neslucha-sluchai
страница №19
...альше надо было переходить к самостоятельным работам, к проверке собственных идей, а они еще недостаточно сформировались в представлении Чарльза. То есть он знал, что его интересуют оптические и конденсационные процессы, происходящие в атмосфере, но не знал точно, с какой стороны к ним подойти, за что зацепиться, какую генеральную идею положить в основу опытов.Что делает ученый, когда генеральной идеи нет? Он идет ощупью, пытаясь самими экспериментами нащупать верную дорогу, взаимосвязь явлений. Иногда на помощь приходит случайное наблюдение, какой то намек, увиденный вдруг в чем то очень обыденном, или новое открытие, дающее новые экспериментальные возможности.
Собственно, вот на эту стезю и вступил Вильсон во второй половине 1895 года. Началось все с того, что на время студенческих каникул он решил еще раз съездить в шотландские горы. В июне он вновь очутился в местах, столь памятных его сердцу, где когда то зародились его первые научные интересы и где теперь им суждено было обрести более отчетливую форму.
Произошло это 26 июня, в тот день, когда Чарльз взобрался на вершину горы Карн Бор Дирг, по соседству со старой знакомой Бен Невис. Вдоволь налюбовавшись открывающимся прекрасным видом и не сумев рассмотреть как следует снежную макушку Бен Невиса, покрытую на сей раз облаками, он собрался спуститься вниз, как вдруг услышал раскаты грома — начиналась гроза. Не успев еще оценить обстановку и испугаться — гроза в горах дело не шуточное, — Чарльз вдруг почувствовал, что его волосы становятся дыбом, но не от испуга (я ж сказал, он не успел испугаться), а от действия грозового электричества, насытившего воздух настолько, что волосы ученого вытянулись вдоль силовых линий электрического поля.
Вот только тогда Чарльз понял, что ему грозит, и помчался со всей силы вниз, под прикрытие какой нибудь скалы. Он вовремя ретировался, и молния, ударившая в вершину, расплавила лишь камень. Но след от этого буйства стихии остался и в самом Вильсоне — в виде новой идеи, мелькнувшей в его голове в тот момент, когда на ней поднялись дыбом волосы. Идея была проста, но, как оказалось, очень плодотворна. Надо проверить, подумал Вильсон, как влияет электрическое поле на процессы образования тумана.
Вот так и родилась та первая, пока еще не оформившаяся мысль, та зацепка, которой не хватало ученому. Ее принес случай. А вторая, сделавшая туманную идею реальной программой, появилась в тот день, когда Вильсон узнал об открытии Рентгена. Так наблюдение, родившееся в случайной поездке, и новое открытие, родившееся из случайного наблюдения, пересекшись, воплотились в эксперимент, поставленный Си Ти Аром в феврале 1896 года.
Эксперимент был прост, как все, что делал Вильсон. Он взял свою туманную камеру и поставил около нее рентгеновскую трубку. А дальше очистил воздух от пыли и стал расширять объем камеры. При определенной степени расширения, когда туман уже давно должен был бы образоваться, его все еще не было, чего и следовало ожидать, поскольку воздух был очищен. А потом Вильсон взял да и включил рентгеновскую трубку и посмотрел в камеру — она заполнилась густым туманом, чего ожидать он никак не мог. Сначала Чарльз действительно подумал, что могло произойти случайное совпадение; два последовательных события не обязательно связаны между собой причинной связью, хотя такая ситуация и наводит на некоторые подозрения; как остроумно заметил Лион Фейхтвангер, если человека ссылают на остров Святой Елены, это еще не значит, что он Наполеон. Поэтому дальше Вильсон, что также вполне естественно, несколько раз повторил свой опыт, слегка меняя его, и каждый раз регистрировал один и тот же результат: лучи Рентгена вызывали конденсацию тумана в таких условиях, в которых ему образовываться не полагалось.
Отсюда можно было сделать только один вывод: рентгеновские лучи, проходя сквозь воздух камеры, образуют там какие то центры конденсации.
Пока Вильсон раздумывал, что это могут быть за центры, пришло новое сообщение: рентгеновские лучи ионизируют воздух. Значит, вот оно в чем дело; центрами конденсации, по видимому, служат ионы или электроны, сорванные с атомов. Но как проверить это предположение?
