"Роберт Вильямс Вуд. Современный чародей физической лаборатории" - читать интересную книгу автора (Сибрук Вильям)

ГЛАВА ПЯТНАДЦАТАЯ Семья Вудов путешествует вокруг света. Спектроскоп переезжает из сарая во дворец, а кошка становится безработной

Пятидесятилетие Вуда совпало с годом окончания мировой войны. В последующие годы его научная и общественная деятельность развивалась в таких темпах, которым могли позавидовать и молодые люди.

Он ненавидит слова «общественный» и «общество», но это не меняет того факта, что он и вся семья его очень любят шумное общество и веселье. С 1918 года они стали космополитами — летом живя в загородных домах Англии, в Париже или Бретани, зимой — в Сен-Жан де Люс, или Ceн-Морице, веселились с самыми модными молодыми людьми общества того периода, и в тоже время встречались со знаменитостями — коллегами Вуда в его области науки.

Полный список поездок семьи Вудов через океан, званых обедов, визитов в Э-ле-Бэн, Баден-Баден, Биарриц, Венецию и Лидо за двадцатые — тридцатые годы дал бы вам ложное впечатление, что Вуд сам сделался интернациональным кутилой и «глобтроттером». В действительности, в эти же годы он провел ряд важнейших своих исследований и внес ценнейшие вклады в науку. Он действительно сверхподвижный человек, но никогда не тратит свою энергию понапрасну.

Как только он вышел из армии и вернулся в Балтимору, он снова принялся за работу с парами натрия, которую прервала война. В 1919 году он открыл, что тонкие слои натрия и калия, осажденные на внутренней поверхности кварцевых колб при температуре жидкого воздуха, настолько непрозрачны, что сквозь них не видно солнца, но пропускают широкую область коротковолновых ультрафиолетовых лучей до длины волны в 2000 ангстрем. Эта работа была важна в связи с новой теорией оптических свойств металлов. В то же время Вуд заинтересовался тайной спектра водорода тем, что, в то время как все земные источники получения светящегося водорода давали спектр всего из восьми линий, так называемой серии Бальмера, в спектрах хромосферы солнца и многих звезд видны тридцать три члена серии. Результат этого исследования служит таким хорошим примером того, как данные чистой науки могут приобретать немедленное практическое значение, что я предоставляю рассказать об этом ему самому:

«Бор, великий датский физик, объяснение которым серии Бальмера в спектре водорода создало сенсацию на Бирмингамском собрании Британской Ассоциации, сказал мне, что он считает, что отсутствие серий высших номеров в разрядных трубках может быть обусловлено большой близостью друг к другу атомов в газе. Поэтому не могут осуществиться более вытянутые орбиты электронов, которые по его новой теории соответствуют короткому ультрафиолетовому излучению, в то время как на „водородных“ звездах могло быть достаточно места для этих орбит благодаря очень низкому давлению газа. Такое объяснение делало лабораторные опыты бесперспективными, так как свечение в вакуумной трубке сильно падает с падением давления, но я все же решил попробовать.

