Великие учёные-физики

В 1920 году Резерфорд высказал предположение, что в ядре атома существует не имеющая заряда частица, масса которой равна массе протона. Эту частицу он предложил назвать нейтроном и даже предсказал ее свойства, хотя его усилия получить нейтрон экспериментальным путем успеха не имели. В 1930 году немецкие физики Беккер и Боте наблюдали интересное явление: при бомбардировке альфа-частицами легких элементов, бора и бериллия возникало очень сильное излучение, проникающее свободно через свинцовую пластинку толщиной в 10 см. Они предположили; что здесь имеет место рождение гамма-лучей с большой проникающей способностью.

Ирен и Фредерик Жолио-Кюри решили подробно исследовать таинственное излучение, изучить его ионизационную способность. Вскоре они убедились, что оно не имеет электромагнитной природы. Но тогда что же это за излучение, которое очень незначительно ионизирует атомы веществ, встречающихся на его пути, но неожиданно сильно поглощается веществами, содержащими самый легкий элемент — водород, и выбивает из этих веществ ядра водорода — протоны?

Ученик Резерфорда Чедвик в лаборатории Кавендиша повторял опыты Жолио-Кюри, усовершенствовав их методику, он обнаружил, что это странное излучение может выбивать не только протоны, но и ядра других легких элементов. Чедвик сделал окончательный вывод, что излучение состоит из частиц с массой, равной единице, и зарядом, равным нулю. Так гипотетический нейтрон Резерфорда, родившийся в его воображении, благодаря опытам Жолио-Кюри и Чедвика получил права гражданства. За открытие нейтрона Чедвику присудили Нобелевскую премию. Это открытие позволило советскому физику Д. Д. Иваненко создать модель, протонно-нейтронного строения ядра, лежащую в основе современной ядерной физики. История этого открытия — яркий пример интернационального сотрудничества ученых разных стран: немцев, французов, англичан, русских.

После открытия нейтрона началось интенсивное исследование атомных ядер. Появилось большое количество работ. Во главе исследователей шли Ирен и Фредерик Жолио-Кюри. Они продолжали изучать ядерные реакции, сопровождающиеся появлением нейтронов, и печатали свои научные сообщения. Только в 1932 году ими опубликовано 11 статей.

Но поток исследований одновременно порождал и поток нерешенных проблем. Еще в 20-х годах англичанин Дирак предсказал существование близнеца электрона — позитрона, имеющего ту же массу, что и электрон, но противоположный знак заряда. Сначала эту частицу обнаружили в космических лучах, а супруги Жолио-Кюри, применив метод советского физика Д, В. Скобельцына, впервые нашли позитроны в лаборатории. Ф. Жолио-Кюри показал, что пара «электрон — позитрон» может родиться «из ничего», то есть из энергии электромагнитного излучения. Через год он обнаружил обратное; при столкновении пары «электрон — позитрон» она исчезает как таковая, давая начало электромагнитному излучению. Поистине одно диковинное явление сменялось другим!

Однажды супруги Жолио-Кюри «обстреливали» альфа-частицами алюминий. Он испускал позитроны, подобно тому, как это наблюдается у естественных радиоактивных элементов, но когда источник альфа-частиц был удален, то, к удивлению ученых, алюминий продолжал излучать. Такая же картина наблюдалась после облучения альфа-частицами бора, магния и некоторых других элементов. Очевидно, позитроны испускались ядрами какого-то вещества, которое образовалось из ядер алюминия, магния или бора, поглотивших альфа-частицу и испускавших нейтрон. Так была открыта искусственная радиоактивность.

В сентябре 1933 года Фредерик Жолио-Кюри впервые приехал в Советский Союз. Здесь на первой Всесоюзной конференции по атомному ядру он рассказал о позитроне и нейтроне. Через месяц, собрался очередной Сольвеевский конгресс. На нем Фредерик Жолио Кюри сделал отчет об опытах по обнаружению искусственной радиоактивности. На конгресс собрались наиболее выдающиеся ученые-физики - Бор, Ферми, Склодовская-Кюри, Резерфорд, Дирак, Де Бройль, Иоффе, Паули и др. Председателем был Ланжевен.