Чарльз долго колеблется: он, кажется, знает, что надо сделать — не для проверки гипотезы, а для получения совета, как ее проверить, — но не решается вначале. Но в конце концов, поборов свою застенчивость, отправляется к Томсону, директору Кавендишской лаборатории.
Джи Джи понравились опыты молодого ученого и понравился сам ученый, особенно тем, что он делал физические эксперименты после основной работы в медицинском колледже. Да и результаты говорили сами за себя. Просуммировав оба впечатления, профессор пришел к двум выводам: во первых, надо подумать над гипотезой молодого и несомненно талантливого ученого и, во вторых, надо подумать о его дальнейшей судьбе.
Первое решение удалось осуществить быстрее: Томсон почти сразу же нашел способ, как проверить, замешаны ли ионы в конденсации влаги. Он предложил Вильсону поместить камеру в электрическое поле; оно должно притянуть заряженные ионы, расчистить от них воздух, и дальше можно посмотреть, что получится: образуется туман, — значит, не в них дело, не образуется — они причина. Вильсон, вероятно, расстроился даже: как же самому ему не пришла в голову такая простая идея — ведь несколько месяцев назад сама природа подсказала ему этот путь. Уже поздно сожалеть об упущенном, сейчас надо действовать, и побыстрее.
Вильсон строит новую камеру. Внутрь аккуратно, соблюдая строгую изоляцию, вводит металлический диск. На него подается ток от одного полюса батареи, другой полюс подсоединяется к латунной крышке самой камеры. Таким образом, внутри нее при замыкании контактов создается электрическое поле, он назвал его очищающим. Впрочем, если соблюдать последовательность событий, надо признать, что назвал он его так после эксперимента, а не до, после того, как убедился, что оно действительно очищает камеру от ионов.
А убедился Чарльз в этом очень быстро. Когда ток был включен, никакие рентгеновские лучи не могли вызвать досрочное образование тумана. Следовательно, исходная гипотеза была справедлива: центрами конденсации могут быть не только частички пыли, но и ионы.
Когда двадцатисемилетний Вильсон принес сорокалетнему Томсону результаты своего первого серьезного открытия, Джи Джи сообщил Си Ти Ару приятную новость: по его, Томсона, ходатайству, Кембриджский университет назначил молодому физику на три года стипендию имени Максвелла, что давало ему возможность, на этот период времени во всяком случае, бросить свою работу препаратора и отдать себя целиком любимому делу.
Интересно, что судьбы Резерфорда и Вильсона продолжают все время пересекаться: та же поддержка Джи Джи; стипендия, дающая возможность работать; склонность к опытам, а не к теориям; недаром они с Эрнестом стали большими друзьями. Да, и еще одно сходство: оба крайне чувствительны ко всяким новшествам. Вспомните. Резерфорд: появились лучи Рентгена — он работает с ними; появились урановые лучи — и они идут в дело. Точно так же ведет себя и Вильсон: свое первое открытие он сделал на рентгеновских лучах, но как только появились лучи Беккереля, он повторил его и на радиоактивном излучении, оно также вызывало ионизацию. Дальше последовали еще две работы, где в качестве ионизирующего агента выступал ультрафиолетовый свет, потом еще одна, где сравнивались положительные и отрицательные ионы с точки зрения их конденсационной способности.
И так незаметно проходят последние годы XIX века — великого века новых физических открытий, и наступает XX век, не менее великий для физики.
Для Чарльза, тихонько корпевшего над своими облаками, его начало было знаменательно тем, что Королевское общество избрало его своим членом. В тридцать один год — академик? Вильсон — крупный специалист по мелкой проблеме? Си Ти Ар, простой демонстратор, даже не профессор? Да, да, да — молодой, не профессор, специалист в области пока ограниченной, но крайне важной для физики, а вскоре — неограниченной по своему применению. Конечно, положение Вильсона в Кембридже, его замкнутость, его прямо таки рабская привязанность к одной теме давали повод и для таких вопросов, и даже для дружеских шуток. Быть может, самая острая, хоть и самая добродушная принадлежит не кому иному, как Резерфорду, любовь которого к Вильсону все хорошо знали.