Чтобы восполнить потерю света, которую я ожидал от понижения давления, я сделал трубку более трех футов длины. Два конца ее оканчивались большими расширениями для электродов и была отогнуты под прямым углом, так что свет от всей трубки мог выходить сквозь тонкостенное стекло, выдутое на изгибе. Трубка возбуждалась высоковольтным трансформатором, но при очень малых давлениях показывала только две или три линии Бальмера и слабые признаки сотен линий, которые, как мы теперь знаем, объясняются присутствием молекулярного водорода. Идея была явно неверной, но при более высоких давлениях линии, которые я искал, становились, гораздо сильнее, а остальные линии слабели и условия наблюдения улучшались со дня на день. В трубку все время поступал влажный водород через длинную капиллярную трубочку толщиной в волос, а на другом конце работал откачивающий насос. На третий день центральная часть трубки светилась пурпурным светом почти невыносимой яркости, и спектроскоп показывал, что излучаются только линии серий Бальмера. Мне, наконец, удалось сфотографировать двадцать два члена серии, увеличив более чем вдвое число бальмеровских линий, наблюдавшихся в лабораториях до этого. Дальнейшее изучение показало, что причиной улучшения было то обстоятельство, что теперь в трубке оставались только атомы водорода. Они и излучали линии Бальмера, а молекулы, состоящие из двух связанных атомов, давали весьма сложный спектр из тысяч линий. Они и сплошной „фон“, который их сопровождает, и были причиной скрывавшей коротковолновые линии Бальмера во всех предыдущих работах, Во время работы я нашел, что успех ее зависит от того, что атомный водород, создаваемый сильным разрядом, мог рекомбинироваться в молекулы только при соприкосновении со стенками трубки или алюминиевыми электродами. Центральная часть трубки была настолько удалена от них, что они на нее не действовали, а водяные пары, поступавшие вместе с водородом, создавали пленку на стенках, „отравлявшую“ стенки, как показал Лэнгмюр, так, что рекомбинация атомов водорода на стенках прекращалась.

Самое же интересное наблюдение было, сделано, когда в короткий боковой отросток трубки была помещена для другого опыта короткая петля вольфрамовой проволоки. Ее надо было нагреть добела от аккумулятора, чтобы посмотреть, окажет ли испускание свободных электродов какое-нибудь действие на разряд. К моему изумлению, проволочка осталась накаленной добела и после того, как я разъединил цепь аккумулятора, хотя она и находилась не на линии разряда, а в маленькой боковой трубочке. В этот момент в мою комнату вошел Астон, английский физик — и широко открыл глаза от удивления. Он предположил, что, может быть, поразительный разряд протекает из главной линии на батарею, которая одним полюсом еще была соединена с вольфрамовым волоском. Я совершенно снял все провода, кроме самой петельки, но она продолжала светиться, как автомобильная лампочка. Выяснилось, что вольфрам вызывал рекомбинацию атомов водорода в молекулы, и тепло, выделявшееся при этом, раскаляло проволочку добела. Результаты этих опытов была опубликованы в двух статьях в Proceedings of the Royal Society. Вскоре после этого я демонстрировал эффект исследовательскому составу компании „Дженерал Электрик“ в Скинектеди, сделав на месте вакуумную трубку. На этот раз вольфрамовый волосок был смонтирован в трубочке, ведущей к насосу. Давление обставляло примерно только 1/700 атмосферного, а атомный газ находился почти при комнатной температуре, и все же в потоке холодного атомного водорода проволочка накалялась добела. Доктор Лэнгмюр был очень заинтригован и стал думать, что же получится с потоком такого газа при атмосферном давлении. Его размышления привели к важному изобретению, ибо меньше чем через полгода он взял патент на метод атомно-водородной сварки, который оказался чрезвычайно ценным: этим способом можно сваривать все металлы, не прожигая их и без трещин».

Результатом научной оригинальности и энергии Вуда в общественной жизни явилось то, что судьба предоставила ему в это время возможности частной лаборатории, опирающейся на большой капитал. Он встретился с Альфредом Лумисом во время войны на полигоне в Эбердине, а впоследствии они стали соседями на Лонг-Айленде. Лумис был мультимиллионером и нью-йоркским банкиром, и в течение всей жизни «для души» увлекался физикой и химией. Лумис был amateur в подлинном французском смысле этого слова — в английском языке нет слова, в точности соответствующего ему. Во время войны он изобрел «хронограф Лумиса» для измерения скорости полета снарядов. Их дружба привела к основанию прекрасной лаборатории в Такседо Парке и заняла большое место в жизни обоих. Сказать, что их дружба похожа на отношения Леонардо да Винчи и герцога Моро будет совершенно неправильно, ибо характер Вуда таков, что сам всемогущий бог не смог бы быть его патроном.

