и упомЯнул о том, что великий человек
по  имени,  кажетсЯ,  ђентген  открыл  гамма-излучение,  или   рентгеновское
излучение, и теперь оно широко используетсЯ  в  чем-то,  что  люди  называют
медициной.
     - џ довольно хорошо осведомлен об  этом,  -  заметил  мистер  ’омпкинс,
ощущаЯ гордость при мысли, что и ему есть что поведать другому. - •отите,  Я
расскажу вам немало интересного об этой самой медицине?
     - Ќет, благодарю вас, - ответил электрон, широко зеваЯ.  -  Њне  как-то
все равно. ђазве вы не можете быть счастливы,  если  не  будете  говорить  о
медицине? „огонЯйте менЯ!
     „овольно долго мистер ’омпкинс наслаждалсЯ приЯтным ощущением  свободы,
совершаЯ  вместе  с   другими   электронами   удивительнейшие   перелеты   в
пространстве, словно искусный акробат, перелетающий с трапеции на  трапецию.
‚незапно он ощутил, что его волосы поднЯлись дыбом.  Џодобное  ощущение  ему
приходилось испытывать и раньше во времЯ грозы в  горах.  Њистеру  ’омпкинсу
стало Ясно, что к  их  атому  приближаетсЯ  какое-то  сильное  электрическое
возмущение, нарушающее гармонию движениЯ электронов и заставлЯющее электроны
существенно отклонЯтьсЯ от их обычных орбит. ‘ точки зрениЯ  физика-человека
возмущение представлЯло собой  волну  ультрафиолетового  света,  проходившую
через то место, где находилсЯ атом, но с точки зрениЯ  крохотных  электронов
это была сильнейшаЯ электрическаЯ гроза.
     - „ержитесь  покрепче,  -  прокричал  мистеру  ’омпкинсу  один  из  его
компаньонов, - иначе вас оторвут силы фотоэффекта!
     Ќо было слишком поздно.  Њистера  ’омпкинса  оторвало  от  партнера  и,
закрутив, с чудовищной  скоростью  бросило  в  пространство.  Ћщущение  было
такое, словно его схватили чьи-то сильные пальцы. Ѓездыханный,  он  уносилсЯ
все дальше и дальше в пространство, пролетаЯ сквозь всЯкого  рода  различные
атомы так быстро, что едва успевал разглЯдеть отдельные электроны.  ‚незапно
прЯмо перед ним  показалсЯ  большой  атом,  и  мистер  ’омпкинс  понЯл,  что
столкновение неизбежно.
     - Џрошу извинить, но менЯ зафотоэффектило и  Я  не  могу...  -  вежливо
начал мистер ’омпкинс, но остаток фразы потонул в  оглушительном  треске,  с
которым мистер ’омпкинс врезалсЯ в один из внешних электронов. Ћба участника
столкновениЯ кувырком полетели в  разные  стороны.  Ћднако  мистер  ’омпкинс
потерЯл при столкновении значительную часть  своей  скорости  и  теперь  мог
более детально обследовать свое новое окружение. ѓромоздившиесЯ вокруг атомы
были гораздо больше тех, которые ему приходилось видеть прежде, и  в  каждом
из атомов мистер ’омпкинс насчитал по двадцать девЯть  электронов.  …сли  бы
’омпкинс лучше разбиралсЯ в физике, то он распознал бы в них атомы меди,  но
со столь близкого расстоЯниЯ атомы совсем не  походили  на  медь.  Ћни  были
расположены  вплотную  друг  к  другу  и   образовывали   правильный   узор,
простиравшийсЯ до самого горизонта. Ќо более всего мистера ’омпкинса удивило
то, что эти атомы, по-видимому, не особенно стремились удерживать  при  себе
свою долю электронов, в особенности внешних электронов. ‚нешние орбиты почти
всех атомов были пусты, а толпы кочующих электронов лениво бродили по  всему
пространству, времЯ от времени  останавливаЯсь,  но  нигде  не  задерживаЯсь
подолгу,   на   окраине   то   одного,   то   другого   атома.    “томленный
головокружительным полетом  через  пространство  мистер  ’омпкинс  попыталсЯ
сначала немного отдохнуть на стационарной, т. е. не подверженной  каким-либо
временным изменениЯм, орбите одного  из  атомов  меди,  но  вскоре  поддалсЯ
бродЯжническим настроениЯм толпы и присоединилсЯ к остальным электронам в их
бесцельных блужданиЯх.
     - ЏорЯдок здесь оставлЯет желать лучшего, - прокомментировал  про  себЯ
мистер ’омпкинс. - ‘лишком много электронов шатаютсЯ без дела. џ считаю, что
отцу Џаулини следовало бы навести порЯдок.
     - Џочему вы думаете, что Я должен вмешатьсЯ? - раздалсЯ знакомый  голос
монаха, который внезапно материализовалсЯ из ничего.  -  ‚се  эти  электроны
отнюдь не нарушают моих предписаний и к тому же делают очень полезное  дело.
Њожет  быть,  вам  будет  небезынтересно  узнать,  что  если  бы  все  атомы
стремились удержать при себе свои электроны, как  это  делают  некоторые  из
них, то не было бы такого ЯвлениЯ, как проводимость. “ вас в доме не было бы
электрического дверного звонка, не говорЯ уже об электрическом  освещении  и
телефоне.
     - ‚ы хотите сказать, что бродЯчие электроны переносЯт электричество?  -
спросил мистер ’омпкинс, цеплЯЯсь за надежду, что разговор  пойдет  о  более
или менее знакомом предмете. - Ќо что-то Я не вижу, чтобы  они  двигались  в
каком-то определенном направлении.
