E=mc2. Биография самого знаменитого уравнения в мире - Дэвид Боданис

Он вырос в трущобах Манчестера, а профессиональная его карьера едва не оборвалась в самом начале. Защитив у Резерфорда диссертацию, Чедвик перебрался в Берлин, чтобы заняться исследованиями в лаборатории вернувшегося туда Ханса Гейгера. Когда же началась Первая мировая война, Чедвик смиренно последовал совету местного представительства компании Томаса Кука, уверявшего, что с отъездом из Германии можно не спешить. В итоге, он провел четыре года как военнопленный — запертым в переоборудованных под лагерь конюшнях холодного и продуваемого всеми ветрами потсдамского ипподрома. Чедвик пытался проводить исследования и здесь, он даже сумел раздобыть радиоактивные препараты. В распоряжении компании «Берлин Ауэр» оказались запасы тория, который она предлагала немецкой публике в составе зубной пасты, заставлявшей зубы сиять белизной. Чедвик просто заказывал через охранников этот чудотворный отбеливатель и использовал его в своих опытах. Однако оборудование у него было до того скудное, что никаких серьезных результатов ему получить не удалось. Он отставал от хода науки и, вернувшись в Англию в ноябре 1918-го — по окончании войны, — с трудом наверстал упущенное. И больше уже никогда ничьим советам не следовал.

Теоретически, открытие, совершенное Чедвиком в 1932 году, должно было немедленно привести к другим, новым открытиям. Множество радиоактивных веществ испускало нейтроны, которыми можно было обстреливать, как из пулемета, ожидавшие их атомы. Поскольку нейтроны не имели электрического заряда, отрицательно заряженные электроны, образующие оболочку атомов, никак на них не воздействовали. Да и достигая ядра, они не встречали препятствий со стороны зарядов положительных. Ничто не мешало им проникать внутрь ядра. И стало быть, существовала возможность использовать нейтроны, как зонды, позволяющие понять, что там, внутри, происходит.

Однако, к большому разочарованию Чедвика, выяснить это ему так и не удалось. Чем старательнее обстреливал он ядро нейтронами, тем с меньшим успехом ему удавалось проникнуть внутрь их. Только в 1934-м другой исследователь сумел обойти эту проблему, добиться того, чтобы нейтроны с легкостью проникали в ядро, и поосновательнее разобраться в его структуре. Причем исследователь этот работал далеко не в лучшей научной лаборатории мира, а в таком месте, где подобного результата и ожидать-то не приходилось.

Рим, в котором жил Энрико Ферми, хранил воспоминания о своем величии, однако за десятилетия, предшествовавшие 1930-м, он все сильнее и сильнее отставал от остальной Европы. Лаборатория, которую правительство Италии выделило считавшемуся одним из ведущих европейских физиков Ферми, находилась на окраинной улочке, посреди большого парка. Потолки ее были плиточными, полки — мраморными, а за зданием лаборатории росли вокруг пруда с золотыми рыбками миндальные деревья. Для человека, желавшего удалиться от основного русла европейской мысли, место это было попросту идеальным.

В таком-то тихом уединении Ферми и обнаружил, что другие группы исследователей, стремившиеся обстреливать крошечное ядро обладавшими все большей и большей энергией нейтронами, дабы те смогли проникнуть в него, шли неверным путем. Забрасывая быстрыми нейтронами огромное пустое пространство атома, можно добиться лишь того, что они будут попросту проскакивать сквозь него. Хороший шанс попасть внутрь ядра имеют только нейтроны, подлетающие к нему так медленно, что они почти уж и не движутся. Медленные нейтроны ведут себя, как клейкие пули. А причина, по которой они словно бы липнут к ядру, состоит в том, что при относительно медленном движении нейтроны «размазываются» в пространстве. И даже если основное их тело пролетает мимо ядра, периферийные участки все еще сохраняют способность это ядро зацепить.

