Уолтер Гратцер - Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях
Ученые последующих эпох время от времени пытались воспроизвести изобретения Архимеда (чаще всего — зажигательные зеркала). Спор о том, можно ли было в действительности потопить так римский флот, длился веками, и свои мнения на этот счет успели высказать многие знаменитые ученые (включая Декарта, который в эту историю не верил). Но однажды, в 1747 году, ее наконец решил проверить опытным путем великий французский эрудит, граф де Бюффон. Устройство было установлено в Париже, в нынешнем Ботаническом саду (который тогда назывался Королевским садом, а Бюффон был как раз его директором). Около 150 вогнутых зеркал были закреплены на четырех деревянных рамах со специальными винтами, чтобы сфокусировать систему на деревянной дощечке, располагавшейся на расстоянии 50 метров. Огромная толпа наблюдала за тем, как солнце вышло из-за облаков и как несколько минут спустя над дощечкой поднялся дымок — утверждение было доказано. В тот же год, при всеобщем одобрении, Бюффон поджег таким способом несколько домов на глазах у короля, чем заслужил похвалы не только от Людовика XV, но еще и от Фридриха Великого, прусского короля и видного интеллектуала.
Источник историй об открытиях и изобретениях Архимеда — Vitruvius, De Architectura, Book IX, Chapter 3. Об экспериментах Бюффона можно прочесть в: Roger Jacques, Buffon: A Life in Natural History (Cornell University Press, Ithaca, New York, 1997).
Презрение лорда
Лорд Резерфорд, профессор физики в Кембридже, был весьма незаурядной личностью. Вот как однажды он отверг теорию, показавшуюся ему полной чепухой. Итак, рассказчик — Р.В. Джонс, место действия — Кларендонская лаборатория, Оксфорд.
Резерфорд только что внезапно приехал из Кембриджа, и каждая его лекция в Оксфорде была событием. В конце обычно оставалось время для вопросов, и Е.А. Милн (известный космолог и физик-теоретик) как-то спросил, что Резерфорд думает по поводу так называемого атома Тьютина. Доктор Тьютин критиковал модель Резерфорда (то есть планетарную систему с ядром из протонов и нейтронов в качестве Солнца и электронами, каждый из которых движется по орбите со своим радиусом) — поскольку, как известно каждому, в смеси из тяжелых и легких частиц тяжелые быстро уходят на периферию, в то время как легкие остаются поблизости к центру. Поэтому электронам место в центре атома, а протоны должны летать снаружи. Теория Тьютина получила известность благодаря Ф.В. Содди, профессору неорганической химии и автору термина “изотоп”, который рекомендовал статью Тьютина Химическому обществу. Однако там ее отказались публиковать, и Содди немедленно вышел из состава Общества, а затем специальным объявлением в журнале Nature оповестил коллег, что распродает имеющиеся у него тома Journal of Chemical Society.
Милн поинтересовался у Резерфорда, откуда тот знает, что Тьютин неправ, а он сам прав. Легко представить себе грузного Резерфорда, который навис над тщедушным Милном и проревел: “Когда вы видите слона и блоху, вы сразу знаете, кто прыгает — слон или блоха”.
Почти безошибочную интуицию Резерфорда во всем, что касалось элементарных частиц, можно проиллюстрировать еще и таким признанием М.Л. Олифанта, сделанным им в интервью 70 лет спустя:
В наших экспериментах мы бомбардировали мишени всем, чем только возможно, чтобы получить новые элементы. Задействовать тяжелый водород было логичным ходом, и, само собой, результаты оказались крайне интересными. Опыты с тяжелой водой привели к открытию гелия-3 и трития (первый — изотоп гелия, второй — водорода).
…Резерфорд в то время невероятно сильно повлиял и на меня, и на множество других людей в Кембридже. Он был моим научным отцом — во всех смыслах слова. Резерфорду не нравилось, когда его сотрудники проводят слишком много времени в лаборатории. По его мнению, переутомляться было глупо. Правда, сам Резерфорд с трудом мог отвлечься от научных задач. Однажды мы отправились домой, так и не разобравшись с результатами эксперимента. В три ночи у меня зазвонил телефон. Жена сообщила, что профессор хотел бы со мной поговорить. Резерфорд произнес: “Я тут догадался: частицы из ближнего диапазона — это гелий-3”. Я попросил у него обоснований, и тогда он взорвался: “Обоснования? Обоснования? Я это чувствую!”
Олифант (впоследствии сэр Марк Олифант) получил должность профессора физики в Бирмингеме, где создал выдающийся факультет: там, среди прочего, сконструировали основу сантиметровых радаров, полостный магнетрон. Затем Олифант вернулся к себе на родину в Австралию, где стал отцом-основателем Австралийского национального университета в Канберре. Один из его самых неудачных проектов — строительство ускорителя частиц, который не проработал ни дня и был в итоге заброшен. Из-за этого дорогостоящего провала прибор презрительно называли “Белым Олифантом” (“The White Oliphant”).