     - Џрежде всего, друг мой, -  сурово  промолвил  монах,  -  не  говорите
"они", "мы" звучит гораздо лучше. „олжно быть, вы забыли, что вы сами  также
принадлежите к племени электронов и  что  стоит  кому-нибудь  нажать  кнопку
звонка,  с  которым  соединена  эта  меднаЯ  проволока,  как   электрическое
напрЯжение заставит вас вместе с другими электронами проводимости  опрометью
броситьсЯ, чтобы вызвать горничную или выполнить какую-нибудь другую службу.
     - Ќо Я не хочу делать этого! - твердо заЯвил  мистер  ’омпкинс  не  без
раздражениЯ в голосе. - € вообще Я устал быть электроном и не  вижу  в  этом
более  ничего  привлекательного.  —то  за  жизнь  вечно  выполнЯть  все  эти
электронные обЯзанности!
     - Ќе обЯзательно вечно, -  возразил  отец  Џаулини,  которому  Явно  не
понравилось непослушание со стороны простых электронов. - “ вас всегда  есть
шанс быть уничтоженным и прекратить существование.
     - Ѓ-б-быть уничтоженным? - повторил мистер ’омпкинс, чувствуЯ,  как  по
спине у него ползут мурашки. - Ќо Я всегда думал, что электроны вечны!
     - ”изики тоже так думали вплоть до недавнего времени, - согласилсЯ отец
Џаулини, Явно забавлЯЯсь эффектом, произведенным его словами, - но  подобнаЯ
точка зрениЯ  оказалась  не  вполне  верной.  ќлектроны  могут  рождатьсЯ  и
умирать, как люди. ђазумеетсЯ, электрон не может умереть  от  старости,  она
наступает при столкновениЯх.
     - Ќо Я пережил  столкновение  лишь  недавно,  и,  должен  вам  сказать,
претЯжелое это было столкновение, - сказал мистер  ’омпкинс,  вновь  обретаЯ
некоторую уверенность. - …сли и такое столкновение не вывело менЯ из  строЯ,
то каким же оно должно быть, чтобы уничтожить менЯ?
     - ‚опрос не в том, как сильно  вы  сталкиваетесь,  -  поправил  мистера
’омпкинса отец Џаулини, - а в том, с кем вы сталкиваетесь. ‚ своем  недавнем
столкновении вы,  вероЯтно,  наскочили  на  другой  отрицательно  зарЯженный
электрон, очень похожий на вас. ’акие столкновениЯ не таЯт  в  себе  никакой
опасности. ‚ы, электроны, можете сталкиватьсЯ друг с другом сколько  угодно,
как два барана, это не  причинит  никому  из  вас  ни  малейшего  вреда.  Ќо
существует другаЯ разновидность электронов - положительные  электроны,  лишь
сравнительно  недавно  открытые  физиками.   ќти   положительно   зарЯженные
электроны, или позитроны, выглЯдЯт в точности так же, как  вы,  с  тем  лишь
отличием, что их электрический зарЯд положителен, тогда как ваш отрицателен.
Џри виде приближающегосЯ к вам позитрона вы полагаете, что перед  вами  один
из  невинных  ваших   соплеменников   и   устремлЯетесь   навстречу,   чтобы
приветствовать его. Ќо тут вы внезапно ощущаете, что встречный  электрон  не
отталкивает вас слегка, чтобы избежать столкновениЯ, как это сделал бы любой
нормальный электрон, а притЯгивает вас к себе  и  тогда  сделать  что-нибудь
поздно.
     - “жасно! - воскликнул мистер ’омпкинс. - € сколько несчастных  обычных
электронов может поглотить один позитрон?
     - Љ счастью, только одного, поскольку уничтожаЯ отрицательно зарЯженный
электрон, позитрон гибнет и сам. Џозитроны можно описать  как  членов  клуба
самоубийц, ищущих партнеров по взаимоуничтожению.  Ћни  не  причинЯют  вреда
друг другу, но стоит лишь какому-нибудь отрицательно  зарЯженному  электрону
встретитьсЯ им на пути, как шансов уцелеть у него очень мало.
     - Љ счастью, до сих пор мне не  попадались  эти  чудовища,  -  произнес
мистер  ’омпкинс,  на  которого  слова  отца   Џаулини   произвели   сильное
впечатление. - Ќадеюсь, они не слишком многочисленны?
     -  Ќе  слишком.  Џо  той  простой  причине,  что   всегда   ищут   себе
неприЯтностей  и  погибают  вскоре  после   рождениЯ.   ‚прочем,   подождите
минуточку, Я, кажетсЯ, смогу показать вам один позитрон,  -  продолжал  отец
Џаулини после короткой паузы. - …сли вы  внимательно  вглЯдитесь  вон  в  то
Ядро, то увидите, как рождаетсЯ один из позитронов.
     Ђтом,  на  который   указывал   отец   Џаулини,   претерпевал   сильное
электромагнитное возмущение из-за упавшего на него извне сильного излучениЯ.
‚озмущение было гораздо  более  сильным,  чем  то,  которое  выбило  мистера
’омпкинса из атома хлора, и семейство атомных электронов,  окружавших  Ядро,
было рассеЯно и унесено прочь, как сухие листьЯ ураганом.
     - ‚глЯдитесь внимательно в Ядро, - сказал отец Џаулини, и, сосредоточив
все свое внимание, мистер ’омпкинс увидел необычное Явление, происходившее в
глубинах разрушенного атома. ‚близи Ядра, в глубине  внутренней  электронной
оболочки,  две  смутные  тени  постепенно  обретали  все  более   отчетливые
очертаниЯ, и секундой позже мистер ’омпкинс увидел два блестЯщих,  новеньких
с иголочки электрона, с огромной скоростью  разлетающихсЯ  от  места  своего
рождениЯ.
     - Ќо Я  вижу  две  частицы,  а  не  одну,  -  сказал  мистер  ’омпкинс,
захваченный открывшимсЯ ему зрелищем.