Сообщение Жолио-Кюри вызвало горячие споры. Сомнение в правильности опытов выразили немка Лизе Мейтнер, американец Лоуренс, экспериментировавший с первым циклотроном, и многие другие. Они считали, что «французы с их устаревшим оборудованием что-то напутали». Фредерик и Ирен были твердо уверены в правильности своих результатов, и их очень огорчил такой прием.

Вернувшись домой, супруги усиленно продолжали эксперименты, совершенствуя методику измерений. Они показали, что при бомбардировке алюминия альфа-частицами образуется радиоактивный изотоп фосфора, при бомбардировке бора — радиоактивный изотоп азота, при бомбардировке магния — радиоактивный изотоп кремния. Они выделили химически эти вещества, измерили время их существования до распада, изучили химические свойства и тем самым доказали, что можно искусственно создать радиоактивные элементы.

Вскоре после публикации результатов Жолио-Кюри получили восторженное письмо Резерфорда, в котором он писал: «Я в восторге от отчета о проделанных Вами опытах... Поздравляю Вас обоих с проделанной работой, которая позднее приобретет огромное значение. Лично я очень заинтересовался результатами ваших опытов, потому что уже давно полагал, что вскоре при соответствующих условиях мы сможем наблюдать нечто подобное». Резерфорд не ошибся. Открытие искусственной радиоактивности приобрело колоссальное значение, в наше время. Были получены радиоактивные изотопы многих других элементов. Оказалось, что радиоактивными могут быть изотопы любого элемента, независимо от его положения в таблице Менделеева. Искусственная радиоактивность расширила сведения о строении атомного ядра и открыла новые области практического использования меченых атомов в биологии, медицине, металлургии, машиностроении, легкой и пищевой промышленности.

Открытие искусственной радиоактивности принесло всемирную известность супругам Жолио-Кюри. В 1935 году им была присуждена Нобелевская премия. Кажется, совсем недавно присутствовала Ирен на церемонии вручения Нобелевской премии ее матери, а теперь ее муж и она сама получали эту высокую награду. В своей речи по случаю награждения Фредерик Жолио-Кюри предсказал процессы, могущие привести к выделению громадных запасов атомной энергии. Он говорил: «...мы вправе думать, что исследователи, конструируя или разрушая элементы по своему желанию, смогут осуществить ядерные превращения взрывного характера, настоящие цепные реакции. Если окажется, что такие превращения распространяются в веществе, то можно составить себе представление о том огромном освобождении энергии, которое будет иметь место».

Итак,  прошло  всего  несколько  лет,  и  скромный  лаборант  Института  радия

превратился в ученого с мировым именем. Он молод, счастлив, полон сил и замыслов.

В 1934 году ему предоставляется кафедра в Сорбонне, спустя три года он стал профессором в Коллеж де Франс. Ирен после смерти матери сначала возглавила ее лабораторию, а затем стала директором Института радия. В 1935 году Ирен стала руководителем работ Национального фонда наук, и спустя год ее назначили заместителем министра просвещения по руководству научно-исследовательскими работами во Франции. Совместно с югославским физиком Савичем она занялась получением новых радиоактивных элементов, более тяжелых, чем уран. Вокруг Жолио-Кюри начинают группироваться французские и некоторые иностранные ученые, исследованиями которых он руководит. Это Коварски, Альбан, Савель и др. В то время его увлекают чисто инженерные идеи. Под руководством ученого строится ускоритель, переоборудуется лаборатория Ампера, руководителем которой он становится, в ней строятся новые химические и биологические корпуса. Наконец, став профессором в Коллеж де Франс, Жолио-Кюри строит второй в Европе (после СССР) циклотрон.

В это время во многих странах ученые усиленно бомбардируют нейтронами различные, элементы. Ферми в Италии, Мейтнер сначала в Берлине, а затем в Швеции, куда она бежала от фашистского преследования, Ган и Штрасман в Германии, супруги Жолио-Кюри и югослав Савич в Париже убеждаются, что уран, «обстрелянный» нейтронами, рождает - более легкие элементы. Суммируя полученные результаты, Фредерик Жолио-Кюри одним из первых показал, что в результате бомбардировки урана нейтронами возникают новые нейтроны, число которых превышает количество первичных нейтронов. Для подтверждения гипотезы ученый сконструировал оригинальную установку и впервые сфотографировал траектории атомного распада. Фактически было доказано, что выделившиеся нейтроны могут расщеплять соседние ядра и вызывать цепную реакцию.

