Не могло ли отражение альфа–частицы назад быть результатом постепенного - многократного - отклонения ее на малые углы внутри мишени? Частица пронизывает множество атомов, углубляясь в мишень. Каждый чуть сбивает ее в сторону - скажем, на 2°. Один - на два градуса, другой - на два, третий, десятый, сороковой… В сумме - за 90 отклонений - может накопиться нужный эффект: все 180 градусов. Вот частица и вылетает из мишени обратно. Это ли не искомый ответ?
Однако протестовала теория вероятностей. Отклонение предполагало длиннейшую череду поворотов частицы все в одну и ту же сторону- как по заказу! Но для этого не было никаких оснований. Игроку в орел и решку может, конечно, пригрезиться, что он выиграет девяносто раз подряд. Почему бы нет? Да только вероятность такой баснословной серии выигрышей непредставимо мала: 1/2 в девяностой степени. Такую малость не с чем сравнить. Нет, по законам случая - статистически - вообще не могло получиться сколько–нибудь заметного отклонения: для любой частицы равновероятные отклонения в разные стороны просто взаимно погашались бы… Резерфорд увидел: механизм многократного рассеяния ничего не объясняет. Так что же происходило в мишени?
Выбора не было: если не многократное рассеяние, то однократное. Отражение назад представилось как итог столкновения альфа–частицы с единичным атомом. Он - сквозной! - отбрасывал ее обратно.
Легонькие электроны противостоять тяжелой частице не могли. Оставалось предположить, что есть внутри атома массивная сердцевина, способная на единоборство с альфа–снарядом. Она мала по объему, раз атом почти пуст. Но в ней–то и сосредоточена его главная масса. И весь его положительный заряд, уравновешивающий отрицательный заряд блуждающих в атоме электронов.
В сквозной планетной системе проглянуло могучее Солнце. "Ужасающие силы" могли исходить именно и только от него. Для положительно заряженной альфа–частицы то были силы электрического отталкивания.
…Родилась идея атомного ядра!
Эта идея прекрасно работала. Малость атомной сердцевины хорошо объясняла редкость прямого отражения: для поворота назад частице требовалось подлететь совсем близко к ядру - быть очень прицельной. Только тогда могла она испытать всю мощь отталкивания. Но в крошечное ядро попасть было трудно. Оттого–то это удавалось лишь одной частице примерно на 8000. И другие подмеченные в опытах Гейгера-Марсдена закономерности объяснялись легко и непринужденно.
Теперь в руках Резерфорда было достаточно строительного материала для конструирования правдоподобной модели атома. В центре - ядро, как Солнце. На периферии - электроны, как планеты. Электроны притягиваются ядром, как всегда взаимно притягиваются разноименные заряды. Но электроны на ядро не падают. потому что пребывают, как планеты, в непрерывном вращении вокруг него. И притом - с достаточной скоростью, чтобы центробежная сила по законам классической механики уравновешивала центростремительную. Словом, точная микромодель огромной Солнечной системы.
И в один прекрасный день на рубеже 1910 - 1911 годов Резерфорд по праву громогласно объявил в лаборатории:
- Теперь я знаю, как выглядит атом!
7
Все–таки на что же ушли два года? Разве не довольно было долгого зимнего вечера, чтобы обмозговать все рассказанное (и еще многое здесь опущенное)? Весьма возможно, что Резерфорд и впрямь додумался до решения за один вечер. Легко допустить, что зрелище планетарного атома выступило перед его мысленным взором сразу. И даже с полной отчетливостью. Но в полной отчетливости и была беда: он тотчас должен был увидеть, что такой атом по классическим законам не мог существовать!
И все пришлось обдумывать сначала. Однако с тем же результатом. И завтра, и через месяц - с тем же удручающим результатом… Корень зла в том и заключался, что делало планетарную модель точным подобием Солнечной системы: планетоподобное вращение электронов вокруг ядра.
При вращении - даже равномерном - скорость вращения меняется непрерывно: оставаясь неизменной по величине, она все время становится другой по направлению. И потому вступает в действие один из законов классической теории электричества: когда заряды движутся с переменной скоростью, они излучают электромагнитную энергию. Как и что при этом происходит, точно описывается математически. Но представить происходящее в зримых образах трудно (если вообще возможно).
Тут не обойтись без отступления в сторону, на которое, по правде говоря, надо было решиться еще раньше…
…Зримые образы замыкают воображение в кругу предметно–вещественных явлений. Вещественных! Однако есть еще круг явлений иных - связанных с силовыми полями в пространстве.
Массы порождают поле сил тяготения.
Заряды - поле электромагнитных сил.
Пустота имеет свое устройство - она вовсе не пуста. И с термина "поле" начинается ее описание.
