— Вглядитесь внимательно в ядро, — сказал отец Паулини, и, сосредоточив все свое внимание, мистер Томпкинс увидел необычное явление, происходившее в глубинах разрушенного атома. Вблизи ядра, в глубине внутренней электронной оболочки, две смутные тени постепенно обретали все более отчетливые очертания, и секундой позже мистер Томпкинс увидел два блестящих, новеньких с иголочки электрона, с огромной скоростью разлетающихся от места своего рождения.
— Но я вижу две частицы, а не одну, — сказал мистер Томпкинс, захваченный открывшимся ему зрелищем.
— Совершенно верно, — согласился отец Паулини. — Электроны всегда рождаются парами, иначе рождение электронов противоречило бы закону сохранения электрического заряда. Одна из этих двух частиц, родившихся под действием сильного гамма-излучения на ядро, — обычный электрон с отрицательным зарядом, другая частица — электрон с положительным зарядом, или позитрон-убийца. Теперь он рыщет по пространству в поисках жертвы.
— Ну что ж, — задумчиво произнес мистер Томпкинс, — если рождение каждого позитрона, которому на роду написано стать убийцей электрона, сопровождается рождением одного обычного электрона, то дела обстоят не так уж плохо. По крайней мере не приходится опасаться за исчезновение электронного племени, и я…
— Осторожно! — прервал мистера Томпкинса отец Паулини, отталкивая своего собеседника в сторону, в то время как новорожденный позитрон со свистом пронесся в каком-нибудь дюйме от них. — Нужно все время быть начеку, когда эти убийственные частицы находятся где-то поблизости. Но, простите, я слишком задержался, беседуя с вами, и меня ждут другие дела. Мне необходимо навестить милых моему сердцу нейтрино…
И отец Паулини исчез, оставив мистера Томпкинса в неведении относительно того, что такое нейтрино и следует ли их опасаться. Лишившись духовного отца, мистер Томпкинс почувствовал себя еще более одиноким, чем прежде, и всякий раз, когда на его долгом пути через пространство; к нему приближался тот или иной соплеменник-электрон, в сердце мистера Томпкинса начинала теплиться надежда на то, что под невинной внешностью может скрываться сердце убийцы. Время тянулось нестерпимо медленно (мистеру Томпкинсу казалось, что прошло несколько столетий), а его надеждам и чаяниям все никак не суждено было сбыться, и мистеру Томпкинсу не оставалось ничего другого, как исполнять скучные обязанности электрона проводимости.
Все произошло совершенно неожиданно, когда мистер Томпкинс менее всего рассчитывал встретить позитрон. Ощущая острую потребность побеседовать с кем-нибудь, даже с каким-нибудь глупым электроном проводимости, он приблизился к частице, медленно пролетавшей мимо и явно бывшей новичком в данной части медной проволоки. Но даже на расстоянии мистер Томпкинс понял, что ошибся в выборе собеседника и что неодолимая сила притяжения увлекает его, не давая отступить ни на шаг. Какой-то миг он пытался бороться и вырываться, но расстояние между ним и другой частицей все сокращалось, и мистеру Томпкинсу показалось, что он уже видит торжествующую улыбку на лице своего противника.
— Пустите меня! Пустите меня немедленно! — закричал мистер Томпкинс во весь голос, изо всех сил отбиваясь руками и ногами. — Я не хочу аннигилировать! Я хочу вечно проводить электрический ток!
Но все было тщетно, и окружающее пространство внезапно озарилось ослепительной вспышкой сильнейшего излучения.
— Итак, меня больше нет, — подумал мистер Томпкинс, — но как же в таком случае я могу мыслить? Может быть аннигилировало только мое тело, а душа моя улетела на квантовые небеса?
Тут он ощутил новую силу, на этот раз действовавшую мягче, которая твердо и решительно трясла его. Открыв глаза, мистер Томпкинс увидел перед собой университетского служителя.
— Простите, сэр, — сказал тот, — но лекция уже давно закончилась и нам нужно закрыть аудиторию.
Мистер Томпкинс с трудом подавлял зевоту и чувствовал себя весьма неловко.
— Спокойной ночи, сэр, — пожелал ему служитель с сочувственной улыбкой.