     <center><img src="gamov49.jpg"></center>
     - ‘овершенно верно, -  согласилсЯ  отец  Џаулини.  -  ќлектроны  всегда
рождаютсЯ  парами,  иначе  рождение  электронов  противоречило   бы   закону
сохранениЯ электрического зарЯда. Ћдна 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. ’еперь он рыщет по пространству в поисках жертвы.
     - Ќу что ж, - задумчиво  произнес  мистер  ’омпкинс,  -  если  рождение
каждого позитрона,  которому  на  роду  написано  стать  убийцей  электрона,
сопровождаетсЯ рождением одного обычного электрона, то дела обстоЯт  не  так
уж  плохо.  Џо  крайней  мере  не  приходитсЯ  опасатьсЯ   за   исчезновение
электронного племени, и Я...
     - Ћсторожно! -  прервал  мистера  ’омпкинса  отец  Џаулини,  отталкиваЯ
своего собеседника в сторону, в  то  времЯ  как  новорожденный  позитрон  со
свистом пронессЯ в каком-нибудь дюйме от них. - Ќужно все времЯ быть начеку,
когда эти убийственные частицы находЯтсЯ где-то поблизости. Ќо, простите,  Я
слишком задержалсЯ, беседуЯ с вами, и менЯ ждут другие дела. Њне  необходимо
навестить милых моему сердцу _нейтрино_...
     €  отец  Џаулини  исчез,  оставив   мистера   ’омпкинса   в   неведении
относительно того, что такое нейтрино и следует ли их  опасатьсЯ.  ‹ишившись
духовного отца, мистер ’омпкинс 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  ’омпкинса
начинала  теплитьсЯ  надежда  на  то,  что  под  невинной  внешностью  может
скрыватьсЯ  сердце  убийцы.  ‚ремЯ  тЯнулось  нестерпимо  медленно  (мистеру
’омпкинсу казалось, что прошло несколько столетий), а его надеждам и чаЯниЯм
все никак не суждено было сбытьсЯ, и мистеру ’омпкинсу не оставалось  ничего
другого, как исполнЯть скучные обЯзанности электрона проводимости.
     ‚се произошло совершенно неожиданно, когда мистер ’омпкинс менее  всего
рассчитывал встретить позитрон. ЋщущаЯ  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. Ќо даже на расстоЯнии мистер ’омпкинс  понЯл,
что ошибсЯ в выборе собеседника и что неодолимаЯ  сила  притЯжениЯ  увлекает
его, не даваЯ отступить ни на  шаг.  Љакой-то  миг  он  пыталсЯ  боротьсЯ  и
вырыватьсЯ, но расстоЯние между ним и другой  частицей  все  сокращалось,  и
мистеру ’омпкинсу показалось, что он уже видит торжествующую улыбку на  лице
своего противника.
     - Џустите менЯ! Џустите менЯ немедленно! - закричал мистер ’омпкинс  во
весь  голос,  изо  всех  сил  отбиваЯсь  руками  и  ногами.  -  џ  не   хочу
аннигилировать! џ хочу вечно проводить электрический ток!
     Ќо все  было  тщетно,  и  окружающее  пространство  внезапно  озарилось
ослепительной вспышкой сильнейшего излучениЯ.
     - €так, менЯ больше нет, - подумал мистер ’омпкинс, - но как же в таком
случае Я могу мыслить? Њожет быть аннигилировало только мое тело, а душа моЯ
улетела на квантовые небеса?
     ’ут он ощутил новую силу, на  этот  раз  действовавшую  мЯгче,  котораЯ
твердо и решительно трЯсла его. Ћткрыв глаза, мистер ’омпкинс  увидел  перед
собой университетского служителЯ.
     - Џростите, сэр, - сказал тот, - но лекциЯ уже давно закончилась и  нам
нужно закрыть аудиторию.
     Њистер ’омпкинс с трудом  подавлЯл  зевоту  и  чувствовал  себЯ  весьма
неловко.
     - ‘покойной ночи, сэр, - пожелал ему служитель с сочувственной улыбкой.

                                ѓлава 10 1/2
          —асть предыдущей лекции, которую проспал мистер ’омпкинс

     ‚ 1908 г. английский физик „жон „альтон открыл закон кратных отношений.
Ћн 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.   Ѓезуспешные    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. „анное единожды, это  название  закрепилось,  и  хотЯ  теперь  твердо
установлено, что атомы „альтона отнюдь  не  неделимы  и  в  действительности
состоЯт из  большого  числа  более  мелких,  субатомных  частиц,  обычно  мы
предпочитаем закрывать глаза на  филологическую  непоследовательность  этого
названиЯ.
     €так, то, что в современной физике принЯто называть атомами, отнюдь  не
ЯвлЯетсЯ элементарными и неделимыми составными частЯми  материи,  о  которых
говорил в своих умозрительных построениЯх „емокрит, и термин "атом"  был  бы
более обоснован применительно к более мелким субатомным частицам, таким  как
электроны и протоны, из которых состоЯт атомы „альтона. Ќо  такое  изменение
терминологии породило бы слишком  большую  путаницу,  и  ни  один  физик  не
заботитсЯ особенно о филологической непоследовательности  существующей  ныне
терминологии. Џоэтому мы  употреблЯем  старое  название  "атомы"  в  том  же
смысле, в каком его  употреблЯл  „альтон,  а  электроны,  протоны  и  другие
субатомные единицы материи называем _элементарными частицами_.
     ќто название свидетельствует о том, что в настоЯщее  времЯ  мы  считаем
эти субатомные частицы действительно элементарными  и  неделимыми  в  смысле
„емокрита, 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.  Њой  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.  „ействительно,
существуют девЯносто две  разновидности  атомов  (соответствующие  девЯносто
двум различным химическим элементам), и каждый такой  атом  обладает  весьма
сложными  характерными  свойствами.   ‚   подобной   ситуации   само   собой
напрашиваетсЯ упрощение - стремление свести сложную картину к более простой.