В 1939 году Альбан, Коварски и Фрэнсис Перрен получили патент на созданную ими установку для получения атомной энергии и передали его безвозмездно французскому национальному центру научных исследований.

Начиная с 30-х годов Жолио-Кюри постепенно приобщается к общественной Деятельности. В 1934 году он вступил во Французскую социалистическую партию, спустя два года — в «Лигу борьбы за права человека». Однако очень скоро ему стало ясно, что социалистическая партия не выражает истинных интересов народа. Во время событий в Испании   все   симпатии   Жолио-Кюри   были   на   стороне   свободолюбивого   народа, самоотверженно   боровшегося  против   фашизма,   он  призывал  оказывать  Испанской республике   всяческую  помощь.   Его   глубоко   возмущало   подписание   Мюнхенского соглашения, развязавшего руки гитлеровской Германии. Если раньше он считал, что его место в лаборатории, а не на трибуне, то начиная примерно с 1934 года он понял, что не может быть пассивным, и вместе с Ланжевеном и другими прогрессивными людьми Франции вступает в борьбу с нацизмом.

В. 1938 году международная обстановка резко обострилась. Для тех кто занимался вопросами ядерной физики, стало ясно, что атомная энергия таит в себе огромные возможности. В таких условиях свободная научная информация по этим вопросам становилась невозможной. К французской группе ученых стали поступать письма с просьбой прекратить публикацию результатов исследований по распаду ядер урана. В начале второй мировой войны Жолио-Кюри прекратил обнародование своих трудов. Но работы продолжались. Для исследований необходимо было найти вещество — замедлитель образующихся нейтронов. В качестве такого вещества могла быть использована «тяжелая вода». Усилиями Жолио-Кюри в Норвегии закупаются все имевшиеся там запасы «тяжелой воды».

Таким образом, в 1939 году коллектив ученых, возглавляемый Жолио-Кюри, шел впереди в области получения и использования атомной энергии. Однако вскоре мутная волна фашизма затопила французскую землю. Коллеги Жолио-Кюри Холбан и Коварски с запасами «тяжелой воды» тайно переправились в Англию, а сам он остался в Париже. Вскоре его лаборатория под самым носом у фашистов стала заниматься вопросами, не имеющими никакого отношения к науке: в ней изготавливались зажигательные бутылки, которые участники французского сопротивления предназначали для танков вермахта. В 1940 году в знак протеста против ареста Ланжевена Жолио-Кюри объявил о закрытии своей лаборатории и окончательно вступил на путь активной борьбы с фашизмом. Дважды ученого арестовывали гестаповцы, но прямых улик у них не было, а о подпольной борьбе Жолио они не знали. В тяжелый 1942 год, когда гитлеровские полчища топтали землю Советского Союза,  а войне еще не было видно конца, Жолио-Кюри  вступил в Коммунистическую партию Франции. «Я   стал   коммунистом   потому,   что   был патриотом»,— говорил он.

Блестящий ученый с мировым именем, имевший много официальных постов, материальное благополучие, получивший множество заманчивых предложений от промышленных, компаний, он сумел отказаться от всего этого во имя опасного, трудного пути борца против коричневой чумы. Началась тяжелые годы, подпольной борьбы. Имя Жолио-Кюри стало знаменем этой борьбы.

После освобождения Франции ученый становится во главе Национального центра научных изысканий. Он стремится поставить науку, на службу национальной независимости своей страны. Он решил дать, своей родине атомную энергию, которая служила бы не уничтожению, а мирным целям! Жолио-Кюри убедился, что, продолжая работы в области атомной энергии, необходимо одновременно бороться против опасности использования ее как оружия. Защищая науку, он стал, одним из активнейших борцов за мир.