Глава 10 1/2
Часть предыдущей лекции, которую проспал мистер Томпкинс
В 1908 г. английский физик Джон Дальтон открыл закон кратных отношений. Он показал, что относительные пропорции различных химических элементов, необходимых для образования более сложных химических веществ, всегда могут быть выражены как отношения целых чисел и объяснил свой закон тем, что все сложные химические вещества состоят из различного числа частиц, соответствующих простым химическим элементам. Безуспешные попытки средневековой алхимии превратить один химический элемент в другой служат еще одним доказательством кажущейся неделимости мельчайших частиц вещества, которые без особых колебаний были названы своим древнегреческим именем — атомы. Данное единожды, это название закрепилось, и хотя теперь твердо установлено, что атомы Дальтона отнюдь не неделимы и в действительности состоят из большого числа более мелких, субатомных частиц, обычно мы предпочитаем закрывать глаза на филологическую непоследовательность этого названия.
Итак, то, что в современной физике принято называть атомами, отнюдь не является элементарными и неделимыми составными частями материи, о которых говорил в своих умозрительных построениях Демокрит, и термин «атом» был бы более обоснован применительно к более мелким субатомным частицам, таким как электроны и протоны, из которых состоят атомы Дальтона. Но такое изменение терминологии породило бы слишком большую путаницу, и ни один физик не заботится особенно о филологической непоследовательности существующей ныне терминологии. Поэтому мы употребляем старое название «атомы» в том же смысле, в каком его употреблял Дальтон, а электроны, протоны и другие субатомные единицы материи называем элементарными частицами.
Это название свидетельствует о том, что в настоящее время мы считаем эти субатомные частицы действительно элементарными и неделимыми в смысле Демокрита, и вы, естественно, можете спросить у меня, не повторится ли история и не выяснится ли в ходе дальнейшего развития современной физики, что так называемые элементарные частицы в действительности обладают весьма сложной внутренней структурой. Мой ответ состоит в том, что хотя нет абсолютной гарантии, что ничего такого не произойдет, имеются достаточно веские основания полагать, что на этот раз мы не ошиблись. Действительно, существуют девяносто две разновидности атомов (соответствующие девяносто двум различным химическим элементам), и каждый такой атом обладает весьма сложными характерными свойствами. В подобной ситуации само собой напрашивается упрощение — стремление свести сложную картину к более простой. С другой стороны, в современной физике известны лишь несколько различных типов элементарных частиц: электроны (отрицательно и положительно заряженные легкие частицы), нуклоны (заряженные или нейтральные тяжелые частицы, известные под названием протонов и нейтронов) и, возможно, так называемые нейтрино, природа которых полностью не выяснена.
Свойства этих элементарных частиц чрезвычайно просты, и дальнейшее деление материи не приведет к сколько-нибудь существенному упрощению. Кроме того, как вы понимаете, всегда необходимо иметь несколько элементарных понятий, с которыми можно было бы играть, если вы хотите построить нечто более сложное. Два или три таких элементарных понятия — отнюдь не много. Я считаю, что вы можете спокойно поставить последний доллар, держа пари, что элементарные частицы современной физики останутся достойными своего названия.
Но вернемся к вопросу о том, каким образом атомы Дальтона построены из элементарных частиц. Первый правильный ответ на этот вопрос был дан в 1911 г. знаменитым британским физиком Эрнестом Резерфордом (впоследствии Резерфорд лорд Нельсон). Резерфорд исследовал строение атома, бомбардируя различные атомы быстро движущимися крохотными снарядами, известными под названием альфа-частицы, испускаемыми при распаде радиоактивных элементов. Наблюдая за отклонениями (рассеянием) снарядов после прохождения кусочка материи (листочка фольги), Резерфорд пришел к выводу, что все атомы должны обладать очень плотной положительно заряженной сердцевиной (атомным ядром), окруженной гораздо более разреженным отрицательно заряженным облаком (атомной атмосферой). Ныне мы знаем, что атомное ядро состоит из определенного числа протонов и нейтронов, известных под собирательным названием нуклонов. Нуклоны тесно связаны между собой сильными силами сцепления. Атомная атмосфера состоит из различного числа отрицательно заряженных электронов, которые роем окружают атомное ядро под действием электростатического притяжения его положительного заряда. Число электронов, образующих атомную атмосферу, определяет все физические и химические свойства атома и изменяется вдоль естественной последовательности химических элементов от одного электрона (для водорода) до девяносто двух электронов (для самого тяжелого из известных элементов урана).