‘ 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.
     ‘войства этих элементарных  частиц  чрезвычайно  просты,  и  дальнейшее
деление материи не приведет к сколько-нибудь существенному упрощению.  Љроме
того, как вы  понимаете,  всегда  необходимо  иметь  несколько  элементарных
понЯтий, с которыми можно было бы играть, если  вы  хотите  построить  нечто
более сложное. „ва или три таких элементарных понЯтиЯ - отнюдь не  много.  џ
считаю, что вы можете спокойно поставить последний доллар, держа  пари,  что
элементарные  частицы  современной  физики   останутсЯ   достойными   своего
названиЯ.
     Ќо вернемсЯ к вопросу о том, каким образом атомы „альтона построены  из
элементарных частиц. Џервый правильный ответ на этот вопрос был дан  в  1911
г.  знаменитым  британским  физиком   ќрнестом   ђезерфордом   (впоследствии
ђезерфорд лорд Ќельсон). ђезерфорд исследовал  строение  атома,  бомбардируЯ
различные атомы быстро  движущимисЯ  крохотными  снарЯдами,  известными  под
названием _альфа-частицы_, испускаемыми при распаде радиоактивных элементов.
ЌаблюдаЯ за отклонениЯми (рассеЯнием)  снарЯдов  после  прохождениЯ  кусочка
материи (листочка фольги), ђезерфорд пришел к выводу, что все  атомы  должны
обладать очень плотной положительно зарЯженной сердцевиной (атомным  Ядром),
окруженной  гораздо  более  разреженным  отрицательно   зарЯженным   облаком
(атомной  атмосферой).  Ќыне  мы  знаем,  что  атомное   Ядро   состоит   из
определенного  числа  протонов  и  нейтронов,  известных  под  собирательным
названием нуклонов.  Ќуклоны  тесно  свЯзаны  между  собой  сильными  силами
сцеплениЯ.  ЂтомнаЯ  атмосфера  состоит  из  различного  числа  отрицательно
зарЯженных электронов, которые роем  окружают  атомное  Ядро  под  действием
электростатического притЯжениЯ его положительного зарЯда. —исло  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).
     ЌесмотрЯ на кажущуюсЯ простоту атомной модели ђезерфорда, ее  детальный
анализ  оказалсЯ  далеко  не  простым.  „ействительно,  согласно  одному  из
наиболее   глубоко   укоренившихсЯ   представлений   классической    физики,
отрицательно зарЯженные электроны, обращаЯсь вокруг  атомного  Ядра,  должны
терЯть  свою  энергию  в  виде  испускаемого  ими  излучениЯ  (света).   Љак
показывают  вычислениЯ,  из-за  постоЯнных  потерь  энергии  все  электроны,
образующие атомную атмосферу, должны были бы за ничтожно малую долю  секунды
упасть на Ядро. ќто, казалось бы, вполне  здравое  рассуждение  классической
теории находитсЯ в  резком  противоречии  с  тем  эмпирическим  фактом,  что
атомные атмосферы очень стабильны и атомные электроны не падают на  Ядро,  а
бесконечно долго кружатсЯ роем  вокруг  центрального  тела.  ’аким  образом,
между  основными  представлениЯми  классической  механики  и   эмпирическими
данными относительно механического поведениЯ крохотных составных частей мира
атомов возникает глубокое противоречие. ђазмышлениЯ над  этим  противоречием
привели  известного  датского  физика  Ќильса   Ѓора   к   заключению,   что
классическаЯ механика,  на  протЯжении  столетий  претендовавшаЯ  на  особое
незыблемое  положение   в   системе   естественных   наук,   должна   отныне
рассматриватьсЯ как ограниченнаЯ теориЯ, применимаЯ к макроскопическому миру
повседневного опыта, но утрачивающаЯ силу при попытке применить ее к гораздо
более  тонким  типам  движениЯ  происходЯщего  внутри  различных  атомов.  ‚
качестве пробного фундамента  новой  обобщенной  механики,  применимой  и  к
движению  крохотных  подвижных  частей  атомного  механизма,  Ѓор  предложил
гипотезу о том, что _из  всего  бесконечного  разнообразиЯ  типов  движениЯ,
рассматриваемых  в  классической  механике,  в  природе  реализуетсЯ  только
несколько  специально  выбранных  типов_.  ќти  разрешенные  типы   движениЯ
(называемые также разрешенными  траекториЯми,  или  орбитами)  отбираютсЯ  в
соответствии  с  определенными  математическими  условиЯми,  известными  под
названием _условий квантованиЯ_ в теории Ѓора. џ не стану  входить  здесь  в
подробное обсуждение этих условий квантованиЯ, но  хочу  лишь  упомЯнуть  об
одном обстоЯтельстве: все эти условиЯ выбраны таким образом, что  налагаемые
ими ограничениЯ не имеют практического значениЯ в тех случаЯх,  когда  масса
движущейсЯ частицы во много раз больше масс, с  которыми  мы  встречаемсЯ  в
структуре атома. ‘ледовательно, применительно к макроскопическим телам новаЯ
_микромеханика_ приводит к тем же результатам,  что  и  стараЯ  классическаЯ
теориЯ (_принцип соответствиЯ_) и только  при  переходе  к  микроскопическим
атомным механизмам разногласиЯ между  старой  и  новой  теориЯми  становЯтсЯ
существенными. Ќе вдаваЯсь в детали, Я хочу удовлетворить ваше любопытство и
продемонстрировать строение атома с точки зрениЯ теории Ѓора, а именно схему
расположениЯ квантовых орбит в атоме по Ѓору (первый слайд, пожалуйста!). ‚ы
видите (см. рис. на с. 163),  разумеетсЯ,  в  сильно  увеличенном  масштабе,
систему  круговых  и  эллиптических  орбит.  Ћни  представлЯют   единственно
"разрешенные" условиЯми  квантованиЯ  Ѓора  типы  движений  длЯ  электронов,
образующих атомную атмосферу. ‚ то времЯ как классическаЯ механика разрешает
электрону  двигатьсЯ  _на  любом_  расстоЯнии  от  Ядра  и  не   накладывает
ограничений на эксцентриситет (т. е. на удлинение, или вытЯнутость)  орбиты,
разрешенные орбиты в теории Ѓора  образуют  дискретное  множество  с  вполне
определенными характерными размерами. —исла и  латинские  буквы,  стоЯщие  у
каждой  орбиты,  указывают   название   соответствующей   орбиты   в   общей
классификации.  ‚ы   можете,   например,   заметить,   что   большие   числа
соответствуют орбитам с большими диаметрами.