В 1946 году Жолио-Кюри вместе с женой дважды был в США, где участвовал в работах Комиссии по атомной энергии ООН. Здесь однажды у него состоялся весьма знаменательный разговор с американским банкиром Барухом, который довольно определенно сказал, что, работая в Америке, Жолио-Кюри мог бы иметь прекрасную лабораторию, сотрудников и королевский оклад. Тогда он со смехом ответил Баруху, что этого ему мало. Нет, не королевские оклады привлекали замечательного ученого. Он, разумеется, мог бы уехать в Англию или в Америку в мрачные годы гитлеровской оккупации, наконец, воспользоваться предложением Баруха и отдаться «высшей радости — радости открывать и творить». Но это означало изменить своему народу, который Жолио-Кюри любил больше всего на свете.

По его инициативе во Франции создается Комиссариат по атомной энергии, который он возглавил. В Комиссариат вошли также Ирен вместе с Перреном и Оже в качестве Комиссаров. От имени всех сотрудников Комиссариата Жолио-Кюри заявил, что их работа будет направлена только на применение атомной энергии на благо людям, а не для смерти и уничтожения; он предрекал, что все они уйдут из этого учреждения если их заставят работать над изготовлением атомного оружия. Большие трудности пришлось преодолеть ученым, создававшим первый атомный реактор. "Разрушенная войной промышленность Франции, враждебное отношение со стороны правящих кругов — все это создавало дополнительные преграды, но неистощимая энергия комиссара, его огромный авторитет позволили в короткий срок достигнуть цели. В 1948 году в форте Шатильон был пущен первый атомный реактор. Вскоре в правящих кругах Франции, а также в США и Англии стали раздаваться голоса возмущения по поводу того, что во главе Комиссариата стоит «человек, позволяющий себе быть коммунистом», выступающий против применения атомной энергии в военных целях, всецело поддерживающий мирную политику Советского Союза. Власть имущие хотели, чтобы Верховный комиссар молчал и делал атомное оружие, а он не мог и не хотел делать ни того, ни другого. И тогда, повинуясь окрику своих американских хозяев, французское правительство в 1950 году приняло позорное решение отстранить Жолио-Кюри от руководства Комиссариатом. Ему запретили появляться в форте Шатильон, некоторые продажные газеты даже позволили себе недостойные выпады против прославленного ученого. Спустя полгода из Комиссариата были удалены Ирен Жолио-Кюри и некоторые другие прогрессивные ученые.

Решение французского правительства вызвало бурю протеста во всем мире. На научных сессиях, собраниях и митингах в разных странах принимались резолюции, клеймящие позорный акт правящих кругов Франции. Молодежь на очередной лекции Жолио-Кюри в Коллеж де Франс устроила демонстрацию. Стол и кафедра утонули в цветах, тысячи людей ждали появления ученого в коридорах и на лестницах. Стихийно вспыхнул митинг. Прогрессивная Франция не хотела мириться с позорным решением правительства. Имя Жолио-Кюри стало знаменем борьбы. «Жолио — это мир!»—писали прогрессивные газеты. Встав во главе Всемирного Совета Мира, Жолио-Кюри проводит огромную  работу, отдавая делу мира весь жар своего большого сердца. В 1951 году он

стал   лауреатом   международной Ленинской премии мира. Впервые в истории

руководителем широкого народного движения оказался не политик, а ученый.

Ирен Жолио-Кюри в это время продолжала руководить Институтом радия и кафедрой в Сорбонне. По ее проекту стал создаваться новый ядерный центр в Орсе, близ Парижа, оборудованный новейшей аппаратурой. Ясно вырисовывались перспективы новой увлекательной работы, но, к несчастью, силы все убывали. Оба, Фредерик и Ирен, были тяжело больны лучевой болезнью. Они не любили говорить о своих болезнях и до последних дней жизни продолжали активно работать.

.Ирен умерла в 1956 году. Фредерик тяжело переживал ее смерть. Раньше он говорил: «Ирен — моя половина. Ее боль — моя боль. Мы всегда вместе». Теперь он остался один, к его прежним обязанностям присоединились новые: он принял кафедру Ирен в Сорбонне и стал руководить строительством ядерного центра в Орсе.

Жолио-Кюри проявлял искренний огромный интерес к проблемам ядерной физики, разрабатывавшимся в СССР. Он неоднократно приезжал в Советский Союз и был большим и искренним другом советских ученых. В последний раз Жолио-Кюри приезжал в СССР в 1958 году. Знакомился с работами - института в Дубне, рассматривал синхрофазотрон, рассказывал о строительстве в Орсе и выразил желание заниматься совместными исследованиями в области ядерной физики.