Вернувшись как то после долгого отсутствия из Австралии, Эрнест на традиционном воскресном обеде в кругу близких произнес нечто вроде тоста в честь Вильсона. «Перед отъездом из Кембриджа, — сказал он ухмыляясь, — я зашел попрощаться с моим старым другом Си Ти Аром. Он у себя в лаборатории методично шлифовал вручную большую глыбу стекла. За этим занятием я и оставил его. Первый, кого я увидел, вернувшись после нескольких месяцев отсутствия, был мой старый друг Си Ти Ар, который все еще шлифовал большую глыбу стекла».
Этот спич был произнесен в более поздние годы, чем избрание Чарльза в Королевское общество, но характер самого Вильсона и характер его работы были точно такими же, с той лишь разницей, что он еще не сделал своего великого открытия, которое так много изменило в физике и так мало изменило в облике и образе жизни самого автора. Но поскольку это произошло спустя десять лет после того, как Вильсона избрали в Королевское общество, этого срока было вполне достаточно, чтобы странность Вильсона в глазах коллег превратилась в чудачество. Таланту прощают любые чудачества, а простому смертному, даже если он академик, — не очень то. А то, что Вильсон оказался талантливым ученым, подарившим физикам один из могущественных инструментов познания, стало ясно только после того, как в апреле 1911 года в «Трудах Королевского общества» появилась маленькая заметка, размером всего в три страницы. Она имела ошарашивающий заголовок: «Метод, позволяющий сделать видимыми траектории ионизирующих частиц в газе», и содержала, кроме того, две ошеломляющие фотографии, на которых и в самом деле видны следы частиц. Частиц, которые до этого существовали только в воображении исследователей.
Собственно, само открытие произошло на месяц раньше, а родилось оно — в голове Вильсона — еще раньше, в конце 1910 года. Об этом можно судить довольно точно, так как Чарльз вел записные книжки, и вот в одной из них, относящейся к 1910 году, есть заметка, датированная 24 декабря. Она имеет заголовок, что свидетельствует о серьезности, с какой хозяин книжки относился к своим записям. Так вот, заголовок ничего особенного еще не сообщает далеким потомкам, нам, то бишь получившим возможность заглянуть в тайны творчества благодаря любезности жены Вильсона, которая недавно подарила пятьдесят две записные книжки мужа библиотеке Королевского общества. Пятьдесят две книжки за сорок пять лет — примерно по одной в год, хотя важна тут не голая арифметика, а прямо таки непостижимая тщательность, с какой Вильсон фиксирует все, что происходило в его научной жизни, — от робких идей до окончательных выводов. И вот среди прочих записей, относящихся к первой категории — к робким идеям, мы и находим ту, сделанную 24 декабря, замаскированную невинным заголовком «Современное состояние работ в области расширительных камер» и содержащую поистине революционную для физики мысль о возможности видеть атомные частицы.
Вот эта мысль: «Если предположить, что удастся преодолеть трудности фотографирования, то можно будет увидеть след альфа частиц, который должен включать в себя центральный стержень из капель, образовавшихся на положительно заряженных ионах, и окружающее этот стержень более рассеянное облачко из капель, образовавшихся на отрицательных ионах».
Почему же запись появилась именно тогда — не раньше и не позже? Что это, игра случая или какая то закономерность — переход количества в качество, когда сумма долгих раздумий, наблюдений, опытов выливается в конечном счете в новую идею? По видимому, второе утверждение более справедливо. Хотя на него легко возразить; что способность ионов быть центрами конденсации Вильсон обнаружил еще в 1896 году, — что же мешало ему сразу сделать столь нужное науке предположение? Многое мешало. Я оставляю в стороне даже его собственную медлительность, хотя это непременно следует учитывать; в конце концов, каждый из нас таков, каков он есть, и не стоит человека, имеющего рост 165 сантиметров, упрекать в том, что он недостаточно хорошо играет в баскетбол. Вспомним лучше состояние вопроса — давало оно повод к подобным смелым попыткам? Вначале, конечно же, нет. Ведь когда Резерфорд открыл альфа — и бета лучи, он не знал сначала, что они из себя представляют. Только в 1909 году он твердо доказал, что альфа частицы — ионизованный атом гелия. А когда стало ясно окончательно, что атом делим? Примерно в то же время, чуть раньше. Но как же мог Вильсон размышлять об атомных частицах, если их существование еще не было доказано? Естественно, что его первые раздумья на этот счет относятся к тому же времени; раньше проблема еще не созрела не только для решения, но даже для постановки. Не Вильсон не созрел — проблема.