Счастливая совместная работа достигла в 1924 году полного расцвета. Вот рассказ Вуда о том, что, произошло: «Лумис гостил у своих теток в Ист Хэмптоне и однажды зашел ко мне, как раз когда я работал в сарае-лаборатории. Мы долго разговаривали, обменивались рассказами о том, что видели и слышали о „применениях науки в войне“. Затем мы перешли к теме о научной работе после войны, и после этого у него вошло в привычку заходить ко мне каждый вечер — очевидно, он находил обстановку старого сарая более интересной, если и менее освежающей, чем пляж и местный клуб.

Однажды он сказал мне, что если я захочу предпринять какое-либо исследование, которое мы бы могли провести вместе и которое требует больше денег, чем позволяет бюджет Отделения физики, то он с удовольствием возьмет на себя расходы. Я рассказал ему об опытах Ланжевена с ультразвуками во время войны и убитых рыбах в тулонском арсенале. Это представляло собой широкое поле работы для физики и химии, так как сам Ланжевен изучал высокочастотные волны только как средство локации подводных лодок. Лумис преисполнился энтузиазма, и мы поехали в лабораторию „Дженерал Электрик“, чтобы обсудить вопрос с Уитни и Хэллом.

В результате в Скинектеди был построен прибор, который мы сначала Установили в большой комнате гаража Лумиса в Такседо Парке, в Нью-Йорке, где мы работали вместе, убивая рыб и мышей и пытаясь выяснить, почему и как именно они были убиты, т. е. разрушают ли волны ткани, или действуют на нервы, или же происходит что-нибудь еще.

Генератор имел очень внушительный вид. В нем были две огромные трубки — плиотроны, мощностью по два киловатта, целая батарея масляных конденсаторов и переменный конденсатор из параллельных пластинок, типа, знакомого каждому любителю радио, но высотой в шесть футов и в два фута диаметром. Затем там была индукционная катушка для повышения напряжения и круглая кварцевая пластинка с электродами в масляной ванне в плоском стеклянном сосуде. Мы создавали переменное напряжение в 50 тысяч вольт при частоте от 200 до 500 тысяч колебаний в секунду. Это напряжение, приложенное к электродам кварцевой пластинки, заставляло ее расширяться и сжиматься с той же частотой и таким образом генерировать ультразвуковые волны в масле, давление которых на его поверхность поднимало густую жидкость горкой около двух дюймов высоты; из этой горки вылетал фонтан масляных капель, некоторые из которых взлетали на фут или выше. Мы могли „проводить“ колебание из масла в стеклянные сосуды и стержни разной формы, погружая их в масло над колеблющейся пластинкой, и обнаружили, что их можно передавать вдоль стеклянной нити толщиной с конский волос на расстояние в ярд и больше. Если конец нити легко держать между пальцами, не сжимая его, то не ощущалось ничего особенного, но если пальцы сжать, нить казалась раскаленной докрасна, и через секунду на коже руки выжигалась белая канавка. Тонкая стеклянная палочка, переносящая волны и крепко прижатая к сосновой, доске, вызывала в ней искры и дым и прожигала дерево, оставляя отверстие с почерневшими краями. Если на место доски ставилась стеклянная пластинка, вибрирующая палочка проходила сквозь нее, „высверливая“ отверстие и выбрасывая из него тонкий порошок из маленьких плавленых стеклянных шариков. Если волны пропускались сквозь границу, разделяющую такие две жидкости, как масло и вода, или ртуть и вода, образовывались более или менее устойчивые эмульсии. Кровяные шарики „взрывались“, и красное красящее вещество расходилось по раствору, давая чистый красный цвет, похожий на анилиновую краску. Эти и целый ряд других новых и интересных эффектов были открыты в первые два года наших экспериментов.

