Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях

Гратцер Уолтер

А какой в этом толк?

Канцлер британского казначейства Уильям Гладстон, взглянув на опыты Майкла Фарадея, который демонстрировал только что открытое явление электромагнитной индукции, спросил ученого: “А какой в этом толк?” Последовал знаменитый ответ: “Не знаю, но когда-нибудь, сэр, вы сможете обложить это налогом”. (Согласно другой версии — или, может, это просто случилось в другой раз, — Фарадей парировал словами: “А какой толк в новорожденном?”)

Йёнс Якоб Берцелиус, один из отцов-основателей современной химии, наткнулся на такого рода непонимание в Швеции. Рассказывают, что слуга, которого Берцелиус нанял помогать ему в лаборатории, вынужден был объясняться с группой флегматичных стокгольмских

бюргеров, которым хотелось знать, что же такое происходит в доме Берцелиуса. “Утром я роюсь в серванте и шкафах, чтобы принести хозяину самые разнообразные вещи: порошки, кристаллы, жидкости разнообразных цветов и запахов”, — рассказывал им слуга химика. “А потом?” — “Хозяин их разглядывает, берет ото всего понемногу и помещает в огромный горшок”. — “А потом?” — “Потом нагревает горшок и, когда содержимое большого горшка покипит час-другой, разливает все по меньшим горшкам”. — “А потом что он делает?” — “Потом он сливает все в одну большую бадью. Следующим утром я ее выношу и опорожняю над канавой”.

Е. Oesper Ralph, The Human Side of Scientists (University Publications, University of Cincinnati, Cincinnati, Ohio,1975).

Разрывая цепи

Идея цепной реакции — процесса, который ускоряется за счет размножения активных частиц, — пришла в химию в 1913 году, а в физику 20 годами позже. Таким реакциям свойственно начинаться медленно, иногда с заметной задержкой, а заканчиваться взрывом. Самый известный пример — деление атомных ядер: атом урана-235 захватывает нейтрон, ядро распадается и высвобождает 2–3 новых нейтрона; те, в свою очередь, атакуют соседние ядра урана, и процесс деления стремительно набирает ход. В химии реакции с похожими свойствами были известны с конца XIX века и озадачивали даже таких светил, как Роберт Бунзен, знаменитый немецкий химик.

Физикохимик Макс Боденштейн провел в Германии обстоятельную работу по выяснению механизмов химических реакций. В 1913 году его заинтересовала реакция между водородом и хлором, инициируемая светом: за “подсветкой” следует задержка, потом реакция ускоряется и внезапно останавливается. Ассистент Боденштейна Вальтер Дюкс так описывает, что происходило. Когда они вдвоем обдумывали результаты эксперимента, Боденштейн расстегнул свою золотую цепочку от часов и неожиданно попросил Дюкса подержать ее за один конец, пока сам раскрутит другой. “Если мы придаем цепи импульс, — начал он размышлять вслух, — он распространится по всей длине, но, если зажать или выдернуть одно звено, движение прервется”. Дюкс спросил: “Значит, это происходит и с нашей реакцией?” — “Неплохая идея. Возможно, стоит назвать ее цепной; давайте это проверим”.

Идея быстро получила признание и начала всплывать в работах ученых, занимавшихся самыми разными областями химической кинетики, в особенности — образованием молекул высших полимеров, основы волокон и пластмасс.

После смерти Боденштейна в 1942 году Дюкс собирался выпросить у его семьи цепочку от часов, но оказалось, что в порыве патриотизма Боденштейн пожертвовал ее на военные нужды, а к часам прикрепил стальную. Тогда Дюкс изготовил ее копию из золота и передал в дар Университету Ганновера.

Лео Сцилард (1898–1964), странствующий физик из Венгрии, провел большую часть жизни в гостиничных номерах. Как правило, его имущество умещалось в двух чемоданах. Он покинул Берлин после прихода Гитлера к власти.

Позже он вспоминал:

Осенью 1933-го я жил в Лондоне и был занят поиском мест для коллег, лишившихся своих университетских постов с приходом нацистов. Однажды утром я прочел в газете статью про ежегодное собрание Британской ассоциации по развитию науки. Во время заседания, рассказывал репортер, Резерфорд заявил, что разговоры о промышленном использовании атомной энергии — полная чушь. Уверения экспертов в принципиальной невозможности чего-либо всегда меня забавляли. В тот день я прогуливался вдоль Саутгемптон-роу (в Блумсберри, где находилась гостиница Сциларда) и остановился у светофора.