Зато как только он узнал об открытии своего друга Эрнеста, доказавшего существование атомных частиц, не видя их непосредственно, вот с этого момента, мне кажется, Вильсон начинает задумываться над тем, как увидеть то, что никто еще не видел.
Это было, конечно, раньше, чем появилась та знаменитая запись; но он просто не мог записать то, что еще не оформилось окончательно в его сознании. И потом, он не знал главного: а удастся ли вообще сфотографировать след частицы, даже если она и вызывает конденсацию влаги?
Поэтому дальше пошло скучное дело — поиски новой конструкции камеры, где можно было бы видеть конденсацию, и освещать ее как то, и приладить фотоаппарат. И поскольку Вильсон все делал сам, своими руками, нетрудно представить, сколько на все нужно было времени.
Наконец не выдержал уже сам Чарльз. Больше он просто не мог ждать. И хотя конструкция камеры еще не была доведена до приемлемого состояния, он решил попробовать: а вообще получится ли хоть что нибудь? Потом он сам признался, что поначалу мало рассчитывал на успех.
И настало утро 18 марта, когда педантичный Вильсон в первый раз, кажется, махнул рукой на свою педантичность и решился поставить опыт на аппаратуре, не доведенной до кондиции. То ли весна на него подействовала, как тогда, в 1895-м, когда он бросил школу, то ли любопытство подстегивало, но он решился. Набрал в камеру влажный воздух, поставил рядом рентгеновскую трубку, приладил яркую лампу и — будь что будет! — начал опыт. В конце дня в дневнике появляется запись: «Облака прерывистые, состоящие из множества отдельных клубков». Значит — правда, значит — можно их видеть, эти невидимки. Он ликует в душе, а рука, годами приученная к осторожности, сама выводит сухую фразу: «Не являются ли эти клубки следами лучей?»
Интересно, а чем они еще могут являться? Я думаю, Вильсон сам уже прекрасно понял, что гряды микрооблаков у него в камере — следы быстрых электронов, рожденных рентгеновским излучением. Но признаться в своем неописуемом восторге по поводу этого события он в тот день не мог. И только спустя много лет, вспоминая 18 марта, произнесет столь необычные для него слова: «Я пришел в неописуемый восторг». А тогда, в 1911-м, он заставил себя быстро выйти из несвойственного ему состояния и заняться усовершенствованием опыта, сулившего небывалые перспективы.
20 марта 1911 года, 48 часов спустя. Новая запись, и вновь без каких либо следов восторга: «Лучи можно различать значительно яснее. Они стали исключительно отчетливыми… Смотрел сверху. Наблюдаются отдельные лучи, во многих случаях в виде чрезвычайно тонких линий, особенно четких там, где они расходятся от места расположения источника».
В тот же день, позже, он решил попробовать сфотографировать следы. Не потому, что думал, будто ему не поверят и потребуют доказательств, хотя и предполагал такую ситуацию; просто понимал, что фиксация следа частиц открывает новые возможности для их исследования.
Фотографии получились поначалу не очень качественными, но получились. Получились! След частицы обрел материальное воплощение, он выглядел уже не как химерические россыпи капелек, увиденные на короткое время напряженным и усталым глазом, а как документ, как паспорт частицы.
Дальше дни неслись как в тумане, словно сам Чарльз оказался запертым в душной камере. Он ставил опыт за опытом, пытаясь найти способ улучшить фотографию, сделать след более отчетливым. Наконец он понял, в чем дело: электроны, рождаемые рентгеновскими лучами, слишком малы и слишком: быстры; он вспомнил свои прежние опыты с ураном — вот что ему нужно сейчас: тяжелая, сильно заряженная альфа частица, способная пролететь в воздухе семь восемь сантиметров, разбивающая вдребезги на ионы и электроны полмиллиона атомов, попадающихся на ее пути; вот кто должен оставить четкий автограф в туманной камере. И Вильсон взял тонкую иглу, поместил на ее кончик крупицу радия и ввел в свою камеру. И тотчас же ионы обволоклись капельками влаги, через мгновение, через считанные доли секунды капельки стремительно набухли до видимых размеров, и в окошке камеры возник веер четких следов; и это тот миг, когда Вильсон смог наконец сказать словами Гёте: «Остановись, мгновенье, ты прекрасно». Оно и в самом деле было прекрасно: тысячи белых лучей протянулись от кончика иглы, словно от маяка в тумане. И так же как маяк в непогоду и ночью указывает кораблям правильный путь, так и следы атомных частиц указали ученому путь, по которому должна была пойти его дальнейшая работа.