В те послеполуденные часы, в которые Ферми понял, что ему нужны медленные нейтроны, его ассистенты притащили в лабораторию ведра, наполненные водой из пруда с золотыми рыбками. И пропустили сквозь эту воду быстрые нейтроны, которые испускал обычно использовавшийся ими источник радиоактивности. Молекулы воды так велики, что оказавшиеся в ней нейтроны ударяются о них, отражаясь назад и вперед и теряя скорость. И когда нейтроны, наконец, покидают воду, они уже движутся настолько медленно, что оказываются способными проникать в ожидающие их ядра.

Придуманный Ферми фокус дал исследователям подобие зонда, способного проникать внутрь ядра. Однако получить полную ясность не позволил и он. Что, собственно, происходило, когда замедленный нейтрон попадал внутрь ядра? Получить всю ту энергию, о которой говорило уравнение Эйнштейна, при этом так и не удавалось. Удавалось всего лишь слегка изменять форму ядра, заставляя его испускать малую толику энергии. Это позволяло получать меченные атомы, которые человек глотал и которые давали затем возможность посмотреть, что происходит у него внутри. Одним из первых, кто использовал такие атомы, был Дьердь де Хевеши, доказавший с их помощью, что «свежее» мясо, подававшееся ему хозяйкой манчестерского пансионата, в котором он жил, было не таким уж и свежим, — приготовленное однажды, оно затем выкладывалось каждый день на действительно свежую тарелку, пока постояльцы не съедали весь его запас. И все же, небольшая энергия, излучаемая веществом, которое можно было глотать без всякого вреда для здоровья, была вовсе не тем, что обещало колоссальное с2.

Должно было существовать какое-то иное объяснение происходящего, новый уровень детализации, подобраться к которому физикам пока не удавалось. Атомы были не сплошными массивными шариками, но, скорее, почти пустыми сферами, подобными океанскому бассейну, из которого выкачана вся вода, за исключением поверхностной его оболочки, и обладающими крошечной сплошной сердцевиной. Это показал Резерфорд. Впрочем и сердцевина их сплошной не была. Она содержала протоны, в которых потрескивали положительные электрические заряды, и плотно упакованные вместе с ними камушки — нейтроны. Это стало ясным в 1932 году. Нейтроны могли легко покидать ядра и так же легко проникать в них, — чтобы добиться последнего следовало лишь проделать довольно неожиданный фокус: замедлить посылаемые в ядро нейтроны. Это было показано Ферми в 1934-м. После чего все на несколько лет застопорилось.

Понимание того, что происходит внутри ядра, — а с ним и открытие более глубоких механизмов поведения вещества, которое позволило, наконец, подобраться к энергии, обещанной формулой E=mc2, — было достигнуто только в 1938 году. И достигнуто оно было одинокой шестидесятилетней австрийкой, застрявшей на окраине Европы — в Стокгольме, даром, что по-шведски она и говорить-то не умела.

«Я оказалась здесь… — писала она, — в положении, которое не дает мне никаких прав. Постарайтесь представить, как бы вы чувствовали себя, если бы… вам выделили в институте комнату, которой вы не можете распоряжаться, лишив вас какой бы то ни было помощи и каких бы то ни было прав…».

Перемена была удручающая, поскольку всего за несколько месяцев до нее Лизе Майтнер считалась одним из ведущих ученых Германии, — «нашей мадам Кюри», как назвал ее Эйнштейн. В Берлине она появилась в 1907-м, — приехавшей из Австрии невообразимо застенчивой студенткой. Однако она боролась со своей замкнутостью и вскоре подружилась с учившимся в том же, что она, университете на редкость красивым студентом по имени Отто Ган. Человеком он был легким, уверенным в себе, говорил с франкфуртским акцентом, который сам же и вышучивал, и, казалось, считал своей обязанностью сделать все, чтобы эта тихая, только что появившаяся в Берлине студентка чувствовала себя здесь как дома.