Довольно скоро установили, что все радиоактивные элементы распадаются с определенной скоростью, которая является такой же неотъемлемой характеристикой радиоэлемента, как и его атомная масса. По предложению Резерфорда, с 1900 г. эту скорость принято характеризовать периодом полураспада элемента Г1/2, то есть временем, за которое распадается половина исходного количества радиоактивного элемента. Например, период полураспада радона — 3,82 дня, радия — 1600 лет, урана — 4,5 млрд. лет.

Наконец с точки зрения гипотезы радиоактивного распада становилось понятным, почему радий всегда встречается вместе с ураном: по-видимому, он является продуктом его распада. Далее, если радий получается как продукт распада урана, радий порождает радон, последний распадается еще дальше, то должны существовать целые радиоактивные семейства, у которых есть первый элемент (радиоактивный) и последний (стабильный). Все последующее десятилетие было посвящено поискам этих радиоактивных семейств, распутыванию последовательности распадов в них, измерению скоростей распада и т. д. К 1913 г. эта работа была в основном закончена.

Итоговая статья Резерфорда и Содди имела название «Причина и природа радиоактивности». После нее можно было сказать, что теперь природа радиоактивности надежно установлена. Однако причина, по которой атомы радиоактивных веществ самопроизвольно взрываются, эта причина станет понятной только четверть века спустя, после создания квантовой механики. И только через десять лет станет ясной природа Х-лучей, с открытия которых начались исследования радиоактивности.

Вскоре после начала своих исследований Пьер и Мария Кюри заметили, что склянки с концентратами радия светятся в темноте мягким голубоватым светом (этому свечению радий обязан своим названием). «Вот свет будущего!» — говорил Пьер Кюри своим друзьям, не подо-

22/

зревая, насколько он прав. Уже тогда понимали, что наблюдаемое свечение объясняется флуоресценцией, которую вызывает излучение радия в веществе стекла. Но в отличие от обычной флуоресценции, которая быстро затухает после облучения вещества, свечение препаратов радия без видимого ослабления длилось годами. Кроме того, соединения радия были всегда немного теплее, чем окружающие предметы. Все это означало, что радий непрерывно излучает энергию.

В начале 1903 г. Пьер Кюри и Альбер Лаборд измерили количество выделяемой теплоты: оказалось, что 1 г радия за 1 ч выделяет примерно 100 кал (по позднейшим измерениям— 135 кал), то есть теплоту, достаточную для tofo, чтобы вскипятить 1 г воды или расплавить 1 г льда. Резерфорд, измеряя ионизацию газов под действием радиоактивности, пришел к тому же заключению: радий непрерывно излучает энергию. Эта энергия очень велика: легко подсчитать, что за год 1 г радия выделяет свыше 1 млн. кал, то есть энергию, которая освобождается при сгорании 170 г угля, а при полном распаде 1 г радия выделится огромная энергия около 4 млрд, кал, то есть теплота сгорания 0,5 т угля.

Откуда радий черпает такую большую энергию? На этот вопрос ученые тщетно пытались ответить в течение четверти века. Мнения исследователей разделились: Уильям Крукс, Пьер и Мария Кюри и ряд других ученых склонялись к мысли, что атомы радия работают как трансформаторы энергии, то есть они вначале поглощают энергию волн неизвестной природы, которые пронизывают все сущее наподобие эфира, а затем переизлучают эту накопленную энергию. Другие уподобляли выбрасывание а-частиц процессу испарения молекул. Но в этом случае они должны были бы иметь различные энергии, а Уильям Брэгг в 1904 г. определенно доказал, что это не так: все а-частицы, испускаемые радием, имели одну и ту же, строго определенную энергию. Резерфорд решительно настаивал на внутриатомном происхождении энергии радия и, как показало будущее, был совершенно прав.

Споры о происхождении внутриатомной энергии носили острый, эмоциональный характер и переходили иногда принятые границы корректности в научных дискуссиях. По-види-мому, это характерная особенность таких дискуссий — начиная с проблемы «вечного двигателя». Быть может, присущий им эмоциональный накал объясняется важностью проблемы: на добывание энергии человечество всегда тратило около трети своих усилий.

