Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях
Шрифт:
Ученые, бежавшие из Германии в то время, выдумали множество других гениальных уловок, чтобы спасти хотя бы часть своего имущества в обход закона, запрещающего вывоз денег и ценностей из страны. Химик Германн Марк, к примеру, потратил все сбережения на платиновую проволоку, которую превратил в вешалки для одежды, и те счастливо избегли внимания подозрительных таможенников.
Hevesy Georg von, Adventures in Radioisotope Research, Vol.i (Pergamon, New York,1962).
Кристальная ясность
Корпускулярно-волновой дуализм был, наверное, самым удивительным итогом понятийной революции, которая сотрясала физику первые три десятилетия XX века. Что фотоны — порции, или кванты, света — ведут себя в некоторых случаях как частицы, а во всех остальных — как волны,
Критерием того, что мы имеем дело с волной, считается интерференция: если встречаются две волны, их общая интенсивность усиливается, когда максимумы накладываются друг на друга; и наоборот, они взаимно уничтожаются, если максимум одной совпадает с минимумом другой. Волны, отраженные от регулярной решетки, образованной объектами, которые разделяет дистанция порядка длины волны, образуют таю называемую дифракционную картину. На этом основана рентгеновская кристаллография, которая, исходя из дифракционной картины рентгеновских лучей, рассеянных на регулярной решетке атомов в кристалле, позволяет восстановить точное положение этих атомов в трехмерном пространстве. Волновую природу электронов доказал, более или менее случайно, Дж. П. Томсон (сын знаменитого “Джи-Джи”). Помимо Томсона, то же самое решили проделать — благодаря счастливому озарению — Клинтон Дэвиссон и Лестер Джермер, сотрудники нью-йоркской компании Western Electric.
Western Electric(позже компания Bell)погрязла в долгой и недешевой тяжбе с General Electricпо поводу патента на вакуумную лампу. Western Electricприобрела патент у изобретателя Ли де Фореста, — предполагалось, что лампа пригодится для улучшения качества телефонной связи на больших расстояниях. Вопрос состоял в том, отличается ли существенным образом лампа Ли де Фореста от конструкции Ирвинга Ленгмюра, правами на которую владела General Electric,наша лампа, заявляли тамошние специалисты, настоящая вакуумная лампа, тогда как для работы лампы де Фореста требуется присутствие небольшого количества воздуха внутри. Дэвиссону поручили изучить, в соответствии с патентом, излучение электронов с горячей металлической мишени внутри вакуумной лампы при попадании туда пучка положительно заряженных частиц; однако прежде чем этим заняться, он наткнулся на новое явление. Если внести небольшие изменения, понял он, лампу можно использовать для бомбардировки мишени электронами, что, как было известно, вызывает испускание вторичных электронов со значительно меньшей энергией. И Дэвиссон обнаружил, что когда трубка работает в таком режиме, удается зарегистрировать также небольшое количество высокоэнергетических электронов, летящих от мишени назад. Это, осознал он, небольшая часть исходных электронов, отраженных мишенью.
При этом Дэвиссон помнил про эксперименты Резерфорда с альфа-частицами, которым физики обязаны столь удивительными знаниями об устройстве атома: когда альфа-частицами обстреливали тонкую металлическую фольгу, большая часть этих частиц проходила насквозь, а те немногие, которые врезались в ядра, отражались в точности обратно. Дэвиссона заинтересовало, несут ли отраженные электроны новую информацию о внутренних энергетических уровнях атомов мишени, и он убедил своих работодателей позволить ему изучить этот вопрос. Исследовать он собирался отражение электронов разными металлами.