Когда объем работ расширился, нам стало тесно в гараже, и Лумис приобрел Спенсер Траск Хаус, большое каменное здание с башней, похожее на английский загородный особняк, стоявшее на вершине одного из холмов Такседо Парка. Он преобразовал его в замечательную частную лабораторию, с комнатами для гостей или сотрудников, отличной механической мастерской с механиками и дюжиной или больше рабочих комнат. Я перевез сюда свой сорокафутовый спектрограф из Ист Хэмптона и установил его на фундаменте лаборатории, так что мог теперь продолжать спектроскопическую работу в лучшей обстановке. Лумис изготовил для инструмента новую трубу, так как не имело смысла выкапывать глиняные трубы, которые сослужили мне верную службу. Новая труба была покрыта изолирующим войлоком, с приспособлением для поддержания постоянной температуры; была сделана новая и лучшая, чем прежде, камера, установлены моторы, счетчики оборотов и т.д., для вращения решетки, которую поместили в маленькой „кабинке“ вокруг кирпичной колонны, на которой она была смонтирована; сделали еще много приспособлений и новшеств — пока я не сказал Лумису, что от моего старого спектроскопа остались только сорок футов. Он „обновился“ и не нуждался больше в услугах кошки».

Лумис, очень хотевший встретиться с некоторыми из знаменитых физиков Европы и посетить их лабораторий, предложил Вуду поехать с ним за границу. Они сделали две поездки — одну летом 1926 года, другую в 1928 году. Переплыв в начале июля 1926 года океан на «Иль де Франс», они пересели в Плимуте на «Даймлер», на котором отправились в Херфорд к другу Вуда Томасу Р. Мертону, профессору физики в Оксфорде, и теперь — казначею Королевского Общества. Его дом стоял на реке Уай, и их прибытие совпало с сезоном ловли лосося на удочку. У Мертона была прекрасная лаборатория, и он мог показать много интересного, но на этот раз Лумис занялся вместо физики другим делом. Он целый день бродил по берегу Уай и выудил лосося весом в пятнадцать фунтов. В Париже они прекрасно провели время, посещая лаборатории, в том числе у доктора Жана Сэман, который заинтересовался применением ультрафиолетовых лучей в медицинской практике. Он мог рассказать многое о «свете Вуда», как его назвали во время войны французы. Вуд говорит, что у него очень несчастливая фамилия, так как при переводах ее часто путают с именем нарицательным [34]. Американский посол в Париже однажды сообщил в Государственный департамент, что французы нашли важное промышленное применение для света ртутной дуги, пропускаемого сквозь «деревянный экран», — как он перевел «ecran de Wood». У доктора Сэман в лаборатории были различные электрические приборы, в том числе рентгеновский аппарат с флуоресцирующим экраном. Лумис никогда не видел, как работает желудок человека, и доктор вежливо предложил Вуду роль морской свинки. Вуд проглотил дозу углекислого бария, после чего любопытство Лумиса было удовлетворено. Вуд потребовал себе зеркало и сам также наблюдал за опытом. Наконец, они отплыли домой на «Олимпике». Вудовские сенсационные и эффектные научные демонстрации имели снова громадный успех в 1926 году. Франклиновский институт в Филадельфии решил провести серию рождественских лекций для детей, подобных тем, которые девяносто лет тому назад устраивал Фарадей в Королевском институте в Лондоне. Доктора Вуда пригласили открыть серию лекций «Развлечения с излучением» (Recreations with radiations).

Из огромного круга оптических явлений он выбрал самые наглядные и красивые, в особенности — те, которые можно было показывать проекцией, ибо многие опыты можно показывать на большом белом экране с еще большим блеском, чем в кино. Из последних он избрал те, которые могла понять юная аудитория, и расположил их в таком порядке, что получился цельный логический рассказ, начинавшийся с простейших идей и потом переходивший к обсуждению более трудных понятий. В частности, он разработал метод проецирования на экран длинного и яркого спектра, что едва ли кому удавалось до него. Спектр достигал фута в ширину и почти десяти футов в длину, а радужные цвета были необычайно чистыми. На фоне его Вуд показал много опытов с поглощением света различными парами, жидкостями и твердыми телами, яркие спектры излучения металлической дуги и другие явления. Ряд опытов с пестрыми «узорами», получаемыми при поляризации света, и некоторые из его старых экспериментов с натрием также входили в программу — конечно, со взрывом его при погружении в воду и с рассказом о людях, которые перепугались до смерти, увидев человека, «плюнувшего в лужу огнем».