В июне 1958 года начал работать огромный синхрофазотрон в Орсе, строительством которого руководил Жолио-Кюри. В этом же последнем году своей жизни тяжело больной ученый успел сделать массу дел: он был в Лозанне на заседании Бюро Всемирного Совета Мира, выступал в Бельгии с научным докладом, открыл Международный конгресс по ядерной физике, написал доклад для конгресса по разоружению в Стокгольме, продолжал научные опыты.

В августе Жолио-Кюри не стало. Прах его покоится в предместье Со близ Парижа, рядом с Ирен Жолио-Кюри, Марией и Пьером Кюри.

Дети Ирен и Фредерика Жолио-Кюри продолжают славную традицию семьи Кюри. Дочь Элен, ее муж Мишель Ланжевен, внук Поля Ланжевена, работают в Институте радия, сын Пьер занимается биологией.        

Вильгельм Конрад Рентген (1845-1923)

Первую Нобелевскую премию по физике присудили 56-летнему В. Рентгену - за сделанное открытие лучей, которые носят его имя (сам ученый всегда называл их X -лучами). К этому времени он был известным ученым, профессором Мюнхенского университета и директором Физического института. Давно нет необходимости популярно объяснять, что стоит за словом «рентген», ставшим нарицательным, тем не менее, история открытия рентгеновских лучей, условия и методы работы их первооткрывателя продолжают интересовать многих.

Очевидцев открытия Рентгена не было. Сам он не рассказывал об истоках опыта, выполненного 8 ноября 1895 г., когда при включении обернутой в светонепроницаемую бумагу высоковольтной вакуумной трубки впервые наблюдал действие неизвестного излучения. Оно сводилось к вспышкам маленьких флуоресцирующих кристаллов, лежащих на лабораторном столе, и бледно-зеленому свечению бумажной ширмочки, покрытой платиносинеродистым барием.

 Перед этим четверть века он работал в физических лабораториях университета Вюрцбурга, Страсбурга, Гисена и снова Вюрцбурга, до 1872 г. под руководством искусного физика-экспериментатора А. Кундта, потом самостоятельно. Он выполнил ряд исследований, требующих тщательных измерений свойств газов и кристаллов. По словам его ученика А.Ф. Иоффе, он «добивался большой точности... не усложнением аппарата и многочисленными поправками, а применением нового, целесообразно придуманного метода, который в корне устранял важнейшие ошибки и позволял добиваться точности при помощи простых, часто самодельных приборов».

Натолкнувшись на неизвестное явление, ученый на протяжении семи недель в полном одиночестве работал в одной из комнат своей лаборатории, изучая свойства X -лучей. Он велел приносить себе пищу в университет и поставить там кровать, чтобы избежать сколько-нибудь значительных перерывов в работе. Сколько вздора об этом затворничестве ученого бытовало среди физиков! Только в конце своего «одиночества» (по некоторым сведениям, 22 декабря) он приоткрыл тайну, сделав снимок в X - лучах руки своей жены Берты с обручальным кольцом, показанный наряду с другими снимками в сообщении В. Рентгена 28 декабря 1895 года. Сообщение, которое он направил на имя председателя Физико-медицинского общества Вюрцбургского университета, было незамедлительно напечатано и выпущено в свет отдельной брошюрой.

Открытие Рентгена быстро, даже по меркам современных средств обмена информацией, приобрело широкую известность. В ночь со 2 на 3 января содержание доклада Рентгена об X - лучах стало известно редактору венской газеты «Nette Deutsche Presse», и наутро газета вышла с броским аншлагом на первой полосе огромными буквами: «СЕНСАЦИОННОЕ ОТКРЫТИЕ». А вечером 6 января телеграфом из Лондона на весь мир передавалось: «Даже шум военной тревоги не в силах был бы отвлечь внимание от замечательного триумфа науки, весть о котором докатилась до нас из Вены. Сообщается, что профессор Вюрцбургского университета Роутген открыл свет, который проникает при фотографировании через дерево, мясо и большинство других органических веществ. Профессору удалось сфотографировать металлические гири в закрытой деревянной коробке, а также человеческую руку, причем видны лишь кости, в то время как мясо невидимо». Дальше последовала лавина публикаций: только за один год свыше тысячи статей по новым лучам. Опыты с ними в течение нескольких недель были повторены в физических лабораториях многих стран.     

