Знание-сила, 2007 № 02 (956)

Век XIX. Новый свет ядерной физики

1895. Год электрона — так назвали его физики. Тридцатилетняя погоня за носителем электрического тока увенчалась успехом. Джозеф Томсон точно измерил отношение заряда электрона к его массе — и узнал, насколько электромагнетизм важнее гравитации в мире атомов. Правда, роль и место электрона в структуре атома пока не ясны. Но открытия Томсона реабилитировали еретическую догадку Аррениуса о том, что открытые Фарадеем ионы суть «выщербленные» атомы. Отлетевшие от них щербинки суть электроны! Так физики впервые отворили окно внутрь атома...

Но глубокие открытия бывают опасны для самих открывателей. Стоило Конраду Рентгену направить поток «катодных лучей» (сиречь, электронов) на люминесцентный экран, как внезапно засветились другие экраны в той же комнате! Значит, атомы под ударами электронов испускают некие новые Х-лучи, не отклонимые электрическим или магнитным полем... Какова природа Х-лучей? Быть может, это еще один вид электромагнитных волн — гораздо более энергичных, чем видимый свет?

Чтобы проверить эту гипотезу, нужна дифракционная решетка с очень малым шагом между штрихами. Где такую взять? Пройдет 17 лет, прежде чем нынешний школьник Макс фон Лауэ догадается одолжить необходимую решетку у Природы: это будет кристалл сернистого цинка, в нем рентгеновы лучи претерпят дифракцию. Через два года — в самом начале Мировой войны — Лауэ станет очередным нобелевским лауреатом.

Первым в их ряду окажется Рентген; третьим — Аррениус; шестым — Томсон; восьмым — Резерфорд. А вот седьмой лауреат — Эдвард Бухнер, доказавший возможность брожения сахаров в отсутствие живых дрожжей (но в присутствии ферментов) — этот врач первым из нобелевских лауреатов погибнет на фронте Мировой войны. По другую сторону фронта погибнет самый даровитый из «внуков» Томсона — Генри Мозли, который накануне войны установит «закон атомного номера» в рентгеновских спектрах для всей таблицы Менделеева...

Сам Менделеев не доживет до нобелевских лавров. Его открытия сделаны слишком давно: все привыкли ими пользоваться, не вспоминая имя автора. Да, предсказал он свойства трех новых элементов! Но ведь их обнаружили не в России. Шесть лет подряд Нобелевский комитет будет отвергать кандидатуру Менделеева — в пользу молодых героев. Сперва биохимика Фишера, потом — еретика Аррениуса, за ним — Рамзая (открывателя инертных газов и, наконец, — Муассана, выделившего чистый фтор и заплатившего за это здоровьем. Менделеев и Муассан умрут почти одновременно: один в чине лауреата, другой без этой премии.

Кто же станет первым «нобелевцем» среди россиян? Лев Толстой мог бы получить премию либо за литературу, либо за упорство в борьбе за мир. Но в том и в другом плане русский граф слишком оригинален, далек от западноевропейского идеала. Не видать ему нобелевских лавров! Уж лучше наградить за литературу немецкого историка Моммзена: он честно написал внятную Историю Рима, не рассуждая о «дубине народной войны», способной снести с карты мира Цезаря или Наполеона.

Нет; первым «нобелевцем» в России станет Иван Павлов — сын рязанского попа, профессор Медико-Хирургической Академии в Петербурге. Вдохновленный книгой Дарвина и лекциями Менделеева, Павлов сумел выяснить механизмы нервной регуляции процесса пищеварения. Вскоре, поняв, что биохимические факторы в этой игре еще более важны, Павлов переключит свой интерес на УСЛОВНЫЕ рефлексы — прижизненную надстройку над унаследованным ансамблем инстинктов. Потом две русские революции подарят Павлову богатейший ансамбль непрошенных (а потому — безошибочных) опытов над условными и безусловными рефлексами человеческой толпы.

В итоге академик Павлов станет в Советской России народным трибуном — неустанным критиком очевидных ошибок или злодеяний новой власти большевиков.

Ленин и Сталин будут одинаково внимательно читать павловские письма, зачастую адекватно реагируя на них. Но Нобелевский комитет не решится пожаловать великому гражданину России премию Мира в преддверии Второй мировой войны — как он не решился присудить ее Льву Толстому перед Первой войной.