После нескольких дней мучений со светом, фотоаппаратом, фотопластинками были получены четкие фотографии следов альфа частиц, которые можно было обнародовать. Вильсон, торопясь, набрасывает короткую заметку, прикладывает к ней две наиболее удачные фотографии, одну — полученную с помощью рентгеновских лучей, другую — с помощью радиоактивного излучения, и отсылает пакет в «Труды Королевского общества».
Он прекрасно понимает, какое впечатление произведет его сообщение, особенно фотографии, и поэтому не свертывает работу в ожидании поздравлений; наоборот, он знает, сколько вопросов посыплется от коллег. Он позволил им заглянуть в невидимый мир, о существовании которого они знали, но который никто не видел. Поэтому он торопится усовершенствовать систему, добиться лучшего качества снимков, составляет подробное объяснение открытого им явления. Он не мог при этом воспользоваться прекрасным примером, которым пользуются сегодня физики, объясняя принцип работы камеры Вильсона, — примером с реактивным самолетом, летящим так высоко, что его самого не видно, но виден белый туманный шлейф, оставленный им в стратосфере: капельки влаги, сконденсировавшиеся на продуктах сгорания топлива. Он описывает свою камеру в иных, менее образных выражениях; он делает снимок за снимком, пытаясь поймать альфа частицу в разные моменты ее короткой жизни, в разных ракурсах. Он отбирает девятнадцать самых лучших фотографий, составляет подробнейшую схему самой камеры, описывает во всех деталях методику получения частиц и их фотографирования и только тогда, отправив все это в печать, немного переводит дух. Теперь он сделал главное: он дал возможность каждому физику самому построить такую же камеру и получить такие же снимки, а также любые другие, какие понадобятся.
Он знает, что возможности его камеры этим не исчерпываются. Он фотографировал те частицы, которые были известны тогда и которые можно было легко получить. Но кто знает, может, частиц больше, и теперь их удастся обнаружить, поймать за хвост — это вульгарно звучит, но довольно точно отражает суть, ибо на пластинке видна не сама частица, а ее траектория, трек, как говорят физики. Конечно, сам Вильсон не мог предвидеть все грандиозные последствия своего открытия. Можно смело сказать, что вся физика элементарных частиц и космических лучей родилась в камере Вильсона.
Когда Резерфорд узнал об открытии своего друга, он, говорят, обрадовался, как ребенок. Он радовался и за Чарльза — наконец тот проявил свой медлительный талант; и за себя — наконец он видит свои альфа частицы и их отклонение; и за физику — наконец найден способ останавливать прекрасные и важные мгновения.
Спустя несколько лет, когда, казалось, уже спал ажиотаж, вызванный неожиданным открытием тихони Си Ти Ара, и к нему, к открытию этому, могли бы уж вроде попривыкнуть, Резерфорд по прежнему не переставал восхищаться: «Это было замечательное достижение, позволившее увидеть во всех деталях то, что происходит с частицами, когда они пролетают через газ. Каждый, кто обладает хоть каким то воображением, при виде стереофотографии треков быстрых альфа частиц, протонов или электронов, не может не восхищаться совершенством, с которым зарегистрированы все подробности их коротких жизней, полных драматических событий. Камера Вильсона стала бесценным помощником самых разнообразных исследований. Этот прибор является в некотором роде высшим кассационным судом, которому экспериментатор может полностью довериться. Ни один человек, наделенный самым ярким талантом научного предвидения, не смог бы предсказать всех способностей этого прибора, обладающего столь исключительным могуществом и неисчерпаемыми возможностями».
В этом высказывании все, даже стиль, необычный для ученого, говорит о великом восхищении человека, которого трудно было чем нибудь потрясти — слишком велики были его собственные озарения.
