Резерфорд пошел еще дальше. В 1919 году он впервые осуществил мечту алхимиков об искусственном превращении элементов. В азоте, подвергнутом бомбардировке альфа-частицами, были обнаружены следы водорода и кислорода. Что же произошло? Некоторые альфа-частицы (два положительных заряда) проникли в ядра азота (семь положительных зарядов), выбили из них один заряд (ядро водорода), после чего в ядре осталось восемь зарядов (ядро кислорода). Человек оказался у источника неизвестной ранее громадной энергии, которую заключают в себе силы сцепления атомного ядра. При этом остается историческим курьезом то, что алхимик нашего времени – Резерфорд – до конца своих дней относился скептически к возможности использовать в широких масштабах ядерную энергию, пионером которой он являлся. А через восемь лет после того, как «Крокодила» не стало, его ученик Оппенгеймер должен был взорвать первую атомную бомбу…
В лаборатории Кавендиша молодой американский физик оказался очевидцем той ожесточенной борьбы, которую вели британские ученые, как и большинство их коллег в других странах, для того чтобы добиться от правительства или меценатов все более дорогих и более сложных приборов, необходимых для дальнейших исследований.
Журналист Роберт Юнг в своей книге «Ярче тысячи солнц» пишет, что приборы, которыми пользовались ученые-атомники Кембриджа, были очень примитивными, что большинство исследователей мастерило их своими руками, пользуясь воском, проволокой и самодельными колбами. Когда английский физик Г.Д. Эллис в 1919 году увидел установку, с помощью которой Резерфорд осуществил первые превращения атомов, то он был даже «шокирован тем, что аппаратура не производила более внушительного впечатления». Весь комплект измерительной аппаратуры помещался в небольшой картонной коробке.
В 1932 году Кокрофт и Уолтон в той же лаборатории, правда несколько переоборудованной, осуществили первые превращения элементов с помощью бомбардировки искусственно ускоренными протонами (ядрами водорода). Вот как описал их аппаратуру Жак Бержье: «Современный физик при виде машины, с которой работали Кокрофт и Уолтон, мог бы предположить, что она куплена на барахолке. Большую часть установки они сделали своими руками. Лаборатория небогата, и основная аппаратура была позаимствована у частной фирмы «Метрополитен Виккерс Электрикл». Уолтон является стипендиатом английского учреждения, соответствующего французскому Национальному центру научных изысканий. Кокрофт получает содержание, из Кембриджского университета. В их установках использованы трансформаторы, которые позволяют ускорять ионы водорода до энергий, достигающих 700 000 электронвольт (напомним, что в современных ускорителях счет ведется на миллиарды электронвольт). Оба экспериментатора не располагают ни одним современным измерительным прибором. Напряжения они определяют с помощью искры, проскакивающей между двумя алюминиевыми шарами диаметром 75 сантиметров, один из которых заземлен, а другой подключен к установке. Регулируют напряжение путем изменения рабочего режима генератора переменного тока, питающего повышающий трансформатор. Искусственные превращения элементов, полученные таким образом, наблюдаются невооруженным глазом по сцинтилляциям на экране…»
Не следует забывать о той битве, которую вели первые атомники (а Резерфорд умел драться с ожесточением) за необходимую для них исследовательскую аппаратуру. Этим, наверное, можно объяснить ту радость, которой были охвачены многие ученые, когда государство, разгадавшее возможность использования атома в военных целях, начало умножать бюджеты научно-исследовательских работ, и то величайшее искушение Оппенгеймера, когда ему предложили во время второй мировой войны принять самую блестящую среди всех имевшихся лабораторий-гигантов – лабораторию, о которой еще несколько лет назад не смел мечтать ни один ученый.
Геттингенский университет и квантовая теория
В Кембридже Роберт Оппенгеймер получил приглашение Макса Борна, одного из триумвирата умов, властвовавших над Геттингенским университетом Георгии Августы; два других были Джемс Франк и Давид Хильберт. Геттинген, этот тихий ганноверский городок, с его романтическими крепостными валами хранил воспоминания о многих веках интеллектуального брожения. Поколения студентов, прежде чем превратиться в поколения «герр докторов» различных наук, осушали там неисчислимое количество кружек пива и мерялись силами на шпагах. Крушение Германской империи в 1918 году не пошатнуло этих традиций. Напротив, на профессоров была перенесена некоторая доля того почтения, которое бюргеры раньше оказывали офицерам кайзера. Всякий, кто преподавал или учился, действительно чувствовал себя приобщенным к избранному кругу людей.
Университет Георгии Августы, прославившийся прежде всего своими математиками (в нем некогда преподавал знаменитый Фридрих Гаусс), стал сразу после первой мировой войны одним из центров, где совершалась великая революция в современной физике. Квантовая теория, разработанная датчанином Нильсом Бором, должна была дополнить первое представление об атоме: электроны, вращающиеся вокруг ядра, тяготеют только к строго определенным орбитам; все переходы с одной орбиты на другую сопровождаются испусканием или поглощением энергии также точно определенной величины – одного кванта. Однако квантовая теория явилась не только новой движущей силой в познании строения вещества и происхождения электромагнитного излучения (в частности, света). Она внесла революционный принцип в научное и философское мышление, и следствия его распространялись на все более широкие области знания. Старое изречение natura non facit saltus [2], которое до сих пор властвовало над всеми представлениями о Вселенной, обнаружило здесь свою радикальную ошибочность. Истинным же становилось противоположное представление: в масштабах атома физические явления происходят только скачкообразно и являются по своей природе прерывистыми. Мы даже не можем себе представить, чтобы электрон соскальзывал более или менее быстро с одной орбиты на другую, проходя при этом через промежуточные положения. Таких состояний не существует. С некоторой орбиты, или, вернее, с некоторого энергетического уровня, электрон сразу попадает на другой уровень, причем не на произвольный, а только на один из тех уровней, вероятность которых определяется по правилам Бора; и в этот же самый момент атом поглощает квант энергии или испускает частицу света – фотон, частота которого также определенным образом связана с разностью энергетических уровней. Таким образом, можно понять то шутливое предостережение, с которым один известный мюнхенский профессор обратился, как рассказывает Юнг, к молодым людям, стремящимся проникнуть в сокровенные тайны физики: «Осторожно! Опасность обвала! Временно закрыто по причине капитальной перестройки!»
Но вход в «здание» не был закрыт, хотя внутри него производилась гигантская перестановка в радостном предвидении больших перемен. В Геттинген время от времени съезжались физики со всех стран, чтобы обмениваться последними теоретическими выводами или результатами новых исследований. Сам Бор приезжал туда из. Копенгагена читать лекции. Никакие иные условия не смогли бы быть более благоприятными для Оппенгеймера, ум которого жадно стремился к открытиям, к смелым обобщениям и интеллектуальным приключениям. Изучая физику, он продолжал заниматься такими необычными, с точки зрения его коллег, предметами, как философия и литература. Одним из тех, кто более всего восхищался выдающейся индивидуальностью молодого американца, был английский физик Поль Дирак, который жил на одной вилле с Оппенгеймером и уже тогда считался одним из самых крупных имен теоретической физики. Дирак шел по стопам французского ученого Луи де Бройля и одновременно с немецкими теоретиками Э. Шредингером и В. Гейзенбергом приступил к преодолению некоторых препятствий, неожиданно возникших в квантовой теории, которая не учитывала всех явлений, наблюдавшихся при поглощении и дисперсии света.