Первый отрывок взят из статьи Джонса (R.V. Jones) в сборнике The Making of Physicists, ed. Williamson R. (Adam Hilger, Bristol 1987/ Интервью Олифанта — из кн.: Hargittai I. and М., The Chemical Intelligencer, 6, 50 (2000).
Мученик науки
Плиний Старший, или Гай Плиний Второй — автор “Естественной истории”, самого полного обзора античных науки и учености. Жертва научного любопытства, он погиб во время извержения Везувия, уничтожившего в 79 году до н. э. Помпеи и Геркуланум. Его племянник, Плиний Младший, оставил нам красочное описание той страшной катастрофы. Дядя и племянник были тогда на мысе Мизено, с обратной стороны Неаполитанского залива. Плиний Старший командовал флотом, прибывшим незадолго до того в залив. Однажды его внимание привлекло большое и быстро растущее облако, которое постепенно сползало вниз по дымному столбу, ветвившемуся “как средиземноморский кедр”. “Мой дядя, видный ученый, — писал Плиний Младший, — просто не мог остаться в стороне". К источнику дыма он отправился на корабле. По дороге к Помпеям команду осыпал град горячего пепла и пемзы, но Плиний и не думал поворачивать назад: он приказал кормчему плыть прямо в сгущающуюся тьму, и ветер загнал судно на мель. Племянник продолжает:
Дядя решил выйти на берег. Нужно было понять, насколько безопасно плыть дальше. Однако море было по-прежнему бурным; все складывалось против. Рабы расстелили ему простыню, чтобы он мог лечь, и еще он выпил чашку или две холодной воды. Языки пламени и запах серы, который обычно подсказывает, что пламя близко, заставили всех прочих бежать. Пламя заставило встать и его. Он приподнялся, опираясь на двоих молодых рабов, но сразу же упал. Думаю, густой дым забил ему глотку и перекрыл пищевод, с рождения слабый и доставлявший ему одни неприятности. Когда два дня спустя тьма рассеялась и труп нашли, на нем не было ни единой царапины.
Источник: Pliny: A Selection of his Letters, trans. Creig Clarence (Cambridge University Press, London, 1978).
Мраморные столы и ведра с водой
В 1934 году физики пребывали в крайнем волнении по поводу трансмутации, или превращения одних элементов в другие. Было доказано, что ядра некоторых тяжелых атомов способны захватить летящий нейтрон и в итоге превратиться в новый, более тяжелый, изотоп. Энергия, переданная нейтроном ядру в момент столкновения, излучалась в виде гамма-лучей, которые и свидетельствовали, что реакция проходит успешно. Великий итальянский физик Энрико Ферми запустил целую программу исследований, чтобы выяснить, как ведут себя разные элементы при нейтронной бомбардировке. Радость от первых успехов в опытах с легким элементом (натрием) была омрачена странностями результата: гамма-излучение возникало с куда большей задержкой, чем позволяла теория. Нужно было более убедительное доказательство захвата нейтронов. Два молодых и талантливых ассистента Ферми, Эмилио Сегре и Эдуардо Амальди, решили, что справились с задачей, когда показали, что алюминий, следующий объект изучения, оказался способен не только захватывать нейтроны, но и образовывать при этом радиоактивный изотоп со временем жизни (измеренным по испусканию гамма-лучей) около 3 минут. Обрадованный Ферми сообщил об этом на конференции в Лондоне.
Однако затем Сегре, простудившись, решил провести несколько дней дома и оставил Амальди продолжать опыты в одиночку. К всеобщему разочарованию, тот не смог повторить прежние наблюдения. Ферми, крайне обозленный перспективой унизительного опровержения, выплеснул все недовольство на ассистентов, которые теперь раз за разом получали стабильно ошибочные и, как могло показаться, бессмысленные результаты. Тогда в лаборатории и появился новый сотрудник — молодой одаренный физик, Бруно Понтекорво. Знаменитым он стал 20 годами позже: располагая важной информацией о разработках ядерного оружия, он сбежал в Советский Союз. Понтекорво и Амальди принялись за калибровку процесса нейтронной активации, взяв серебро за эталон — было известно, что при захвате нейтрона оно дает относительно долгоживущий изотоп, за распадом которого удобно наблюдать. Но тут, к изумлению и даже ужасу экспериментаторов, выяснилось, что результат зависит от конкретного места, где ставят опыт. Вот как это описывает Амальди: “В темной комнате рядом со спектрометром стояло несколько деревянных столов, которые обладали волшебным свойством: облученное на них серебро приобретало куда большую активность, чем когда его облучали на мраморном столе в той же комнате”.