     <center><img src="gamov50.jpg"></center>
     •отЯ предложеннаЯ Ѓором  теориЯ  строениЯ  атома  оказалась  необычайно
плодотворной длЯ объЯснениЯ различных свойств  атомов  и  молекул,  основное
понЯтие - дискретнаЯ квантоваЯ орбита - оставалось  весьма  неЯсным,  и  чем
глубже физики  пытались  вникнуть  в  анализ  столь  необычного  ограничениЯ
классической теории, тем более неЯсной становилась общаЯ картина.
     Ќаконец, физики осознали,  в  чем  именно  заключаетсЯ  слабаЯ  сторона
теории Ѓора: вместо основательной _перестройки_ классической механики теориЯ
Ѓора просто наложила _ограничениЯ_ на ее  результаты,  введЯ  дополнительные
условиЯ, в принципе чуждые всей структуре  классической  теории.  Џравильное
решение всей проблемы было получено лишь тринадцать лет спустЯ  в  виде  так
называемой  _волновой  механики_,  изменившей  самые   основы   классической
механики в соответствии с новым квантовым принципом. ЌесмотрЯ на то, что  на
первый  взглЯд  система  волновой  механики  может  показатьсЯ   еще   более
"сумасшедшей", чем теориЯ Ѓора, эта новаЯ микромеханика  представлЯет  собой
одну  из  наиболее  последовательных   и   признанных   частей   современной
теоретической физики. Џоскольку фундаментальный принцип новой механики и,  в
частности,  понЯтиЯ  "неопределенность"  и  "расплывание  траекторий"   были
рассмотрены мной в одной из предыдущих лекций, Я обращаюсь  теперь  к  вашей
памЯти или к вашим конспектам и  хотел  бы  вернутьсЯ  к  проблеме  строениЯ
атома. Ќа схеме, которую вы сейчас увидите  (следующий  слайд,  пожалуйста!)
(см. рис. внизу), изображено движение атомных электронов, рассматриваемое  с
позиций волновой механики, или с точки зрениЯ "расплываниЯ орбит". ‚ы видите
здесь те же самые типы движениЯ, которые в рамках классической  теории  были
представлены на предыдущем слайде (единственное различие состоит лишь в том,
что по чисто техническим  причинам  каждый  тип  движениЯ  теперь  изображен
отдельно), но вместо четких линий, изображающих траектории  в  теории  Ѓора,
теперь перед нами расплывчатые пЯтна в  полном  согласии  с  фундаментальным
_принципом неопределенности_. ђазличные состоЯниЯ движениЯ  имеют  такие  же
обозначениЯ, как на предыдущем слайде, и сравниваЯ оба слайда, вы  заметите,
если слегка напрЯжете воображение, что расплывчатые облака на втором  слайде
очень точно передают общие характерные особенности старых орбит Ѓора.
     <center><img src="gamov51.jpg"></center>
     Ћба слайда отчетливо показывают, что происходит с добрыми  старомодными
траекториЯми классической механики, когда в  игру  вступает  квант,  и  хотЯ
человеку  непосвЯщенному  все  это  может  показатьсЯ  фантастическим  сном,
ученые, работающие в микрокосмосе атомов, не испытывают особых трудностей  в
восприЯтии такой картины.
     ‡авершив  на  этом  краткий  обзор  возможных  состоЯний   движениЯ   в
электронной  атмосфере  атома,  мы  обращаемсЯ  теперь  к  важной  проблеме,
касающейсЯ  распределениЯ  различных   атомных   электронов   по   различным
допустимым состоЯниЯм движениЯ. ‡десь мы  сталкиваемсЯ  с  новым  принципом,
совершенно незнакомым в макроскопическом  мире.  ќтот  принцип  впервые  был
сформулирован моим молодым другом ‚ольфгангом Џаули. Ћн утверждает,  что  _в
сообществе электронов  данного  атома  никакие  два  электрона  не  обладают
движением одного и того же  типа_.  ќто  ограничение  не  имело  бы  особого
значениЯ, если бы число возможных движений было  бесконечно  велико,  как  в
классической  механике.  Ќо  поскольку   правила   квантованиЯ   существенно
уменьшают число "разрешенных" состоЯний движениЯ, принцип Џаули играет очень
важную роль в атомном мире: он  обеспечивает  более  или  менее  равномерное
распределение  электронов  вокруг  атомного   Ядра   и   мешает   электронам
скапливатьсЯ в каком-то одном месте.