Нет уж: надежнее награждать физиков и химиков! Только что в Кембридж из Новой Зеландии прибыл очередной аспирант для Томсона — Эрнест Резерфорд. Фермерский сын прибыл с такой новинкой, которая могла бы составить ему славу на всю жизнь: одновременно с Поповым и Маркони Резерфорд построил радиоприемник! Маркони раньше других возьмет патент на изобретение радиосвязи; в 1901 году он впервые перебросит радиосигнал через Атлантику. Итогом инженерной авантюры Маркони станет Нобелевская премия 1909 года. Резерфорд получит премию годом раньше — как химик, впервые превративший один элемент в другой.

Для такого превращения нужен эликсир, недоступный древним алхимикам. Аспирант Резерфорд найдет это чудо в составе природной радиации. Довольно убрать из нее поток электронов (бета частиц), чтобы остались одни альфа частицы. Что они суть ядра гелия — это Резерфорд узнает уже не в Кембридже, а в Монреале. После аспирантуры мудрый Томсон пошлет упрямого новозеландца в Канаду, чтобы тот свил свое гнездо вдали от любого начальства.

Это все, что нужно Резерфорду для создания первой школы физиков- ядерщиков. Они начнут комбинировать ядра атомов почти так же свободно, как алхимики комбинировали щелочи с кислотами и солями. Но простейшие ядра водорода Резерфорд выделит очень поздно — в 1919 году, вернувшись в Англию и став хозяином физики в Манчестере. На самом деле протоны были замечены еще в 1886 году — как встречный ток «канальных лучей» в привычной вакуумной трубке. Это сделал в Берлине Ойген Гольдштейн — еще один исследователь люминесценции. Но его протоны обладают слишком малой энергией: они не способны разрушать другие атомные ядра! Оттого физики не обратили внимания на результат Гольдштейна. Чтобы прославиться в науке, мало сделать открытие; нужно еще, чтобы оно было показательным — как у Рентгена или Резерфорда...

А что поделывают математики, которым не положено Нобелевских премий — ввиду ссоры старика Нобеля со стариком Миттаг-Лефлером? Все они живут в раю, который создал Георг Кантор 20 лет назад, и назвал его общей теорией множеств. С той поры геометры и алгебраисты твердо знают, из чего состоят их любимые объекты. Точки Кантора обладают всеми свойствами атомов Демокрита. Между ними можно наладить любые взаимодействия — будь то сложение, умножение или предельный переход. Знать бы Ньютону или Эйлеру эти тонкости! Тогда развитие Анализа шло бы намного быстрее, без лишних споров вокруг «бесконечно малых» величин!

Все это — правда. Вот только Георг Кантор не справился с простой, но фундаментальной задачей: существует ли в его теории множество точек, более чем счетное, но менее чем континуальное? И не дерзнул заявить, что сей вопрос — некорректен, потому что изобретенная им система аксиом теории множеств не полна! Так же, как не полна была аксиоматика Евклида в плоской геометрии.

С тех пор геометры вырастили на пепелище давних противоречий роскошный сад из многообразных геометрических дерев. Есть аналитическая геометрия Декарта; есть проективная геометрия Дезарга; над ними вздымается Риманова геометрия произвольно искривленных многообразий. Пора выращивать сходный сад из различных теорий множеств над аксиоматикой Кантора! Кто посадит в нем первое дерево? Кто дождется первых плодов в райском саду? Каков будет вкус новых плодов Познания?

Первую пару садоводов составили французы: Морис Фреше и Анри Пуанкаре. Первый объявил, что истинная геометрическая теория множеств (сиречь, общая топология) должна стать теорией метрических пространств. Проще говоря: фигура — это любое множество, между любыми двумя точками которого задано расстояние! Которое удовлетворяет естественным ожиданиям геометров. Пришла пора классифицировать все возможные метрические пространства — так, как Декарт классифицировал все кривые второго порядка на плоскости, а Клейн — все возможные геометрии на той же плоскости или в пространстве!