Откровение явилось в 1925 году. Дэвиссон с ассистентом Джермером занимались своими экспериментами по электронной бомбардировке, и тут в лаборатории неожиданно взорвался сосуд с жидким воздухом. Взрыв разнес все вокруг, включая и их вакуумную лампу. Покрытие горячей мишени, сделанное из кристаллического никеля, оказалось на воздухе и вскоре покрылось пленкой оксида никеля. Дэвиссон и Джермер восстановили свою лампу, не меняя мишени, которую они, правда, прокалили в вакууме, чтобы избавиться от оксидного слоя, и снова приступили к своим опытам. Однако, когда они взялись анализировать распределение отраженных электронов в пространстве, результат был совершенно иным и довольно неожиданным: интенсивность потока отраженных электронов имела ярко выраженные максимумы под строго определенными углами относительно мишени. Озадаченные исследователи сломали трубку и принялись изучать ее поверхность. Прокаливание, как оказалось, превратило микроскопические кристаллы никеля в большие кристаллические пластинки. Электроны, отраженные кристаллической решеткой никеля, интерферировали, как положено волнам. Чтобы окончательно понять, что означают полученные результаты, Дэвиссону пришлось съездить на ежегодное собрание Британской ассоциации развития науки. Перед конференцией Дэвиссон уехал с женой в отпуск, и потому слегка опоздал к началу заседаний. Как же он был изумлен, услышав от одного из докладчиков, Макса Борна, рассказ про свои опыты с пластиной, которые тот приводил как доказательство существования электронных волн. Плывя на корабле домой, Дэвиссон размышлял о новой теории — волновой механике. Вернувшись в лабораторию, он и Джермер приступили к поискам пиков интенсивности там, где их предсказывала теория, и, наконец, после долгой работы, нашли их.
Дж. П. Томсон пришел к тем же результатам независимо и другим путем. В 1927 году он был профессором физики Абердинского университета. Вместе с коллегой он поставил эксперимент по бомбардировке тонкой металлической фольги, закрепленной в вакуумной трубке, электронным пучком. Неожиданно он обнаружил, что распределение интенсивностей у потока электронов, прошедших сквозь фольгу, представляет собой серию колец — в чем было сложно не распознать картину интерференции. Нобелевскую премию по физике 1937 года Томсон и Дэвиссон разделили поровну.
Davisson С. and Germer LH., Physical Review,30, 705 (1927) и описание их работы: History of Physics, ed. Weart Spencer R. and Phillips Melba (American Institute of Physics, New York,1985).
Небольшой коричневый пес
Во времена правления королевы Виктории в Британии возникло мощное движение против вивисекции, причем его представители обладали серьезным влиянием в обеих палатах парламента. К физиологам, таким как Клод Бернар и Шарль Рише во Франции, а также Мишель Фостер и Бурдон Сандерсон в Англии, любители животных испытывали острую ненависть. Не вызывало сомнений, что на живых животных ставили множество жестоких и зачастую ненужных опытов — особенно во Франции, где никакие законы этому не препятствовали. Величайший физиолог Клод Бернар сделался объектом жестоких нападок (даже со стороны членов собственной семьи), равно как и его учитель Франсуа Магенди (которому доставалось еще больше). Антививисекторы проникали на лекции Магенди, где тот показывал демонстрационные опыты, а затем описывали увиденные там ужасы, не жалея при этом красок и эпитетов. Член парламента Генри Лабушер вспоминает какофонию криков подопытных животных, которая ранила его слух в коридорах Медицинской школы в Париже, и реплику вахтера, который на его замечание отвечал: “А чего вы хотите? Наука…” Люди часто слышали, как Магенди кричал страдающей собаке, распластанной перед ним на столе: “Заткнись, несчастная тварь!”
В Великобритании Министерство внутренних дел издало специальный закон об использовании животных в научных целях. Кампания против вивисекции в парламенте и за его стенами была хорошо организована и профинансирована. Ее апогеем стало “дело о коричневой собаке” 1907 года. Эту историю затеяли две юные леди из Швеции, слушательницы Лондонской медицинской школы для женщин. Ранее они уже были потрясены опытами над животными, которые видели во Франции, а теперь с ужасом смотрели на то, что им показывали на лекциях по физиологии в Университетском колледже. Девушки уже через год забросили учебу, однако все это время они вели дневник, куда педантично записывали свои наблюдения. В апреле 1903 года они показали его Стивену Кольриджу, адвокату и уполномоченному Национального общества против вивисекции.
Внимание Кольриджа особо привлек один случай. Перед тем как животное принесли в анатомический театр, девушки успели рассмотреть его вблизи и обнаружили полузалеченные шрамы от операций, один из которых, на брюхе, был просто-напросто стянут зажимом. Акт о жестокости при обращении с животными запрещал использовать их более чем в одном эксперименте (хотя эксперимент мог включать две операции), а тут имелась коричневая собака, одетая в плотный намордник и привязанная к столу, которой Бейлис вскрыл шею, чтобы продемонстрировать слюнные железы. Животное, по свидетельству девушек, испытывало страдания, “жестокие и бессмысленные” Бейлис полчаса подряд пытался измерить давление слюны, и все это время собака пребывала в полном сознании. Более того, запаха обезболивающего не ощущалось.