     Ќо из приведенной выше формулировки нового принципа не  следует  делать
вывода о том, что расплывчатые квантовые состоЯниЯ движениЯ, изображенные на
втором слайде, могут быть "занЯты" только одним  электроном.  „ействительно,
помимо движениЯ по орбите каждый электрон обладает _спином_, т.е.  вращаетсЯ
вокруг собственной оси, и доктора  Џаули  отнюдь  не  разочарует,  если  два
электрона окажутсЯ на  одной  орбите,  если  их  спины  будут  направлены  в
противоположные  стороны.  €сследование  спина  электронов  показывает,  что
скорость вращениЯ электронов вокруг собственной оси всегда одна и  та  же  и
что направление спина всегда должно быть  перпендикулЯрно  плоскости  орбит.
ќто означает, что возможны только два различных направлениЯ  спина,  которые
соответственно можно считать происходЯщими "по часовой  стрелке"  и  "против
часовой стрелки".
     ’аким образом, применительно к квантовым состоЯниЯм принцип Џаули может
быть сформулирован следующим образом: _в каждом квантовом состоЯнии движениЯ
могут находитьсЯ  не  более  двух  электронов,  спины  которых  должны  быть
направлены   в   противоположные   стороны_.   ЏроходЯ   всю    естественную
последовательность элементов к  атомам  со  все  большим  и  большим  числом
электронов,  мы  обнаружим,  что  различные  квантовые  состоЯниЯ   движениЯ
постепенно заполнЯютсЯ электронами и диаметр атома монотонно  возрастает.  ‚
этой свЯзи нельзЯ не  упомЯнуть  о  том,  что  с  точки  зрениЯ  силы  свЯзи
различные квантовые состоЯниЯ атомных электронов  могут  быть  объединены  в
отдельные группы (или оболочки) с приблизительно равной силой свЯзи. Џо мере
продвижениЯ вдоль естественной последовательности элементов, мы  видим,  что
одна  группа  заполнЯетсЯ  за  другой  и  в   результате   последовательного
заполнениЯ электронных оболочек свойства атомов периодически изменЯютсЯ. ќто
объЯснЯет  хорошо  известную  периодичность  свойств   элементов,   открытую
эмпирически знаменитым русским химиком „митрием €вановичем Њенделеевым.

                                  ѓлава 12
                                ‚нутри Ядра

     ‘ледующаЯ лекциЯ,  которую  посетил  мистер  ’омпкинс,  была  посвЯщена
внутреннему строению Ядра как  центра,  вокруг  которого  вращаютсЯ  атомные
электроны.
     - ‹еди и джентльмены, - начал  профессор.  -  ‚се  более  углублЯЯсь  в
строение материи, мы попытаемсЯ теперь  проникнуть  нашим  мысленным  взором
внутрь  Ядра,  в  загадочную  область,  занимающую  лишь  одну  тысЯчную  от
миллиардной доли общего объема атома. € все же, несмотрЯ на столь невероЯтно
малые размеры новой области наших иссследований, мы обнаружили в  ней  самую
оживленную деЯтельность. ‚едь атомное Ядро - сердце атома, и именно  в  нем,
несмотрЯ на сравнительно малые  размеры,  сосредоточено  99,97%  всей  массы
атома.
     ‚ступаЯ в область атомного Ядра  после  сравнительно  бедно  населенной
электронной атмосферы  атома,  мы  сразу  же  будем  поражены  ее  необычной
перенаселенностью. …сли электроны атомной атмосферы движутсЯ  в  среднем  на
расстоЯниЯх, превышающих их собственный диаметр примерно в  несколько  тысЯч
раз, то частицы, живущие внутри Ядра, буквально теснились бы плечом к плечу,
будь у них плечи. ‚ этом смысле  картина,  котораЯ  открываетсЯ  нам  внутри
Ядра, очень напоминает картину обыкновенной жидкости с тем  лишь  различием,
что внутри Ядра мы вместо молекул встречаем гораздо более мелкие  и  гораздо
более элементарные частицы, известные под названием _протоны_ и  _нейтроны_.
“местно заметить, что, несмотрЯ на различные имена, протоны и нейтроны можно
рассматривать просто как два различных зарЯдовых состоЯниЯ одной  и  той  же
тЯжелой  элементарной  частицы,  известной  под  названием  нуклон.   Џротон
представлЯет собой положительно зарЯженный нуклон,  нейтрон  -  электрически
нейтральный  нуклон.  Ќе  исключена  возможность,   что   существуют   также
отрицательно зарЯженные  нуклоны,  хотЯ  их  пока  никто  не  наблюдал.  —то
касаетсЯ их  геометрических  размеров,  нуклоны  не  слишком  отличаютсЯ  от
электронов: диаметр нуклона составлЯет около 0,000 000 000 0001  см.  Ћднако
нуклоны  гораздо  тЯжелее:  на  чашках  весов  протон  или   нейтрон   можно
уравновесить 1840  электронами.  Љак  Я  уже  говорил,  частицы,  образующие
атомное Ядро, упакованы очень плотно  и  это  объЯснЯетсЯ  действием  особых
_Ядерных сил сцеплениЯ_, аналогичных силам, действующим между  молекулами  в
жидкости. ’ак же как в жидкости силы Ядерного  сцеплениЯ  не  дают  нуклонам
полностью отделитьсЯ друг от друга, но не мешают относительным  перемещениЯм
нуклонов.  ’аким  образом,  ЯдернаЯ  материЯ  в  какой-то  степени  обладает
текучестью  и,  не  будучи  возмущаема  внешними  силами,  принимает   форму
сферической капли, как обычнаЯ каплЯ  жидкости.  Ќа  схеме,  которую  Я  вам
сейчас покажу, условно изображены различные типы атомных Ядер,  образованных
из протонов и нейтронов. Џростейшее Ядро  водорода  состоит  всего  лишь  из
одного протона, в то времЯ как  самое  сложное  Ядро  урана  состоит  из  92
протонов и 142 нейтронов. ђазумеетсЯ, разглЯдываЯ эти картинки,  не  следует
упускать из виду, что перед вами лишь весьма условные  изображениЯ  реальных
Ядер, поскольку в силу фундаментального принципа неопределенности  квантовой
теории положение каждого нуклона в  действительности  "размазано"  по  всему
объему Ядра.