Среди аудитории был девятилетний Керн Додж, внук мистрис Джеме Мэйпс Додж и правнук Мэри Мэйпс Додж, основавшей и долгое время руководившей журналом St. Nicholas. Лекция преисполнила мальчика таким восхищением, что он пришел домой полный восторга, который, очевидно, охватил и его бабушку, в результате чего она выписала чек на 10 000 долларов для организации постоянных рождественских лекций для детей.

В то же самое время научная работа Вуда открывала новые области для исследования.

«Осенью 1927 года, — рассказывает Вуд, — я сделал удивительное открытие. Весной этого года я заметил, что флуоресценция ртутных паров, возбужденная синим светом ртутной дуги, была сильно поляризованной, в чем можно было убедиться по появлению темных полос, пересекающих светящееся пятно, если рассматривать его через призму Николя и кварцевый клин.

Вернувшись осенью в свою лабораторию, я начал работу заново, но не смог получить тех же результатов. Не было видно никаких следов поляризации. Установка и приборы — лампа, ртутная трубка, оптика — ничего не изменилось. Я пытался вспомнить какое-нибудь маленькое изменение, которое я забыл, но ничего не мог вспомнить, кроме того, что передвинул весь стол с места на место. Как это могло сказаться на опыте? Очевидно — никак; но не влияло ли магнитное поле земли? Фантастическая идея! Но я все же повернул стол со всеми приборами в прежнее положение и зажег ртутную лампу. Я посмотрел сквозь никель и увидел темные полосы на зеленом пятне флуоресценции паров ртути. Взяв трехгранный напильник, лежавший на столе, я поднес его к трубке, и полосы пропали. Напильник был намагничен прикосновением к сильному магниту, как и другие инструменты в моей лаборатории. Никогда до тех пор никто не обнаруживал, чтобы такое слабое магнитное поле, как поле земли, влияло на какое-либо оптическое явление, и я сразу же начал работу вместе с Александром Эллеттом, одним из моих лучших студентов. Первой задачей, конечно, было нейтрализовать земное поле вблизи прибора, что мы сделали, установив пару витков проволоки, по которой пропускается ток с тщательной регулировкой. Исследование заняло два года, ибо по пути мы нашли еще много интересных и сложных явлений с парами натрия. В этом случае мы имели дело с резонансным излучением — явлением, более простым, чем флуоресценция. Результаты опытов открыли новое широкое поле исследования влияния магнетизма на световые явления, и вскоре появилось много статей других исследователей на эту тему».

Осенью 1927 года многие выдающиеся физики со всего мира съехались в Комо, на родину Вольта, чтобы торжественно отметить столетие его смерти. Вуд поехал с женой и дочерью Элизабет. В Комо происходили торжественные церемонии у могилы Вольта, приемы, экскурсии на лодках днем и ночью, праздники в садах и поездки в Павию и другие места.

«В последнюю ночь, — рассказывает Вуд, — на озере состоялся фейерверк, подобного которому я никогда не видел. Он кончился 200-ярдовым барражем из фосфорных и магниевых бомб, которые взрывались со страшным грохотом и ослепительными вспышками, особенно эффектными на фоне тяжелой завесы облаков дыма. Это единственное пиротехническое зрелище, от которого у меня забегали мурашки по спине. Это было так же страшно и драматично, как на войне».

В конце церемонии делегаты поехали в Рим, где им было подготовлено новое развлечение, окончившееся приемом и чаем у Муссолини в Вилла Корсини. Каждого из делегатов должны были, прежде чем допустить в резиденцию, узнать в лицо по крайней мере три члена приемной комиссии.

