На пути к физике

Шотландец Джордж Резерфорд, дед великого ученого, был колесным мастером. В Англии времен телег и кэбов это ремесло, конечно, было очень важным и широко распространенным. Колесные мастера считались высококвалифицированными специалистами. Их профессия часто передавалась из поколения в поколение. И если кто-нибудь отступал от ремесла, завещанного отцом и дедом, то это считалось большим событием, чем-то вроде отречения от веры.

В 1842 г. Джордж решил перебраться из Шотландии на острова Новой Зеландии, заброшенные в бескрайнем Тихом океане. В то время такое намерение свидетельствовало о необычайной смелости и предприимчивости Резерфорда. Джордж обладал деятельной натурой и, хотя не имел образования, был человеком знающим и, главное, с ярким воображением. Если бы не эти черты, то даже нужда, царившая в его доме, вряд ли могла согнать Джорджа с насиженного места, заставить отправиться по свету в поисках счастья... Может быть, глубоко в душе он понимал, что счастье эмигранта иллюзорно и очень далеко от того, что рекламировала Новозеландская компания в Лондоне. Компания вербовала переселенцев на далекие полудикие острова, расположенные за тысячи миль от Британии. Там жили маори.

Семья Резерфордов, состоящая из трех человек, погрузилась на борт маленького парусного судна "Фиби Данбар" и, провожаемая расчувствовавшимися соседями, двинулась в путь.

Плавание от Англии до Новой Зеландии продолжалось шесть с половиной месяцев. В начале плавания старый парусник, проходя Бискайский залив, попал в сильный шторм и только чудом выдержал его.

Наконец наступил долгожданный день, когда парусник с изрядно продранными парусами, все помещения которого были забиты шотландскими эмигрантами, измученными и обессиленными долгой и трудной морской дорогой, вошел в живописную бухту Южного острова архипелага Новой Зеландии. Сплошь по берегу тянулись заросли ярко-зеленого папоротника. Пассажирам они казались фантастическими джунглями, которые нельзя покорить.

В Шотландии сын Резерфорда, Джеймс, унаследовал бы профессию отца, но на островах не нужны были колесные мастера и поэтому он стал механиком и фермером-льноводом.

Джеймс женился на шотландской эмигрантке Марте Томсон - одной из первых учительниц, переселившихся с Британских островов в Новую Зеландию. После свадьбы они своими руками построили для себя домик среди гигантских папоротников в живописной местности Брайтуотер ("Широкие воды"). Здесь 30 августа 1871 г. у них родился сын, которого назвали Эрнестом. Он был четвертым ребенком; после него у Джеймса было еще восемь детей.

В Брайтуотере отец будущего ученого на небольшом участке возделывал лен. Эрнест с раннего детства наблюдал за полевыми работами, обработкой льна и, возможно, в будущем его привлекла бы профессия фермера. Но, как и Фарадей, "изменивший" наследственному ремеслу кузнеца, Резерфорд свернул с пути своего деда и отца. Он не стал ни колесным мастером, ни фермером.

Когда наступило время, мальчика отдали в начальную школу, которую он окончил с рекордным числом баллов - 580 из 600 возможных - и получил премию в 50 фунтов для продолжения образования. В том же году юношу приняли в пятый класс средней школы - колледжа в Нельсоне. Вскоре учителя обратили внимание на его исключительную способность к математике. В школьном дневнике появилась запись: "Очень быстро соображающий и многообещающий математик, легко завоевавший первенство".

Хорошо давались Эрнесту и гуманитарные науки. Почти во всех классах он получал награды и премии по математике, химии, физике, английской литературе, латинскому и французскому языкам.

Помимо занятий юный Резерфорд очень интересовался устройством различных машин и механизмов, любил разбирать часы, но не всегда ему удавалось их собрать и привести в действие. С большим увлечением он строил модели водяных мельниц. Это увлечение, возможно, объяснялось тем, что Джеймс брал с собой сына на строительство водяных мельниц. В те годы их строили в большом количестве в Новой Зеландии, где было много рек, озер и водопадов.