Этот термин - поэтическая метафора. Она намекает на нечто однообразное бескрайнее, окружающее все тела и как бы засеянное силами взаимодействия между ними. Потому и "поле".
Мне вспоминаются студенческие споры - попытки осязаемо и зримо материализовать математические символы.
Доносится через десятилетия голос сокурсника:
- У Тютчева есть строки - прямо о еловых полях: "Как океан объемлет шар земной, земная жизнь кругом объята снами…" Поля - это сны вещества. Сны наяву - и не бесплотные: "Небесный свод, горящий славой звездной, таинственно глядит из глубины. И мы плывем, пылающею бездной со всех сторон окружены…"
И, продолжая фантазировать, он убежденно говорил, что "пылающая бездна" - это дьявольски точно. До того точно, что даже не образ, а "чистая физика", ибо поля - вместилища энергии. Им всюду можно теоретически приписать вполне определенную температуру. И тэ–дэ и тэ–пэ…
А другой голос уверял, что Фарадею и Максвеллу в их классическом XIX веке надо было заменить термин "поле" термином "море". Больше сходства и гораздо выразительней. Тем более что у электромагнитного поля и у других полей, наверное, тоже волновая природа. Хорошо бы звучало: "море электромагнитных сил"! И есть в этом море свои штили, свои штормы. Да и для физических тел тогда появились бы естественные подобия: большие тела - как киты в океане, поменьше - всевозможные рыбы, а микрочастицы - как планктон. И уж совсем для полной натуральности картины все это движется: и волны, и тела. Наконец, поле - плоское, а море - объемное. И прочее, и прочее…
А третий голос - он принадлежал одной нашей милой сокурснице - спорил с первым и со вторым, утверждая, что такие сравнения чрезмерно предметны и слишком грубо отделяют вещество от полей. Меж тем само вещество пронизано силовыми полями: это они соединяют воедино все, из чего тела состоят. Звезды, атомы, ядра в атомах… На последнем этапе дробимости вещества его крупицы перестают быть отличимы от самих полей: возможно, элементарные частицы - это просто сгусточки полевой материи. "Горбатое поле", как говорил Эйнштейн. И потому не поля - сон вещества, а скорее напротив: вещество - сон полей. Тяжелый сон (и в шутку, и буквально). И так далее - долго еще все в этом роде… Что только не скажется в необязательном разговоре азартных студентов!
Верно было, что предметно зримые параллели тем меньше помогали воображению, чем предметней и зримей они были. Но в этом не заключалось ничего неожиданного. Ведь представление о силовых полях возникло не из повседневного опыта нашей жизни. Оно появилось с углублением физики в подспудную - скрытую от глаза - суть физических событий.
Часто можно услышать, что лишь в нашем веке - с рождением теории относительности и квантовой теории - физика утратила свою былую наглядность.
Былую? Но разве в Ньютоновы времена воображению легче было осваиваться с физической картиной мира? Взаимодействие удаленных друг от друга тел объяснялось тогда, как "действие на расстоянии" - через пустоту - без посредников. Разве это было представимо? Еще в древние времена и в средние века шли долгие споры об идее пустоты. Ее издавна заместила параллельно возникшая идея мирового эфира. Однако всепроникающий и для всего на свете проницаемый, непрерывный и бесплотный, абсолютно покоящийся и экспериментально непостижимый, был этот эфир еще менее наглядно представим, чем бесхитростная пустота.
А силовые поля объявлены были разными состояниями этой гипотетической мировой среды: эфирными вихрями, натяжениями, вибрациями. Так в XVII веке Декарт объяснял тяготение, а в XIX Максвелл - электромагнитные взаимодействия. Но разве наглядность таких объяснений не была иллюзией, поскольку совершенно непредставимым пребывал сам эфир?
Давным–давно человечество переросло натурфилософ скую веру в хрустальные небесные сферы, к которым прикреплены неподвижные звезды (надо же было объяснить, на чем они держатся!). А когда растаяло мифическое видение сфер, звезды не только остались на небе, но получили, наконец, все права самостоятельной физической реальности. Нечто похожее произошло с эфиром и силовыми полями.
В начале нашего века эфир исчез из физической кар тины природы: теория относительности показала, что ничего абсолютно покоящегося в мире нет. Этот термин сохранился лишь в языке радиопередач ("сегодня в эфире"), да еще в редких (и всегда несостоятельных) попытках сызнова привлечь его к делу. Но силовые поля, как звезды, не пострадали. Напротив, тогда–то они и обрели подлинную физическую реальность. В них сосредоточилась энергия всех физических взаимодействий. Они получили статус самостоятельной формы существования материи мира. И если не нашему воображению, то хотя бы "чувству природы" стало легче: бесплотный эфир, как и пустота, был тяжелым и лишним грузом.
А наглядности не убыло, раз уж и прежде она была только мнимой…