Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях - Уолтер Гратцер

Western Electric (позже компания Bell) погрязла в долгой и недешевой тяжбе с General Electric по поводу патента на вакуумную лампу. Western Electric приобрела патент у изобретателя Ли де Фореста, — предполагалось, что лампа пригодится для улучшения качества телефонной связи на больших расстояниях. Вопрос состоял в том, отличается ли существенным образом лампа Ли де Фореста от конструкции Ирвинга Ленгмюра, правами на которую владела General Electric, наша лампа, заявляли тамошние специалисты, настоящая вакуумная лампа, тогда как для работы лампы де Фореста требуется присутствие небольшого количества воздуха внутри. Дэвиссону поручили изучить, в соответствии с патентом, излучение электронов с горячей металлической мишени внутри вакуумной лампы при попадании туда пучка положительно заряженных частиц; однако прежде чем этим заняться, он наткнулся на новое явление. Если внести небольшие изменения, понял он, лампу можно использовать для бомбардировки мишени электронами, что, как было известно, вызывает испускание вторичных электронов со значительно меньшей энергией. И Дэвиссон обнаружил, что когда трубка работает в таком режиме, удается зарегистрировать также небольшое количество высокоэнергетических электронов, летящих от мишени назад. Это, осознал он, небольшая часть исходных электронов, отраженных мишенью.

При этом Дэвиссон помнил про эксперименты Резерфорда с альфа-частицами, которым физики обязаны столь удивительными знаниями об устройстве атома: когда альфа-частицами обстреливали тонкую металлическую фольгу, большая часть этих частиц проходила насквозь, а те немногие, которые врезались в ядра, отражались в точности обратно. Дэвиссона заинтересовало, несут ли отраженные электроны новую информацию о внутренних энергетических уровнях атомов мишени, и он убедил своих работодателей позволить ему изучить этот вопрос. Исследовать он собирался отражение электронов разными металлами.

Откровение явилось в 1925 году. Дэвиссон с ассистентом Джермером занимались своими экспериментами по электронной бомбардировке, и тут в лаборатории неожиданно взорвался сосуд с жидким воздухом. Взрыв разнес все вокруг, включая и их вакуумную лампу. Покрытие горячей мишени, сделанное из кристаллического никеля, оказалось на воздухе и вскоре покрылось пленкой оксида никеля. Дэвиссон и Джермер восстановили свою лампу, не меняя мишени, которую они, правда, прокалили в вакууме, чтобы избавиться от оксидного слоя, и снова приступили к своим опытам. Однако, когда они взялись анализировать распределение отраженных электронов в пространстве, результат был совершенно иным и довольно неожиданным: интенсивность потока отраженных электронов имела ярко выраженные максимумы под строго определенными углами относительно мишени. Озадаченные исследователи сломали трубку и принялись изучать ее поверхность. Прокаливание, как оказалось, превратило микроскопические кристаллы никеля в большие кристаллические пластинки. Электроны, отраженные кристаллической решеткой никеля, интерферировали, как положено волнам. Чтобы окончательно понять, что означают полученные результаты, Дэвиссону пришлось съездить на ежегодное собрание Британской ассоциации развития науки. Перед конференцией Дэвиссон уехал с женой в отпуск, и потому слегка опоздал к началу заседаний. Как же он был изумлен, услышав от одного из докладчиков, Макса Борна, рассказ про свои опыты с пластиной, которые тот приводил как доказательство существования электронных волн. Плывя на корабле домой, Дэвиссон размышлял о новой теории — волновой механике. Вернувшись в лабораторию, он и Джермер приступили к поискам пиков интенсивности там, где их предсказывала теория, и, наконец, после долгой работы, нашли их.

Дж. П. Томсон пришел к тем же результатам независимо и другим путем. В 1927 году он был профессором физики Абердинского университета. Вместе с коллегой он поставил эксперимент по бомбардировке тонкой металлической фольги, закрепленной в вакуумной трубке, электронным пучком. Неожиданно он обнаружил, что распределение интенсивностей у потока электронов, прошедших сквозь фольгу, представляет собой серию колец — в чем было сложно не распознать картину интерференции. Нобелевскую премию по физике 1937 года Томсон и Дэвиссон разделили поровну.

Davisson С. and Germer LH., Physical Review, 30, 705 (1927) и описание их работы: History of Physics, ed. Weart Spencer R. and Phillips Melba (American Institute of Physics, New York, 1985).