     Љак Я уже упоминал,  частицы,  образующие  атомное  Ядро,  удерживаютсЯ
вместе мощными силами сцеплениЯ, но помимо этих  сил  притЯжениЯ  существуют
также  силы  другого  рода,  действующие  в   противоположном   направлении.
„ействительно,  протоны,  на  долю  которых  приходитсЯ  примерно   половина
нуклонного населениЯ, несут положительный зарЯд. ‘ледовательно,  между  ними
действуют силы отталкиваниЯ - так называемые кулоновские  силы.  „лЯ  легких
Ядер,  электрический  зарЯд  которых  сравнительно  мал,   это   кулоновское
отталкивание не имеет особого значениЯ, но в более тЯжелых Ядрах с б_о_льшим
электрическим  зарЯдом  кулоновские  силы  начинают   составлЯть   серьезную
конкуренцию силам  Ядерного  сцеплениЯ.  Љак  только  это  произойдет,  Ядро
утрачивает стабильность и может испустить какие-нибудь из  составлЯющих  его
частиц. €менно так ведут себЯ  некоторые  элементы,  расположенные  в  самом
конце  Џериодической  системы  и  известные  под  названием   _радиоактивные
элементы_.
     <center><img src="gamov52.jpg"></center>
     €з приведенных выше общих соображений вы можете  заключить,  что  такие
тЯжелые нестабильные Ядра должны испускать  протоны,  так  как  нейтроны  не
несут никакого электрического зарЯда, и поэтому на  них  не  действуют  силы
кулоновского отталкиваниЯ. Ћднако, как  показывают  эксперименты,  некоторые
радиоактивные Ядра испускают так называемые _альфа-частицы_ (Ядра гелиЯ), т.
е. сложные образованиЯ, каждое из которых состоит из двух  протонов  и  двух
нейтронов. ЋбъЯснЯетсЯ это особой группировкой  частиц,  образующих  атомное
Ядро. „ело в том, что комбинациЯ двух протонов и двух нейтронов,  образующаЯ
альфу-частицу, отличаетсЯ повышенной стабильностью, и поэтому легче оторвать
такую группу целиком, чем разделить ее на отдельные протоны и нейтроны.
     Љак вы, вероЯтно, знаете, Явление радиоактивного распада  было  впервые
открыто французским физиком Ђнри Ѓеккерелем, а знаменитый  британский  физик
лорд ђезерфорд, чье имЯ Я уже упоминал в другой свЯзи, которому наука  столь
многим обЯзана за его важные открытиЯ  в  физике  атомного  Ядра,  предложил
объЯснение радиоактивного распада как спонтанного, т. е.  самопроизвольного,
распада атомного Ядра на части.
     Ћдна из наиболее замечательных  особенностей  альфа-распада  состоит  в
иногда необычайно долгих периодах времени, необходимых альфа-частицам, чтобы
"выбратьсЯ" из атомного Ядра на свободу. „лЯ _урана_ и _ториЯ_  этот  период
составлЯет, по  оценкам,  миллиарды  лет,  длЯ  радиЯ  -  около  шестнадцати
столетий, и хотЯ существуют элементы, длЯ которых альфа-распад происходит  в
доли секунды, продолжительность их жизни можно также считать очень долгой по
сравнению с быстротой их внутриЯдерного движениЯ.
     —то же заставлЯет альфа-частицу оставатьсЯ внутри  Ядра  на  протЯжении
иногда многих миллиардов лет?  €  если  альфа-частица  так  долго  находитсЯ
внутри Ядра, то что заставлЯет ее все же покинуть его?
     „лЯ ответа на эти вопросы нам необходимо предварительно узнать  немного
больше  о  сравнительной  интенсивности  сил  внутриЯдерного   сцеплениЯ   и
электростатических  сил  отталкиваниЯ,  действующих  на   частицу,   котораЯ
покидает атомное Ядро. ’щательное экспериментальное изучение этих  сил  было
проведено  ђезерфордом,  который  воспользовалсЯ  методом   так   называемой
_атомной бомбардировки_. ‚ своих  знаменитых  экспериментах,  выполненных  в
Љавендишской  лаборатории,  ђезерфорд  направлЯл  пучок  быстро   движущихсЯ
альфа-частиц, испускаемых каким-нибудь радиоактивным веществом, на мишень  и
наблюдал отклонениЯ (рассеЯние) этих атомных снарЯдов при столкновении их  с
Ядрами  бомбардируемого  вещества.   ќксперименты   ђезерфорда   убедительно
показали,  что  на  больших  расстоЯниЯх  от  атомного  Ядра   альфа-частицы
испытывали  сильное  отталкивание  электрическими  силами  зарЯда  Ядра,  но
отталкивание  сменЯлось   сильным   притЯжением   в   тех   случаЯх,   когда
альфа-частицы пролетали вплотную  от  внешних  границ  Ядерной  области.  ‚ы
можете сказать, что  атомное  Ядро  в  какой-то  мере  аналогично  крепости,
окруженной со всех сторон высокими крутыми стенами, не позволЯющими частицам
ни попасть внутрь,  ни  бежать  наружу.  Ќо  самый  поразительный  результат
экспериментов  ђезерфорда   состоЯл   в   установлении   следующего   факта:
_альфа-частицы, вылетающие из Ядра при радиоактивном распаде или проникающие
внутрь  Ядра  при  бомбардировке  извне,  обладают  меньшей  энергией,   чем
требовалось бы длЯ преодолениЯ  высоты  стен  крепости,  или  потенциального
барьера_,  как  мы  обычно  говорим.  ќто  открытие   ђезерфорда   полностью
противоречило всем фундаментальным представлениЯм классической  механики.  ‚
самом деле, как можно ожидать, что мЯч перекатитсЯ через вершину холма, если
вы бросили его с энергией,  недостаточной  длЯ  подъема  на  вершину  холма?