Во всех европейских столицах - Лондоне, Париже, Берлине, Петербурге и т.д. -  читались публичные лекции об открытие Рентгена и демонстрировались опыты.

С момента открытия стало ясно практическое предназначение X - лучей, прежде всего медицинское. Уже в 1896 г. их использовали для диагностики, немного позже - для терапии. Через 13 дней после сообщения Рентгена, 20 января 1896 г., в Дартмунде (штат Нью-гемпшир, США) врачи с помощью рентгеновских лучей наблюдали перелом руки пациента. Медики получили исключительно ценный инструмент. Под руководством А.С. Попова рентгеновскими аппаратами были оборудованы крупные корабли российского флота. Так на крейсере «Аврора» во время Цусимского сражения были рентгенологически обследованы около 40 раненых матросов, что избавило их от мучительных поисков осколков с помощью зонда.

По-видимому, первым открытие Рентгена в рекламно-коммерческих целях применил Т. Эдисон: в мае 1896 г. он в Нью-Йорке организовал выставку, где желающие могли разглядывать на экране изображения своих конечностей в рентгеновских лучах. Но после того как его помощник умер от ожогов X - лучами, Эдисон прекратил все опыты с ними. Однако, несмотря на опасность, работы с новыми лучами, расширяясь и углубляясь, продолжались.

При всем колоссальном интересе к открытому явлению, понадобилось около 10 лет, чтобы в знаниях об X - лучах добавилось что-то новое: английский физик Ч. Баркла доказал их волновую природу и открыл характеристическое рентгеновское излучение. Еще через 6 лет Макс фон Лауэ разработал теорию интерференции X - лучей на кристаллах, предложив использовать кристаллы в качестве дифракционных решеток. В том же 1912 г. эта теория получила экспериментальное подтверждение в опытах В. Фридриха и П. Киплинга.

Научное значение открытия Рентгена раскрывалось постепенно, что подтверждается присуждением еще семи нобелевских премий за работы в области рентгеновских лучей:

-    в 1914 г. за открытие дифракции рентгеновских лучей (М. фон Лауэ);

-    в 1915 г., за изучение структуры кристаллов с помощью рентгеновских лучей (отцу и сыну Брэггам);

-    в 1917 г., за открытие характеристического рентгеновского излучения (Ч. Баркле);

-    в 1924 г., за исследования спектров в диапазоне рентгеновских лучей (К, Сигбану);

~    в 1927 г., за открытие рассеяния рентгеновских лучей на свободных электронах вещества (А. Комптону);

-    в 1936 г., за вклад в изучение молекулярных структур с помощью дифракции рентгеновских лучей и электронов (П. Дебаю);

-     в  1979 г., за разработку метода осевой (рентгеновской) томографии (А. Кормаку и Г. Хаунсфилду).

Кроме того, рентгеновским лучам обязаны такие великие открытия, как структура молекул гемоглобина, ДНК и белков, ответственных за фотосинтез (премии 1962 и 1988 гг.).

Рентген прекрасно понимал большое научное и технологическое значение своего открытия, но ему была чужда мысль о его торгашеском использовании. Считая, что результаты, полученные в научной лаборатории, могут и должны использоваться всеми, он решительно отверг предложение Берлинского электрического общества продать за большую сумму право на использование патентов будущих его открытий. Рентген не одобрял шумихи вокруг своего имени и продолжал работать, не допуская никаких отклонений от того метода работы, который считал единственно приемлемым.

Академик А.Ф. Иоффе в декабре 1945 г. на заседании сессии отделения физико-математических наук АН СССР, посвященном 50-летию открытия рентгеновских лучей, сказал: «Я думаю, что совершенно закономерно, что из многих исследователей, в течение 40 лет работавших среди рентгеновских лучей, их заметил только один Рентген, исключительно тонкий точный экспериментатор - наблюдатель в самом высоком смысле этого слова».

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6