Небольшой коричневый пес

Во времена правления королевы Виктории в Британии возникло мощное движение против вивисекции, причем его представители обладали серьезным влиянием в обеих палатах парламента. К физиологам, таким как Клод Бернар и Шарль Рише во Франции, а также Мишель Фостер и Бурдон Сандерсон в Англии, любители животных испытывали острую ненависть. Не вызывало сомнений, что на живых животных ставили множество жестоких и зачастую ненужных опытов — особенно во Франции, где никакие законы этому не препятствовали. Величайший физиолог Клод Бернар сделался объектом жестоких нападок (даже со стороны членов собственной семьи), равно как и его учитель Франсуа Магенди (которому доставалось еще больше). Антививисекторы проникали на лекции Магенди, где тот показывал демонстрационные опыты, а затем описывали увиденные там ужасы, не жалея при этом красок и эпитетов. Член парламента Генри Лабушер вспоминает какофонию криков подопытных животных, которая ранила его слух в коридорах Медицинской школы в Париже, и реплику вахтера, который на его замечание отвечал: “А чего вы хотите? Наука…” Люди часто слышали, как Магенди кричал страдающей собаке, распластанной перед ним на столе: “Заткнись, несчастная тварь!”

В Великобритании Министерство внутренних дел издало специальный закон об использовании животных в научных целях. Кампания против вивисекции в парламенте и за его стенами была хорошо организована и профинансирована. Ее апогеем стало “дело о коричневой собаке” 1907 года. Эту историю затеяли две юные леди из Швеции, слушательницы Лондонской медицинской школы для женщин. Ранее они уже были потрясены опытами над животными, которые видели во Франции, а теперь с ужасом смотрели на то, что им показывали на лекциях по физиологии в Университетском колледже. Девушки уже через год забросили учебу, однако все это время они вели дневник, куда педантично записывали свои наблюдения. В апреле 1903 года они показали его Стивену Кольриджу, адвокату и уполномоченному Национального общества против вивисекции.

Внимание Кольриджа особо привлек один случай. Перед тем как животное принесли в анатомический театр, девушки успели рассмотреть его вблизи и обнаружили полузалеченные шрамы от операций, один из которых, на брюхе, был просто-напросто стянут зажимом. Акт о жестокости при обращении с животными запрещал использовать их более чем в одном эксперименте (хотя эксперимент мог включать две операции), а тут имелась коричневая собака, одетая в плотный намордник и привязанная к столу, которой Бейлис вскрыл шею, чтобы продемонстрировать слюнные железы. Животное, по свидетельству девушек, испытывало страдания, “жестокие и бессмысленные” Бейлис полчаса подряд пытался измерить давление слюны, и все это время собака пребывала в полном сознании. Более того, запаха обезболивающего не ощущалось.

Кольридж рассказал о сих вопиющих случаях, немного их приукрасив, при большом стечении негодующей публики. О его выступлении поведали газеты, и в палате общин прозвучали неизбежные вопросы. Бейлис, выставленный преступником, обратился к адвокату, который потребовал, чтобы Кольридж взял свои слова назад и принес извинения. Когда же Кольридж отказался, ему прислали повестку в суд. Процесс в мировом суде начался и ноября 1903 года. Галерея для публики была забита битком.

Первым из свидетелей выступал Эрнест Старлинг, профессор физиологии в Университетском колледже (заработавший известность совместной с Бейлисом работой по физиологии сердечной деятельности). Он показал, что действительно использовал в опытах коричневую собаку (по его словам, маленькую, а по словам Кольриджа — большую), на которой изучал расстройства поджелудочной железы (в числе которых и диабет). Он вскрыл ей брюхо и перевязал поджелудочный проток. Два месяца спустя, в день показательного опыта Бейлиса, он осмотрел внутренние органы, чтобы узнать о последствиях первой операции. Убедившись, что все идет как задумано, Старлинг передал анестезированное животное Бейлису для его демонстрационных опытов по изучению секреции.

Старлинг нарушил Акт о жестокости с животными, однако заявил в свою защиту, что поступил так только затем, чтобы не жертвовать жизнью еще одной собаки. Как уверял Бейлис — и это смогли подтвердить несколько студентов, присутствовавших на той лекции, — собака не мучалась, ее просто иногда сотрясали судороги. Будь иначе, Бейлис просто не смог бы сделать надрез. Собаке бережно вводили обезболивающее: сначала это был укол морфина, потом — стандартная смесь хлороформа, спирта и эфира, которая поступала в организм через трубку, протянутую под столом и уходящую в глубь собачьей трахеи. Очевидно, спрятанную конструкцию девушки-обвинительницы не разглядели. Опыт, имевший целью показать, что давление слюны не зависит от кровяного давления, провалился: у Бейлиса не получалось стимулировать электрическим током нерв, управляющий слюнными железами, и после получаса безуспешных попыток он сдался. Затем лаборант отнес собаку студенту по имени Генри Дейл, который извлек поджелудочную железу для последующего вскрытия, а саму собаку убил ударом ножа в сердце.