По окончании колледжа Резерфорд поступил в Кентерберийский университет (колледж), незадолго до этого основанный в городе Крайстчерче. В этом высшем учебном заведении, где в те годы занималось всего 150 студентов, которых обучали семь профессоров, Эрнест уже более серьезно заинтересовался точными и естественными науками.

К счастью, здесь нашлись учителя, обладавшие даром вкладывать в души юношей любовь к науке и прививать им интерес к научным исследованиям. Обычно об этих скромных учителях биографам удается узнать не очень много. Преподаватели Кентерберийского колледжа отличались друг от друга своей подготовкой, взглядами и педагогическими методами. Например, профессор физики и химии Бикертон пользовался репутацией "инакомыслящего", высказываемые им идеи были очень оригинальны и часто шли вразрез с научными теориями того времени. Наоборот, профессор Кук придерживался консервативных взглядов в математике. Несмотря на это, он блестяще преподавал свой предмет и воспитывал у студентов любовь к нему.

Куку Резерфорд и обязан основательными математическими знаниями. Они помогали трезво оценивать идеи Бикертона в области физики и химии, подчас фантастические. В то же время смелые научные взгляды Бикертона позволяли молодому человеку критически относиться к известному консерватизму, проявляющемуся в лекциях Кука.

В Кентерберийском колледже Резерфорд участвовал в различных научных и общественно-политических дискуссиях, возникающих в среде студентов. Будучи разносторонне развитым, он мог по нескольку часов подряд обсуждать вопросы физики, техники, литературы и искусства, древнегреческой мифологии или алхимии. Среди студентов нашлось много любителей поспорить и поэтому в 1891 г, было решено организовать научное студенческое общество. Его задачей было устраивать дискуссии главным образом по различным вопросам в области точных и гуманитарных наук. Каждому студенту предоставлялось право выступить на собрании общества с сообщением на любую тему.

Резерфорд - студент Кентерберийского колледжа (в возрасте 21 года)

Резерфорд учился тогда на втором курсе. На первом же заседании общества он выступил с докладом, название которого "Эволюция элементов" в то время казалось более чем странным. Резерфорд высказал мысль о том, что все атомы представляют собой сложные образования, состоящие из одних и тех же элементарных частиц. В те годы подобное предположение могло показаться только чистейшей фантазией.

У него не было никаких оснований сделать такое предположение. Гипотеза английского ученого Проута о том, что атомы всех элементов образованы из атомов водорода, считалась окончательно опровергнутой. А ведь только она, казалось, могла возбудить идеи о взаимном родстве всех атомов. Студенты редко слышали о гипотезе Проута. Радиоактивность была открыта лишь спустя пять лет, в 1896 г. В те времена атомистическая теория Джона Дальтона приобрела огромную, непоколебимую силу. Никогда ученые не говорили более уверенно о неделимости атома, чем в конце прошлого века.

Высказывание Резерфорда о том, что все атомы построены из одних и тех же частиц, показалось участникам заседания лишенным всякого смысла. Некоторые студенты выразили свою уверенность в абсурдности такого утверждения.

Но если доклад Резерфорда был как бы фантастическим полетом в далекое и тогда никому не ведомое будущее, то вполне

реальными были результаты некоторых исследований, выполненных им в колледже, и в первую очередь в области электромагнитных волн.

Резерфорда очень заинтересовало открытие электромагнитных волн немецким физиком Генрихом Герцем, экспериментально подтвердившим таким образом правильность теории Максвелла. Резерфорд решил поставить опыты для выяснения свойств электромагнитных волн, которые тогда многие называли волнами Герца. Все свое свободное время он посвятил этим опытам, причем проводил он их в студенческой физической лаборатории - в маленьком холодном сарае с цементным полом. Это помещение называли "пещерой" или "берлогой".

Резерфорд провел серию опытов и показал, что электромагнитные волны при возбуждении их переменным током высокой частоты вызывают быстрое размагничивание стальной проволоки. Затем он начал разрабатывать методы обнаружения электромагнитных волн с помощью пучка намагниченных до насыщения иголочек. При возбуждении электромагнитных волн токами высокой частоты иголки размагничивались.

