Как один человек «присвоил» открытие целой эпохи

Учебники описывают красивую историю: в 1911 году Эрнест Резерфорд поставил опыт с золотой фольгой и — ​эврика! — ​открыл атомное ядро. Альфа-частицы отскакивали от чего-то, словно горошины от стенки, и озарение снизошло на великого физика. Один человек, один эксперимент, одно открытие, изменившее мир. И одна проблема: история эта, мягко говоря, не совсем верна.

Формула Резерфорда

Начнем с фактов. Да, в 1911 году Резерфорд опубликовал в Philosophical Magazine статью «Рассеяние альфа-и бета-частиц веществом и строение атома». Да, он предложил модель атома с компактным положительно заряженным центром. И да, это была революция.

Но вот загогулина: сам Резерфорд с рассеянием альфа­частиц не экспериментировал. Все ключевые опыты в 1909 году поставили его ученики Ганс Гейгер и Эрнест Марсден. Именно они зафиксировали «невозможные» отскоки альфа­частиц на большие углы, которые опровергали модель, предложенную в 1904 году Джозефом Джоном Томсоном. В ней электроны распределялись по положительно заряженному атому, как изюминки в пудинге.

Резерфорд сделал другое — ​математически показал, что отклонения естественно объясняются, если предположить: положительный заряд атома сосредоточен в крошечном центре. Вывел знаменитую формулу, которая показала зависимость рассеяния альфа-частиц от заряда ядра и энергии частиц. Это был акт блестящей интерпретации, но не открытие в лабораторном смысле слова.

Японская модель

Сама идея, что положительный заряд атома сосредоточен в центре, принадлежала не Резерфорду. В 1904 году японский физик Хантаро Нагаока в том же Philosophical Magazine описал сатурнианскую модель: массивный положительный центр, вокруг которого, как кольца вокруг Сатурна, вращаются электроны. Модель Нагаоки была быстро забыта. Но идея центрального положительного заряда уже витала в воздухе. Резерфорд не первым эту идею высказал, но первым сумел ее убедительно обосновать.

Вклад голландского физика

Резерфорд доказал существование компактного положительного центра в атоме. Но что это давало практически, например для углубления понимания природы химических элементов? В 1913 году Антониус ван ден Брук предположил, что заряд ядра равен атомному номеру элемента в периодической системе: у водорода +1, у гелия +2, у лития +3 и т. д. Звучит просто, но эта гипотеза превратила абстрактный положительный центр Резерфорда в измеримую физическую величину. Без работы ван ден Брука планетарная модель так и осталась бы красивой, но бесполезной теорией.

Англичанин, который все доказал

Молодой физик Генри Мозли в 1913–1914 годах провел серию элегантных экспериментов с характеристическими рентгеновскими спектрами и обнаружил: частота характеристического излучения элемента прямо связана с его атомным номером. Это было первым прямым доказательством того, что Периодическая система Менделеева упорядочена по заряду ядра, а не по атомной массе, как думали раньше. Работы Мозли превратили остроумную догадку в экспериментально подтвержденную реальность.

Что внутри ядра

Но и это не все. Даже после работ Резерфорда, ван ден Брука и Мозли атомное ядро оставалось черным ящиком. Что у него внутри? Первый ответ дал сам Резерфорд в 1919 году, когда обнаружил, что при бомбардировке азота альфа­частицами из него вылетают ядра водорода. Так был открыт протон. Закончил картину Джеймс Чедвик, в 1932 году открыв нейтрон. Стало понятно: атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, а не является неделимым положительным центром.

Эта история — ​прекрасная иллюстрация того, как работает наука. Революционные открытия почти никогда не совершаются в одиночку и в один момент. Они вырастают из длительной коллективной работы, накопления фактов, проверки гипотез, споров и уточнений. Открытие атомного ядра растянулось на четверть века и потребовало усилий минимум шести выдающихся физиков в четырех странах. Нагаока предложил идею. Гейгер и Марсден получили экспериментальные факты. Резерфорд дал теоретическое объяснение. Ван ден Брук связал теорию с практикой. Мозли все проверил. Чедвик завершил картину. Каждый внес свой вклад.

Почему миф оказался живучим

Откуда же взялась легенда о том, что атомное ядро открыл Резерфорд? Во-первых, Резерфорд действительно был ключевой фигурой. Его теоретическая работа 1911 года убедила научное сообщество в реальности планетарной модели атома. Во-вторых, история любит простые нарративы. «Один гений совершил революцию» звучит гораздо лучше, чем «группа ученых за 25 лет постепенно выяснила устройство атома». В-третьих, Резерфорд стал легендой еще при жизни. Нобелевская премия, титул лорда, кафедра в Кембридже — ​все это способствовало созданию культа личности.

Резерфорд велик не потому, что в одиночку совершил революцию. Он велик потому, что в нужный момент свел факты и дал им правильную интерпретацию. Это не менее важно, чем поставить решающий эксперимент или высказать догадку.

Подлинные открытия — ​это история коллективного разума, а не отдельных героев. Чем быстрее все это поймут, тем лучше будет для науки.