О невероятных фактах и правдоподобных фантазиях. Как В. Рентген не признавал электроны, хотя именно они порождают его икс-лучи. Как доказали, что видимую и невидимую радиацию можно увидеть из-за угла

- Да, по части воображения иные ученые мужи не уступят писателям-фантастам. Не потому ли, что не хватает достоверных сведений?

- Фактологическое изложение не пробуждает воображение, а усыпляет, загромождает память справочными данными, обилие которых создает иллюзию эрудированности.

"Быть может, эти электроны - миры, где пять материков, искусства, знанья, войны, троны и память сорока веков!" - писал В. Брюсов в 1922 году.

"Мир - рвался в опытах Кюри атомной, лопнувшею бомбой на электронные струи невоплощенной гекатомбой..." - писал А. Белый в 1921 году.

Оба автора были образованнейшими людьми своего времени, но прежде всего поэтами. Так что не будем касаться вопроса, как далеко могло увлечь того и другого воображение, насколько оторвалось оно от физической реальности. Нас интересует другое. Электроны - фикция или факт? Странный вопрос! Судя по приведенным цитатам, он был решен более полувека назад. И уж тем более наивно выглядело бы такое сомнение сегодня, когда электроника окружает нас всюду, даже в домашнем, а не только научном обиходе. Примеров великое множество: от электролампочек до квантовых генераторов, от телевизоров до электронных микроскопов, от транзисторов до электронно-вычислительных машин... А рентгеновская радиация - что порождает ее на земле и в небе? Те же электроны!

Между тем сама мысль о них воспринималась некогда как плод разыгравшегося воображения, фантазерства, не приставшего истинному ученому. Мягко выражаясь, как "недоказанная гипотеза, применяемая часто без достаточных оснований и без нужды". На том категорически настаивал не кто иной, как сам В. Рентген. Человек, который, как выразился один из его учеников и сотрудников, академик А. Иоффе, "больше, чем кто-либо из современников способствовал созданию новой физики нашего столетия - физики элементарных процессов и электронных явлений".

Таинственные невидимки

Не признавая понятие "атом электричества", родившееся в 1897 году, первооткрыватель икс-лучей запрещал даже произносить в стенах Мюнхенского физического института это "пустое слово, не заполненное конкретным содержанием". Вето было снято лишь в 1907 году, после многолетней "борьбы за электрон", в которой участвовал и молодой А. Иоффе, смело вступавший в дискуссии с суровым мюнхенским профессором, лауреатом первой из Нобелевских премий, присуждаемых с 1901 года.

"Гипотез не измышляю", - мог бы повторить вслед за И. Ньютоном и В. Рентген, автор единственного серьезного научного предположения (оно, увы, оказалось неверным, но об этом речь впереди). Виртуоз экспериментаторского искусства, великий немецкий физик поклонялся Его Величеству Опыту. Факту, а не фикции (за каковую почитал и "безумную идею" - мысль об "атоме электричества").

"Опыт без фантазии или воображение без проверки опытом может дать немногое", - считал другой великий физик, маг эксперимента и волшебник теории Э. Резерфорд. "Неистовый новозеландец" заявил это в 1923 году, когда В. Рентгена не стало. Но еще при жизни тот мог воочию убедиться, сколь плодотворны "безумные идеи", рожденные неистовой фантазией настоящего ученого.

В 1911 году появилась дерзкая "умозрительная конструкция" атома, созданная воображением Э. Резерфорда. Как известно, она представляла собой подобие солнечной системы: в центре - ядро, на периферии - электроны, вращающиеся по круговым орбитам, словно планеты около своей звезды. Символично, что в самом термине "планетарная модель" слились понятия микро- и мегамира, как бы олицетворяя единство начал вселенной, которое столь наглядно продемонстрировала нам астрофизика.

Схема потом уточнялась, пересматривалась, видоизменялась, но она сделала свое дело, послужив мощным импульсом для дальнейших поисков. Уже в 1913 году на этом фундаменте построил теорию атома датчанин Н. Бор. Великий физик, который не только не чурался самых фантастических гипотез, но и сам их высказывал и завещал нам такой подход к любой из них: "Вопрос в том, достаточно ли она безумна, чтобы быть правильной".

Период "штурм унд дранг" ("буря и натиск"), начавшийся в физике еще при жизни В. Рентгена, ознаменовался фейерверком "безумных идей". Одна из них сформулирована в том же 1923 году французским ученым Л. де Бройлем, тогда еще молодым диссертантом. Принята она была, по свидетельству самого автора, "сначала с удивлением, к которому, несомненно, примешивалась какая-то доля скептицизма". "Идеи диссертанта, конечно, вздорны, - честно признавался его научный руководитель П. Ланжевен, - но развиты с таким изяществом и блеском, что я принял диссертацию к защите".

Речь идет об общепризнанном ныне факте. О знаменитом дебройлевском дуализме, единстве противоположных на первый взгляд свойств - корпускулярности и волнообразности. Вроде бы и впрямь "две вещи несовместные", они тем не менее мирно сосуществуют рядом. Особенно заметно это парадоксальное сочетание в микромире.