Я задумался — а вдруг Резерфорд действительно прав? Когда сигнал сменился на зеленый и я переходил улицу, мне в голову неожиданно пришла мысль: что, если найти такой элемент, который нейтроны могут расщепить и который, поглотив один нейтрон, испускал бы два? Если такого элемента собрать достаточно много, то он мог бы поддерживать цепную ядерную реакцию, а мы могли бы выделять энергию в промышленных масштабах и конструировать атомные бомбы. Эта мысль стала моей навязчивой идеей, она-то и привела меня в ядерную физику — область, с которой я прежде не имел дела.

Сцилард нашел себе в Лондоне лабораторию и попробовал проверить свою идею, однако ни один из элементов, которые он пытался бомбардировать нейтронами, вторичных нейтронов не давал. Сцилард тем не менее считал свою схему достаточно реалистичной и даже спустя несколько месяцев ее запатентовал. Во избежание огласки патент был оформлен на Адмиралтейство.

Примерно в то же время Сцилард пал жертвой невинной шутки, результат которой превзошел все ожидания шутников. Ими были двое молодых физиков — Карл Бош из Германии, и Р.В. Джонс, работавший тогда в Оксфорде. Джонс, представившись редактором Daily Express,позвонил Сци-ларду и спросил, может ли тот подтвердить, что изобрел радиоактивные лучи смерти. Сцилард буквально взорвался, потому как именно тогда получил наконец патент на цепную ядерную реакцию, и его панику по поводу утечки, пусть и искажающей факты, легко себе представить.

Понадобилось пять лет, чтобы мечты Сциларда стали реальностью: физик Лизе Майтнер (1878–1968) вместе с химиками Отто Ганом (1879–1968) и Фрицем Штрасманом (1902–1980) занималась в Берлине анализом продуктов ядерных превращений. Будучи еврейкой, Майтнер была вынуждена бежать из страны, не дожидаясь ареста. Найдя убежище в Швеции, она поддерживала со своим другом и коллегой Отто Ганом связь по почте. В декабре 1938 года к ней приехал в гости племянник и тоже физик Отто Фриш (1904–1979), который работал тогда в знаменитом институте Нильса Бора в Копенгагене. У племянника и тети вошло в привычку встречать Рождество вместе, но тот свой приезд Фриш описывает как самое запоминающееся событие в жизни.

За прошедший год был открыт целый ряд продуктов ядерных бомбардировок, которые иногда, как казалось, нарушали установленный ранее закон: столкновение элементарной частицы с ядром может разве что выбить оттуда альфа-частицу (идентичную ядру гелия-4) или бета-частицу (электрон); в результате получались по прогнозам и на практике ядра с зарядом (то есть атомным номером) на два меньше или на один больше, чем у ядра-родителя. Среди продуктов бомбардировки урана Ган и Штрасман обнаружили, как они полагали, изотопы радия. (Изотопы — это разновидности элемента, отличающиеся только числом нейтронов в ядре; поскольку число положительно заряженных протонов в ядре и, следовательно, отрицательно заряженных электронов снаружи у них одинаково, то изотопы с химической точки зрения идентичны.) Результат казался необъяснимым, поскольку у радия ядро меньше, чем у урана, и Лизе Майтнер предупредила Гана, что следует тщательно все проверить, прежде чем публиковать статью о необъяснимой аномалии.

Когда Отто Фриш впервые навестил тетю в Кунгэльве, маленьком шведском городке, где та отдыхала с друзьями, он обнаружил ее размышляющей над последним письмом Отто Гана. Вот как он описывает встречу:

Я собирался рассказать ей о новом эксперименте, который задумал, но она и не думала меня слушать; вместо этого она попросила меня прочесть письмо. Его содержание было настолько ошеломляющим, что я был вынужден отнестись к нему скептически. Ган и Штрасман выяснили, что три получившихся у них вещества не были радием с точки зрения химии; более того, оказалось затруднительно отделить их от бария, который, как обычно, они добавили, чтобы облегчить процедуру химического разделения. Они пришли к выводу, неохотно и с колебаниями, что это были изотопы бария (ядра которых вдвое меньше ядер урана).