Физик и химик Генри Мозли (1887-1915) был одним из самых блестящих ученых своего поколения, хотя полностью раскрыть свой талант он не успел, так как погиб на фронте. Мозли происходил из богатой британской семьи и очень рано вывел один из основополагающих принципов, скрытых в периодической таблице. Сам он сформулировал принцип так:
"У атома имеется фундаментальное качество, пропорционально увеличивающееся при переходе от одного элемента к следующему. Этим качеством может быть только положительный центральный заряд ядра".
Идеи Мозли предшествовали открытию протона Резерфордом, очевидно, что Резерфорд принимал их в расчет, когда в конце концов смог обнаружить частицу.
Это доказывает, что внутреннее строение всех атомов схоже, на основании этих результатов можно узнать нечто большее о том, из чего состоит атом.
Генри Мозли о понятии атомного номера
Мозли пришел к выводу, что если наблюдать длину волны рентгеновских лучей, испускаемых атомами, она находится в прямой зависимости от числа положительных зарядов, которое в итоге стало называться атомным номером (обозначаемым буквой Z). Разница в количестве протонов отличала один элемент от другого и определяла физико-химические свойства элемента. Таким образом атомное число заменяло атомный вес, который химики прежде использовали как отправную точку при идентификации элемента, влияющую на его химические характеристики.
Война началась, когда Резерфорд и Мозли были на симпозиуме в Новой Зеландии. Мозли представили научному сообществу как исследователя с большим будущим, после чего он должен был немедленно вернуться в Великобританию и присоединиться к армии. Резерфорд, по возрасту не подлежащий призыву, посвятил себя научным проектам, за которые удостоился нескольких премий, а также читал лекции. Он связался с некоторыми влиятельными людьми, чтобы добиться скорейшего возвращения своего ученика с фронта в лабораторию. Имелся весомый практический довод, который должен был убедить всех, почему эти молодые ученые, и Мозли в их числе, не должны отправляться в окопы. Впервые ход войны зависел от научных открытий, эффективно развивающих военные технологии, необходимые для победы.
Резерфорд говорил с влиятельными армейскими начальниками. Наконец, ему удалось объяснить, что Мозли принесет больше пользы своей стране в лаборатории, чем на поле боя, и тогда для него выписали разрешение покинуть фронт. К несчастью, было слишком поздно. В сражении при Галлиполи Мозли погиб. Пуля пробила ему голову, когда он склонился над телефоном (одним из недавних изобретений, используемых для военных целей), чтобы просить о помощи. Резерфорд горько сожалел об этой утрате: "Это национальная трагедия", — говорил он.
Резерфорд принял предложение возглавить отделение Королевского флота по разработке защиты от субмарин. В условиях блокады, наложенной союзниками, для немцев субмарины стали спасением. Они могли торпедировать и потопить любое судно, поэтому задача их обнаружения была приоритетной.
Британское военное командование без энтузиазма принимало предложения, поступавшие от академического мира, не было сделано исключение и для Резерфорда. Ему приходилось участвовать в долгих заседаниях, а с его мнением не считались. Однако обнаружение субмарин не было чисто британской проблемой. Французы и американцы также еще не имели технологической возможности обнаруживать субмарины.
Резерфорд направил все усилия на решение порученной ему задачи, хотя его советы пропадали впустую. Для исследований он приспособил лабораторные резервуары с водой и целые дни проводил на море, тестируя свои идеи на маленьком судне, единственном, что было ему предоставлено для проведения работ. В его лаборатории не было инструментов для калибровки подводных микрофонов, и тогда он пригласил одного обладавшего хорошим слухом лингвиста из университета. Резерфорд держал за ноги погрузившегося в воду лингвиста, а тот внимательно вслушивался в звуки.
После двухлетнего кропотливого изучения трудов по акустике, написанных лордом Рэлеем, Резерфорд, наконец, изобрел гидрофон. Этот аппарат, на который он получил свой первый и единственный патент, позволял улавливать звуки под водой, а значит, обнаруживать присутствие субмарин. Гидрофон основывался на пассивном методе обнаружения, при котором для превращения звуковых сигналов в электрические использовались пьезоэлектрические материалы. Несмотря на ограничения — шум машинного отделения корабля не позволял его использовать, необходимо было останавливать двигатель — ею широко применяли в конце Первой мировой войны.
В 1917 году делегация во главе с Резерфордом прибыла сначала в Париж, чтобы поделиться этим достижением с союзниками. Там он встретился со своим старым другом Лан- жевеном, также работавшим над проблемой обнаружения субмарин, и с Марией Кюри (которая состояла с Ланжевеном в сентиментальных отношениях, что вызвало скандал в обществе). Затем делегация направилась в США, где Резерфорд смог продемонстрировать преимущества своего изобретения американцам (у которых были экономические и материальные средства, но в научном плане они серьезно отставали). Одним из консультантов американской группы был постаревший Томас Алва Эдисон.
Резерфорд захотел улучшить свое изобретение, когда понял, что при использовании активной системы, которая могла бы испускать звуки с достаточной энергией, звуковые волны отталкивались бы от движущихся в воде тел. Так был разработан предшественник сонара, а идеями Резерфорда американцы действительно воспользовались, и в ходе Второй мировой войны топили немецкие корабли с помощью сонаров.
Меня очень хорошо принял старик, который был воодушевлен, как школьник.
Резерфорд о встрече с Эдисоном в Соединенных Штатах
Разочарование британскими военными и отсутствие экономической поддержки для развития идей способствовали нарастанию скептицизма Резерфорда, в результате он вернулся к традиционным направлениям своих исследований.
Во время войны Кавендишская лаборатория, которой все еще руководил Томсон, была передана в распоряжение военного учреждения. Были прекращены занятия и закрыты проекты, так что в конце войны стояла трудная задача снова сделать лабораторию эпицентром научной жизни. Томсон принял должность в другом университете, и его кресло освободилось. Из кандидатур, рассматривавшихся в качестве преемника Томсона, Резерфорд был лучшим.
В 1919 году Резерфорд закончил учебный год в Манчестере и вернулся в Кавендишскую лабораторию. Он возвращался, будучи директором и нобелевским лауреатом, имея на счету самые памятные научные открытия своей эпохи.
Резерфорду предстояла сложная задача. С одной стороны, ему было необходимо финансирование, и в целом он получил его от государства в результате пробужденного войной интереса к науке. При этом он даже мог разорвать отношения с некоторыми частными спонсорами, считая, что наука должна избегать излишеств. Он выдерживал строгость как характерную черту своего научного центра, что иногда встречало непонимание сотрудников. Его собственная карьера была примером того, как далеко можно зайти при достаточно скромных средствах. С другой стороны, как раз тогда у ученого появились еще большие потребности. Новые исследования требовали значительных финансовых затрат на приобретение инструментов. Резерфорду необходимо было время, чтобы убедиться: для разгадки тайн атомного ядра нужны деньги и оборудование.