Дифракция и интерференция рентгеновских лучей были открыты в 1912 г. в Мюнхене — и это не случайно. В то время там директором Института физики был Рентген, кафедрой теоретической физики заведовал Зоммерфельд, а Лауэ работал у него приват-доцентом. Все они интересовались рентгеновскими лучами и верили в их волновую природу, правда, по-разному. Сам Рентген полагал, что он открыл продольные колебания эфира, подобные звуковым. Зоммерфельд считал, что Х-лучи возбуждаются при резком торможении электронов, и на основе этой модели даже оценил их длину волны.

В феврале 1912 г. ассистент Зоммерфельда Петер Пауль Эвальд (1888—1985), решая задачу о рассеянии световых волн на пространственной решетке, обратился за помощью к Лауэ. Ответа Лауэ не знал, но при обсуждении задачи ему пришла в голову мысль пропустить через кристалл рентгеновские лучи — мысль сама по себе не новая, поскольку многие, включая самого Рентгена, уже неоднократно этот опыт ставили. Но Лауэ не просто предлагал, он предсказывал. Ход его рассуждений был прост и логичен: «Если рентгеновские лучи — это очень короткие волны, а кристаллы — действительно упорядоченные решетки атомов, расстояния между которыми сравнимы с длиной волны рентгеновских лучей, то при пропускании их через кристалл должна происходить их дифракция и интерференция». Однако оба эти предположения отнюдь не были в то время очевидными и казались многим (включая Планка и Зоммерфельда) «остроумной, но все-таки фантастичной комбинацией идей».

Молодые физики, узнавшие о предложении Лауэ в кафе, где они собирались по средам, были настроены менее консервативно. Один из них, ассистент Зоммерфельда Вальтер Фридрих (1883—1968), сразу же решил проверить гипотезу Лауэ. Зоммерфельд вначале не одобрил его энтузиазма (он поручил ему другую работу), но Фридрих продолжал заниматься этим вечерами, а вскоре, в апреле 1912 г., ему на помощь пришел докторант Рентгена Пауль Книппинг (1883—1935). Совместными усилиями они уже 21 апреля обнаружили явление, которое предсказывал Лауэ и которое почти два десятилетия ускользало от

223

внимания исследователей. Через две недели после получения первых фотографий Лауэ завершил теоретическую картину обнаруженного явления и 8 июня 1912 г. доложил о результатах работы Немецкому физическому обществу. В этот день он продемонстрировал те самые знаменитые лауэграммы кристаллов медного купороса, которые до сих пор неизменно воспроизводятся во всех учебниках атомной физики.

Реакция научного сообщества была мгновенной и бурной. Эйнштейн писал: «Это самое удивительное из всего, что

я когда-либо видел», Уильям и Лоуренс Брэгги немедленно

создали свой кристалл-дифракционный спектрометр для определения длин волн Х-лучей (его тут же использовал Генри Мозли в своей знаменитой работе), а Шведская академия наук уже через полтора года присудила Лауэ Нобелевскую премию — случай в ее практике чрезвычайно

редкий.

лась «настолько само собой разумеющейся», что он «ни

Эта реакция современников сейчас может показаться нам неоправданно восторженной (вспомним: Планк получил Нобелевскую премию в 1918 г., а Эйнштейн — лишь в 1921 г.), но это объясняется, по-видимому, тем, что открытие Лауэ слишком быстро перешло в разряд «очевидных». Даже самому Лауэ его идея впоследствии казакогда не мог понять удивления, которое она вызвала в мире специалистов». Не следует, однако, забывать, что эта «очевидность» того же сорта, что и «яйцо Колумба» или астрономические открытия Галилея: сотни людей до него держали в руках подзорную трубу, но никому из них не пришло в голову направить ее на небо. Точно так же в Мюнхенском университете, который в течение многих лет был центром кристаллографических исследований, во многих лабораториях можно было постоянно видеть каркасные модели кристаллов, но именно над привычным задуматься труднее всего — для этого необходим элемент гениальности.