За иллюстрациями ходить недалеко. Достаточно взять нынешние энциклопедии. В статьях о дифракции там нередко сопоставляют два очень похожих, хотя и весьма различных, снимка. На каждом - геометрически правильный узор из светлых и темных пятен, полученный на фотоэмульсии при просвечивании кристалла. В одном случае - пучков электронов, в другом - рентгеновских лучей.

Словом, мельчайшие крупицы материи могут вести себя подобно минимальным порциям энергии, корпускулы - подобно квантам, иначе говоря, вещество подобно радиации. И наоборот.

Сегодня это нечто само собой разумеющееся, а тогда установление такой двойственности произвело эффект разорвавшейся бомбы. То было "наиболее драматическое событие в современной микрофизике", как аттестовал его сам Л. де Бройль. Интересно, что к своей теоретической догадке он пришел, наблюдая за экспериментами с икс-лучами, которыми много лет подряд занимался его старший брат в парижской лаборатории. Есть ли тут связь с открытием В. Рентгена? Очевидно, самая прямая.

По формуле, выведенной Л. де Бройлем, получается: длины волн, которые приписываются электронам, примерно те же, что и у рентгеновской радиации. Как выяснилось, так оно и есть в действительности. Плод воображения, взращенный в кабинетной тиши, оказался надежным результатом науки, проверенным во многих лабораториях, вошел в золотой фонд физики.

То-то, верно, изумился бы мюнхенский гонитель электронов, узнав, что они дважды сродни таинственным невидимкам, которым он сам дал, так сказать, путевку в жизнь. Во-первых, как молочные братья: одни - частицы-волны, другие - волны-частицы (притом с весьма близкой характеристикой, длиной волны). Во-вторых, как... отцы и дети. Да, именно "атомами электричества" порождаются икс-лучи и внутри рентгеновских трубок, и около рентгеновских звезд.

Впрочем, тогдашний "штурм унд дранг" с его фейерверком "безумных идей" мог потрясти кого угодно. "Современному физику порою кажется, что почва ускользает из-под ног и потеряна всякая опора, - свидетельствовал в 20-е годы С. Вавилов, будущий президент Академии наук СССР. - Головокружительное ощущение, испытываемое при этом, схоже с тем, которое пришлось пережить астроному-староверу времен Коперника, пытавшемуся постичь неподвижность движущегося небесного свода и Солнца. Но это неприятное ощущение обманчиво, почва тверда под ногами физика, потому что эта почва - факты".

Проницательная оценка! Она актуальна и сегодня. И разве не поучительна для потомков психологическая драма В. Рентгена? В науке он был одним из великих революционеров, но и одним из великих староверов.

Известная "старомодность", или, если угодно, консервативность, взглядов, проявленная В. Рентгеном, была присуща, конечно, не только ему одному. Вспомнить хотя бы П. Ланжевена, его позицию в истории с дебройлевской диссертацией. Тот, однако, не наложил запрет на "еретическую" идею, причем еще более "безумную", "фантазерскую", чем та, которую подверг остракизму В. Рентген в своем институте.

Открыв икс-лучи, Рентген изучил их добросовестнейшим образом. Настолько тщательно, что после него долго, не один год, нечего было ни прибавить, ни убавить. Установил, например, что они не отклоняются ни в магнитном, ни в каком-либо ином поле. Проникают сквозь самую плотную твердь, а если задерживаются полностью, то разве лишь солидной свинцовой броней. И вдруг, представьте (нечто неслыханное): они могут отклоняться и, более того, удерживаться, как в ловушке, гравитационным полем!

Да полноте, как же так? Они ведь нечто невесомое! Добро бы речь шла о частицах. Скажем, об электроне, чья масса ничтожна (10-27 грамма), но все-таки она налицо. А у кванта ее вроде бы нет - чему ж тут притягиваться-то?

Обратимся к Его Величеству Опыту, пусть рассудит, что есть истина.

В 1917 году английский физик А. Эддингтон выдвинул оригинальное предложение, как проверить экспериментально общую теорию относительности А. Эйнштейна. Из нее следует, что световой луч, этот символ прямизны, не может не искривляться под действием тяготения. Скажем, скользя по касательной над поверхностью Земли, он должен отклониться от первоначального направления на 10 метров за секунду. Правда, за ту же секунду он пробежит 300 тысяч километров, и столь малое изменение практически не уловить. Иное дело, если он проходит вблизи Солнца, которое гораздо массивнее. Там изгиб в десятки раз больше. И может быть замечен с Земли. Как?

Очень просто: надо лишь сфотографировать одну и ту же звезду дважды - когда наше светило почти касается ее своим краем и когда оно далеко от нее. Конечно, ее не снимешь белым днем, в обычных условиях. Зато, когда Солнце закрыто от нас Луной, наступают сумерки, и звезды хорошо видны на небесах.

А. Эддингтон организовал экспедиции в районы полного затмения, которое наблюдалось 29 мая 1919 года, на остров Принчипе (Гвинейский залив) и в местечко Собраль (Бразилия). Не обошлось без приключений и незадач, но хорошо все, что хорошо кончается: теоретический вывод получил блестящее экспериментальное подтверждение.

Оказывается, можно видеть из-за угла! Гравитация изогнет лучи от загороженного источника и направит их нам в глаза. Очевидно, это относится и к незримой электромагнитной радиации: у нее ведь та же природа.