«Ничего не выйдет!» — заявил в ответ Анри Пуанкаре. Сам Кантор едва разобрался в строении всех открытых или замкнутых множеств на прямой; на плоскости эта проблема явно не обозрима! Надо следовать примеру Римана: изучать самые красивые фигуры, сиречь, замкнутые многообразия. В размерности 2 с поверхностями справились Риман и Клейн. Чтобы не запутаться в размерности 3, нужно вводить новые, алгебраические инварианты многообразий, которые Клейн не смог вообразить! Прибегнув к подобному методу, Пуанкаре впервые доказал, что не ориентируемая бутылка Клейна НЕ гомеоморфна обычному бублику — тору.

В этом споре двух французских садовников правы обе стороны. Пуанкаре прав, потому что классификация даже замкнутых многообразий большой размерности требует большого и разнообразного семейства алгебраических инвариантов. Их изобретение растянется на две трети грядущего ХХ века. Но и Фреше прав: развитие топологии не может ограничиться обычными многообразиями! Иначе куда геометрам девать самопересекающийся Декартов лист и лемнискату Бернулли? Совместное изучение гладких и негладких, однородных и иных фигур требует столь мощного алгебраического аппарата, что одним геометрам это не под силу.

Нужны природные алгебраисты — вроде молодых немцев Курта Гензеля и Давида Гильберта. Первый из них придал неожиданный алгебраический смысл замкнутому множеству Кантора, которое не имеет ни изолированных, ни внутренних точек. Эти странные свойства вытекают из числовой природы множества К. Оно состоит из всех 2-адических чисел, что играют в теории чисел такую же роль, как степенные ряды в теории функций.

Это значит, что у поля рациональных чисел есть много разных расширений — а не только поле действительных чисел, с которым работали Ньютон и Эйлер. Значит ли это, что в математике появится много разновидностей Анализа непрерывных и гладких функций? Что в каждом из этих миров выделится свое семейство «идеальных» фигур — многообразий, которые Риман и Пуанкаре начали изучать путем алгебраической топологии, а Макс Нетер и Давид Гильберт — путем алгебраической геометрии? Да, да, да, и еще раз — да!

Огромное разнообразие математических миров открывается внутри рая, который создал Кантор. Подобно пророку Моисею, он провел свою паству сквозь пустыню к земле обетованной — и пал на пороге рая, освоить который придется новому поколению гениев. Риман увидал этот рай издали. Пуанкаре ступил внутрь одной ногой — но и ему Природа не пожаловала необходимого долголетия. Только Гильберт доживет до 80 лет, посвятив половину этого срока обучению новых поколений «ангелов» в геттингенском «раю имени Кантора». До тех пор, пока неуч Адольф Гитлер не разорит этот рай...

Сей Сатана уже родился на свет — в один год с Арнольдом Тойнби, Эдвином Хабблом и Владимиром Зворыкиным. А Сталин появился в один год с Эйнштейном, Отто Ханом и Максом фон Лауэ. А Ленин — в один год с Резерфордом. Кто способен охватить умом все эти знаковые фигуры грядущего ХХ столетия?

Тут мало быть писателем-реалистом. Нужны фантазия и дерзость мысли, превосходящие оптимизм Жюля Верна. Вот и сменщик ему готов: Герберт Уэллс. В 1895 году он опубликовал свою первую повесть — «Машина времени». За нею пойдут «Война миров» и «Человек-невидимка», «Пища богов» и «Когда спящий проснется». Все эти прогнозы будущего послужат пищей для богов и героев нового века: Эрнста Резерфорда и Нильса Бора, Вольфганга Паули и Энрико Ферми, Петра Капицы и Андрея Сахарова. В их нобелевских лаврах и соответствующих терниях будет скрыта немалая заслуга Герберта Уэллса — очередного провидца, который (как Лев Толстой или Лев Гумилев) окажется чрезмерно велик для Нобелевской премии по литературе.

Известно, что пророки и провидцы редко получают при жизни достойную награду за свои прогнозы и призывы. Но Герберт Уэллс проживет еще полвека. Он переживет две мировые войны; взрывы первых ядерных бомб; рождение и крах первых тоталитарных империй. Он увидит триумфальное шествие научной фантастики по всей Земле, неустанно предупреждая человечество о триумфах и бедствиях грядущих времен. Значит, не зря проживет свою долгую жизнь гениальный сын профессионального крикетиста! В нужное время он прошепчет нужные слова, и нужные человечеству умы проснутся от этих слов.

Елена Ускова