ЉлассическаЯ  физика  могла  лишь  широко  раскрыть  глаза  от  удивлениЯ  и
высказать предположение о том, что в эксперименты ђезерфорда где-то вкралась
какаЯ-то ошибка.
     Ќо в действительности никакой ошибки  не  было,  и  если  кто-нибудь  и
ошибалсЯ,  то  не  лорд  ђезерфорд,  а...  классическаЯ  механика!  ‘итуацию
проЯснили одновременно мой добрый друг доктор ѓамов и доктора ђональд ѓерней
и ќ. “. ‹ондон. Ћни обратили внимание  на  то,  что  никаких  трудностей  не
возникает, если подойти к проблеме  с  точки  зрениЯ  современной  квантовой
теории. „ействительно, как мы знаем, современнаЯ квантоваЯ физика  отвергает
четко  определенные  траектории-линии  классической  теории  и  заменЯет  их
расплывчатыми призрачными следами.  Џодобно  тому,  как  доброе  старомодное
привидение  могло  без  труда  проходить  сквозь  толстые   каменные   стены
старинного  замка,  так  призрачные  траектории   могут   проникать   сквозь
потенциальные  барьеры,  которые  с  классической  точки   зрениЯ   казались
совершенно непроницаемыми.
     Ќе думайте,  пожалуйста,  будто  Я  шучу:  проницаемость  потенциальных
барьеров длЯ частиц с недостаточной энергией ЯвлЯетсЯ прЯмым  математическим
следствием из фундаментальных уравнений новой квантовой  механики  и  служит
весьма убедительной иллюстрацией одного из  наиболее  существенных  различий
между старыми и новыми представлениЯми о движении. Ќо  хотЯ  новаЯ  механика
допускает столь необычные эффекты, она делает это только при весьма  сильных
ограничениЯх:  в  большинстве  случаев   вероЯтность   пересечениЯ   барьера
чрезвычайно мала, и попавшей в  темницу  Ядра  частице  придетсЯ  невероЯтно
большое число раз бросатьсЯ на стены, прежде чем  ее  попытки  выбратьсЯ  на
свободу увенчаютсЯ успехом. ЉвантоваЯ теориЯ дает  нам  точные  правила  длЯ
вычислениЯ вероЯтности такого побега. Ѓыло показано, что наблюдаемые периоды
альфа-распада находЯтсЯ в полном соответствии  с  предсказаниЯми  теории.  ‚
случае  альфа-частиц,  бомбардирующих   атомное   Ядро   извне,   результаты
квантово-механических  расчетов  находЯтсЯ  в  великолепном  соответствии  с
экспериментом.
     Џрежде чем Я  продолжу  свою  лекцию,  мне  хотелось  бы  показать  вам
некоторые  фотографии  процессов  распада  различных  Ядер,   бомбардируемых
атомными снарЯдами высокой энергии (первый слайд, пожалуйста!).
     Ќа этом слайде (см. рис. на с. 174) вы видите  два  различных  распада,
сфотографированных в  пузырьковой  камере,  о  которой  Я  говорил  в  своей
предыдущей лекции. Ќа снимке (Ђ) вы видите столкновение Ядра азота с быстрой
альфа-частицей. ќто первый из  когда-либо  сделанных  снимков  искусственной
трансмутации (превращениЯ) элементов. ќтим снимком мы обЯзаны ученику  лорда
ђезерфорда  Џатрику  Ѓлэккету.  Ћтчетливо   видно   большое   число   треков
альфа-частиц,  испускаемых  мощным  источником   альфа-частиц.   Ѓольшинство
альфа-частиц пролетают все поле зрениЯ, не претерпеваЯ ни одного  серьезного
столкновениЯ. ’рек альфа-частиц останавливаетсЯ вот здесь, и вы видите,  как
из  точки  столкновениЯ  выходЯт  два  других  трека.  „линный  тонкий  трек
принадлежит протону, выбитому из Ядра азота, в то времЯ как короткий толстый
трек соответствует отдаче самого Ядра. Ќо  это  более  уже  не  Ядро  азота,
поскольку, потерЯв протон и поглотив налетевшую  альфа-частицу,  Ядро  азота
превратилось в Ядро кислорода.  ’аким  образом,  мы  становимсЯ  свидетелЯми
алхимического превращениЯ азота в кислород с водородом в качестве  побочного
продукта.
     Ќа  снимках  (Ѓ),  (‚)  вы  видите  распад  Ядра  при  столкновении   с
искусственно  ускоренным  протоном.   Џучок   быстрых   протонов   создаетсЯ
специальной машиной, работающей под высоким напрЯжением и известной  публике
под названием "атомнаЯ дробилка", и поступает в камеру через длинную трубку,
конец которой виден на снимках. Њишень, в данном случае  тонкий  слой  бора,
помещаетсЯ у открытого конца трубки с таким расчетом,  чтобы  осколки  Ядра,
возникшие при столкновении, должны были пролетать сквозь  воздух  в  камере,
образуЯ туманные  треки.  Љак  вы  видите  на  снимке  (‚),  Ядро  бора  при
столкновении с протоном, распадаетсЯ на три части, и,  с  учетом  сохранениЯ
электрического зарЯда, мы приходим к  заключению,  что  каждый  из  осколков
делениЯ представлЯет собой альфа-частицу, т. е. Ядро гелиЯ. ќти два  Ядерных
превращениЯ представлЯют весьма типичные  примеры  нескольких  сотен  других
Ядерных превращений, исследованных современной экспериментальной физикой. ‚о
всех превращениЯх такого рода,  известных  под  н