Вторая поездка Вуда за границу с Альфредом Лумисом произошла в 1928 году. Они сразу же отправились к Оливеру Лоджу, который подарил каждому из них по экземпляру своей последней книги «Evidence of Immortality» («Доказательства бессмертия») [35]. Затем они посетили Чарльза В. Бойса, которого Лумис пригласил поехать с ними в Америку и провести лето в Такседо. Бойс сказал: «О, я не был в Америке уже двадцать лет, и я очень хотел бы посмотреть на все изменения, происшедшие в ней, но я довольно слаб теперь и дрожу при мысли о таком путешествии. Оно пугает меня!» Однако его сын уговорил его согласиться, а Лумис сказал: «Все, что от вас требуется — быть в Плимуте 4 июля, а все остальное устрою я».

Одной из вещей, которую Лумис надеялся достать в Англии, были астрономические часы Шорта — новый прибор для чрезвычайно точного измерения времени. Они имели «свободный маятник», качавшийся в вакууме в огромном стеклянном цилиндре, и стоили так дорого, что только пять крупнейших обсерваторий имели их. Вуд рассказывает:

«Я взял Лумиса к мистеру Хок-Джонсу, который изготовлял часы. Мы поднялись в его мастерскую по пыльной лестнице и увидели там очень мало механических приспособлений, но в углу стояли одни почти законченные часы, которые должны были стать шестыми по счету. Лумис спросил вскользь, какова цена часов, и услышав, что они стоят двести сорок фунтов (около 1200 долларов), сказал, также вскользь: „Прекрасно. Я возьму у вас три экземпляра“. Мистер Джонс наклонился вперед, будто бы ослышался, и переспросил: „Как вы сказали?“ — „Я заказываю три штуки, — повторил мистер Лумис. — Когда вы сможете закончить их? На первые часы я выпишу вам чек сейчас же“.

Мистер Джонс, у которого до этого было такое выражение лица, как будто он разговаривает с сумасшедшим, стал отказываться. „О, нет, — сказал он, — не делайте этого сейчас, сэр. Позже, когда мы передадим часы вам, будет вполне достаточно времени“. Но Лумис все-таки заставил его взять чек тут же».

В последующие недели они разъезжали по Англии, посетили континент, показали в Королевском Обществе фильм об опытах с ультразвуками, смотрели Дерби, завтракали и обедали со знаменитостями, а затем летали на самолете в Копенгаген к Нильсу Бору, после чего поехали в Германию.

В берлинском университете они опять показывали фильм о своих ультразвуковых опытах, встретились с Прингсхеймом, фон Лауэ, Планком, Нернстом и большинством других крупнейших ученых, живших тогда в Германии. Они посетили заводы Цейсса в Йене и Геттингенский университет, где их пригласили на студенческую дуэль. Вуд, конечно, страшно хотел посмотреть ее, но дуэли были запрещены законом, и Лумис не захотел идти.

«Все это время (рассказывает Вуд) мы ничего не слышали о Бойсе, и уже подходило время отплытия „Парижа“. Лумис послал Бойсу билет, но мы не знали, хватит ли у него храбрости. Когда „лайнер“ зашел в Плимут, чтобы взять английских пассажиров, мы с волнением смотрели на маленький тендер — Бойс радостно замахал нам с него рукой и был готов взбираться по трапу, так же обрадовавшийся, увидев, что мы действительно на борту, как и мы, увидев его на тендере».

Вернувшись в Америку, они узнали, что профессор Джеймс Франк, нобелевский лауреат, приедет в январе читать лекции в нескольких университетах. Вуд предложил Лумису устроить конгресс физиков в лаборатории Такседо Парка в честь Франка. Франк согласился, и собрание было устроено в библиотеке, величественной комнате, похожей на собор, с цветными стеклами. Здесь Франк прочел первую свою лекцию в Америке. Вуд, Лумис и другие выступили с соответствующими обращениями. Посетителей — американских физиков — водили во все лаборатории и показали ультразвуки и другие опыты. Конгресс в этом дворце науки оказался таким удачным, что его повторили и на следующий год.