Она почти всегда существует — еще не известная, третья возможность: в запасе у Природы есть кое-какие правила, которым и подчиняется вновь обнаруженная игра. В случае с атомом это означало, что законы для макромира — для тел величиной с атом и больших, чем атом, недействительны для микромира — для тел меньшей величины.

…Закон для тел меньше атома был обнаружен берлинским физиком Максом Планком в 1900 году, еще до того, как заговорили об атомном ядре. И тогда никто не понимал, что с этим законом делать, к чему его приложить?

Макс Планк изучал спектры нагретых веществ. Давно было известно, что цвет нагреваемого тела меняется: сперва он красный, потом желтеет, голубеет… В зависимости от того, сколько энергии получало нагреваемое тело, менялось и его излучение.

Планк старался понять, как же именно распределяется энергия по разным излучениям. И когда он собрал множество фактов, связанных с этим процессом, то оказалось, что многим бесспорным данным невозможно найти объяснения, оставаясь на позициях, типичных для макромира.

Превращения в мире веществ нельзя было понять, пока не установили главное: вещества состоят из минимальных порций — атомов. Превращения в мире излучений тоже невозможно было понять, пока Планк не пришел к гениальной мысли: надо отказаться от представления, будто энергия течет сплошным потоком, а представить себе, что энергия, как и вещество, делится на порции, и что излучение состоит из минимальных порций — Макс Планк назвал их квантами.