В те последние годы века с изучения электропроводности газов начали свой блестящий путь в науке одареннейшие из рисёрч-стьюдентов поколения Резерфорда, навсегда оставшиеся его близкими друзьями.
Для Поля Ланжевена тогда началась подготовка к его известной докторской диссертации «Исследования в области ионизации газов».
Джон Сили Эдвард Таунсенд весь погрузился тогда в разработку проблем газового разряда. Потом более полувека занимался он этой темой. С нею были связаны все его успехи и мировая известность.
Чарльз Томсон Рис Вильсон в ту именно пору приступил к лабораторному изучению туманов. Он обнаружил явление конденсации паров на электрически заряженных частицах. Его детищем стала знаменитая туманная камера Вильсона.
В пионерской работе 96-го года Томсон и Резерфорд называли носителей зарядов громоздким термином — conducting particles (проводящие частицы). Старое, уже бытовавшее в физике слово «ион» заменило этот термин позднее, когда появилась следующая — совершенно самостоятельная — работа Резерфорда. Целая главка называлась в ней «Скорость ионов».
Этим-то исследованием и занимался Эрнст, когда писал Мэри, что им владеют большие замыслы и каждый вечер он должен обдумывать программу действий на следующий- день. Ему не терпелось добыть новые результаты, пока Дж. Дж. после Ливерпуля путешествовал по Америке. Его подхлестывал оптимизм. Его подстегивало честолюбие. Ему очень хотелось, чтобы профессор был приятно удивлен… И в ноябре вернувшийся из-за океана Дж. Дж. в самом деле увидел в успехах Резерфорда существенное продвижение вперед. Резерфорду удалось установить прямую зависимость между степенью поглощения рентгеновых лучей и величиною тока, возникающего при этом в газе.
Работа была окончена на исходе декабря, и в начале нового, 1897 года Томсон препроводил ее в редакцию «Philosophical magazine» со своим кратким, но очень многозначительным послесловием. Он утверждал, что найденная м-ром Резерфордом закономерность заставляет видеть глубокое сходство между светом и лучами Рентгена. Эти лучи тоже поток электромагнитных волн или импульсов. Томсон говорил о них на классическом фарадеевском языке «силовых трубок» совершенно так же, как в наши дни физики говорят об электромагнитном излучении на планко-эйнштейновском языке квантов-фотонов. Заметим: шел 1897 год, до появления квантовой теории должно было пройти еще три года. Но из той работы Резерфорда Томсон сделал вывод, в котором звучит сегодня предвосхищение идеи Планка о неделимых «порциях энергии».
В этом легко убедиться. Он писал так:
Разложение одной молекулы, или образование одного положительного и одного отрицательного ионов, всегда сопровождается выходом из игры в точности одной силовой трубки из всего их множества, формирующего поток рентгеновых лучей.
Сегодня физик сказал бы: происходит ионизация молекулы за счет энергии рентгеновского кванта или фотона.
«Интенсивность лучей Рентгена пропорциональна числу силовых трубок Фарадея… — так может быть выражен результат, полученный м-ром Резерфордом», — написал в заключительной фразе Дж. Дж.
Словом, когда близятся революционные бури, их провозвестники появляются задолго до решающего дня, но удостаиваются внимания «после бала». Эта статья и это послесловие увидели свет в апреле 1897 года — в дни, ставшие для физики историческими по другой причине.
Всю ту зиму — свою вторую кембриджскую зиму — Резерфорд работал самостоятельно. Он и Томсон разрабатывали разные темы. Но предмет исследований у обоих оставался одним и тем же: носители зарядов в газах — ионы!
Слово это действительно было уже старым — старше не только Резерфорда, но и Дж. Дж. Оно было рождено еще в 30-х годах XIX века живой предметностью фарадеевского воображения: «странниками» (ионами) Фарадей окрестил переносчиков электричества в гальванических элементах. Был этот термин поначалу только художественным образом, как большинство научных терминов. Ионы странствовали в проводящих жидкостях и перетаскивали заряды к электродам. Мысль кавендишевцев, что для газов природа не позаботилась придумать что-нибудь новенькое, была не бедной, а глубоко содержательной: за нею стояла все та же убежденность в единстве природы, какую исповедовал Фарадей.
Резерфорд с его стремлением наглядно представлять себе происходящее мысленно общался с этими невидимыми ионами-странниками, как с крошечными, но вполне реальными существами. Он молча беседовал с ними, обсуждая варианты их поведения, как маорийцы беседовали с ветрами и рыбами в океане. А. С. Ив вспоминал, как Резерфорд однажды сказал ему: «Ионы — это веселые малыши, вы можете наблюдать их едва ли не воочию».
Той зимой он изучал способность ионов воссоединяться в нейтральные молекулы или рекомбинироваться, как повелось с тех пор говорить в физике. А Томсон занимался не столько поведением ионов, сколько ими самими: их малостью — массой, их веселостью — зарядом. Короче: он исследовал величину отношения заряда ионов к их массе. И эти-то поиски привели его в апреле 1897 года к историческому открытию. То был его звездный час.
Если бы в событиях, происходивших тогда на первом этаже Кавендиша, молодой Резерфорд принимал прямое участие, здесь следовало бы все описать подробно. Но хотя он и сыграл существенную роль в открытии электрона, была она все же только косвенной. А потому нам достаточно лишь в двух словах обрисовать идею экспериментов Дж. Дж. Томсона.
…Заряженные частицы, летящие в пустоте, можно отклонять от прямолинейного пути двумя способами: действием электрического поля и действием поля магнитного. Чем больше заряд и меньше масса частицы, тем заметнее отклонение в обоих случаях. Другими словами, оно всякий раз зависит от отношения массы частицы к ее заряду. Из серий экспериментов с разными ионами, несущими одинаковые заряды, можно узнать, насколько одни обломки молекул массивнее других.
Обломки молекул… Следовало ожидать, что они будут соизмеримы с атомами. Самый легкий из них — атом водорода. Таков же и самый легкий из положительных ионов. Но в опытах с частицами, заряженными отрицательно, обнаружилось нечто неожиданное. Настолько неожиданное, что смущенный Томсон стал на разные лады проверять отношение массы этих частиц к их заряду. Когда-то в молодости изучавший катодные лучи, он теперь снова к ним обратился. Рассматривая их как поток отрицательно заряженных телец, он захотел узнать, а каково там отношение массы к заряду. Он вспомнил и об отрицательно заряженных тельцах, испускаемых горячими металлами. Словом, он повел исследование разными методами в разных направлениях и был сполна вознагражден необычайностью открывшегося.