В этих опытах двадцатитрехлетний Резерфорд проявил довольно большое экспериментальное искусство; в те времена это было редкостью даже среди студентов, интересующихся физикой (тогда физика изучалась главным образом на лекциях, практических занятий почти не было).

Резерфорд собственноручно изготовил приборы, с помощью которых ему удалось измерить явления размагничивания, протекающие менее чем в одну стотысячную долю секунды.

Резерфорд построил приемник электромагнитных волн, который впоследствии взял с собой в Кембридж. По пути в Англию он демонстрировал его известному физику В. Брэггу, работавшему тогда в Австралии. Брэгг высоко оценил этот прибор.

Эти работы начинающего исследователя имели непосредственное значение для развития радиотелеграфии Александром Поповым, Гульельмо Маркони и другими учеными. В Англии Резерфорд познакомил Маркони, посетившего Кембридж, с устройством своего приемника, и итальянский инженер занялся его усовершенствованием.

Радиотелеграфия была очень далека от той области, которой Резерфорд посвятил свою научную деятельность. Однако и здесь его успехи были настолько значительны, что впоследствии дали основание знаменитому английскому физику Джозефу Томсону сказать следующее: "Профессор Резерфорд никогда не получал похвалы, которую он мог бы получить за свои работы по радиотелеграфии, выполненные в 1895 г. в Кембридже. Его успехи были так велики, что я с тех пор чувствовал себя виновным в том, что убедил его посвятить себя новой области физики, возникшей после открытия рентгеновских лучей...".

Первая экспериментальная работа Резерфорда, выполненная в "пещере", была опубликована и произвела большое впечатление на преподавателей и студентов колледжа. Он даже стал "знаменитостью" среди жителей Крайстчерча.

Резерфорд с отличием окончил Кентерберийский колледж, и впервые перед ним возникла серьезная жизненная проблема: что делать дальше?

Ему представилась возможность поступить преподавателем физики в хайскул (среднюю школу) в Крайстчерче, и Резерфорд, хотя и не испытывал влечения к педагогической работе, стал учителем.

Рассказывая ученикам о новых открытиях по магнетизму и электричеству, Резерфорд забывал о недостаточной подготовке своих слушателей, и объяснения часто оказывались непонятными. Это было результатом слишком сильного увлечения физикой и порождало в классе шум и беспорядок, которых не замечал учитель. Иногда Резерфорд выставлял самого шумного ученика из класса, требуя принести журнал, чтобы поставить провинившемуся единицу за поведение. Но ученики быстро научились злоупотреблять добротой и забывчивостью учителя. Как только учитель вновь увлечется собственным рассказом, "можно будет незаметно проскользнуть обратно в класс без журнала и избежать наказания.

В дальнейшем судьба сложилась благоприятно для молодого Резерфорда. Вспомним, что блестящие способности принесли ему по окончании начальной школы премию, достаточную для оплаты обучения в средней школе. Точно так же после завершения курса средней школы он получил премию, позволившую ему учиться в университете.

По окончании Кентерберийского колледжа Резерфорду была присуждена крупная "Стипендия 1851 г.", созданная из части доходов Всемирной выставки в Лондоне, состоявшейся в 1851 г. Эта стипендия присуждалась наиболее талантливым выпускникам провинциальных высших учебных заведений. Она давала возможность проходить в течение двух или трех лет стажировку в лучших университетах Англии.

Резерфорд узнал о присуждении ему премии спустя несколько месяцев после того, как он стал школьным учителем. Эту радостную весть мать сообщила ему, когда он копал картошку на огороде. Резерфорд, рассмеявшись, бросил лопату и воскликнул: "Это последняя картошка, которую я выкапываю!".

Резерфорд избрал для стажировки Кембриджский университет.

Теперь ему предстояло проделать такое же далекое путешествие, какое более полувека назад совершил его дед. Но Джордж Резерфорд плыл от Британских островов к берегам Новой Зеландии на маленьком паруснике, а его внук Эрнест совершит поездку на большом океанском пароходе.

Резерфорда провожали в путь родители, многие друзья и соседи с улицы. Конечно, более всех его отъездом была опечалена скромная студентка Кентерберийского колледжа Мери Ньютон, невеста Резерфорда.