Не только Резерфорд — все ученые были изумлены открытием Вильсона, таким простым, таким доступным каждому, что просто диву можно даться, как это никому раньше в голову не пришло. Даже Рентген, сам Рентген, который к концу жизни, увы, весьма скептически относился ко всему новому в физике, и тот сразу же оценил по достоинству камеру Вильсона.
Но странное дело: поизумлявшись вдоволь, большинство ученых несколько поостыли к камере, словно пресытившись новой игрушкой. Наверное, они и восприняли ее вначале как забавную игрушку, не более; иначе почему же лет десять еще она не стала настольным инструментом каждого физика? Наверное, какая то объективная причина существовала; может быть, даже не одна.
Прежде всего — фактор новизны метода: не каждый способен повторить все у себя; как ни подробно описывал Вильсон все детали, очень многое зависело поначалу от самого исследователя, от его экспериментального мастерства. Потом такое парадоксальное обстоятельство, как отсутствие массового потребителя; в те годы камерой всерьез мог заинтересоваться лишь физик, занимающийся атомными частицами; но частиц было открыто вначале раз, два — и обчелся, и для них как раз треки уже были получены. А новые частицы не были открыты, пока физики не взяли в руки камеру Вильсона, — и получается заколдованный круг; чтобы его разорвать, нужно время.
Еще одно соображение, которое можно выдвинуть для объяснения ненормально малого спроса на камеру: их поначалу не выпускала промышленность. А промышленность не осваивала новый прибор потому, что на него не было большого спроса — и вот еще один порочный круг, который тоже надо разорвать и на что тоже нужно время.
Вообще история с внедрением камеры Вильсона — одна из самых нелепых в истории естествознания: физики, постоянный авангард науки, на этот раз поплелись в хвосте событий.
Может, поэтому, когда наконец положение нормализовалось, они, словно наверстывая упущенное, набросились на камеру прямо с каким то исступлением и, словно компенсируя прежнее невнимание, получили с ее помощью целый каскад новых открытий.
Но для этого понадобилось еще несколько исследований самого Вильсона, усовершенствовавшего камеру к 1923 году и получившего еще более четкие и убедительные фотографии треков частиц. Понадобилось решение Нобелевского комитета, присудившего в 1927 году премию по физике Чарльзу Томасу Рису Вильсону «за открытие метода, позволяющего посредством конденсации паров видеть траектории полета заряженных частиц».
Любопытно, что к этому времени относится и служебное повышение самого Си Ти Ара. Ведь до 1925 года он занимал должность всего лишь старшего демонстратора по физике. Это Вильсон — изобретатель камеры Вильсона! Ну не странно ли и не грустно: только в 1926 году сработала бюрократическая машина, и пятидесятисемилетнему ученому было присвоено звание профессора. Зато потом все посыпалось сразу: на другой год Нобелевская премия, тут же — избрание вице президентом Королевского общества. Как говорится: «Не было ни гроша, да вдруг алтын».
Может быть, такая задержка с официальным признанием вызвана благими намерениями — попыткой соблюсти максимальную объективность, а ничто так не способствует данной цели, как проверка временем, но все же было бы, право, лучше, если б разрыв не был огорчающе большим. Правда, мы можем утешиться в данном случае тем, что известны примеры, когда Нобелевская премия присуждалась спустя пятьдесят лет после открытия. Так что можно считать, что Вильсону еще повезло. Это что касается премии; а вот по поводу его должностных неурядиц, по видимому, кроме уже названного и несомненного бюрократизма, может существовать только одна объективная причина.
Дело в том, что Вильсон, несмотря на свою максимальную собранность и аккуратность, не умел читать лекции, а этот талант при назначении на должность профессора очень даже учитывается. Один из продолжателей дела Вильсона, английский физик П. Блэккет, с огромной симпатией относившийся к нему, вынужден был признать: «За его речью трудно было следить, его записи на доске было трудно понять». Но тут же Блэккет добавляет, что, когда он «заставил себя аккуратно конспектировать лекции Вильсона, впоследствии оказалось, что это были чуть ли не единственные записи моих студенческих лет, к которым я потом неоднократно обращался». То есть мнение о нем как о неважном лекторе было поверхностным...