Антуан Анри Беккерель: Случай, открывший двери атома

В конце февраля 1896 года небо над Парижем затянуло облаками, и физик, ожидавший солнечного света, убрал свои фотопластинки и кристаллы урана в ящик стола. 1 марта он всё же проявил пластинки, ожидая увидеть в лучшем случае слабое пятно. Но изображение оказалось четким. На уран не падал свет; уран светился сам по себе. Оказалось, что материя может излучать энергию из ниоткуда, и аккуратная картина атома XIX века перестала существовать.

Четыре поколения Беккерелей

Антуан Анри Беккерель (Antoine Henri Becquerel) родился 15 декабря 1852 года в Париже, в семье, которую можно назвать наследственной кафедрой физики. Его дед, Антуан Сезар Беккерель (Antoine César Becquerel), был членом Королевского общества и разработал электролитический метод извлечения металлов из руд. Его отец, Александр Эдмон Беккерель (Alexander Edmond Becquerel), был профессором прикладной физики и одним из ведущих авторитетов того времени в области флуоресценции и фосфоресценции — изучения веществ, которые светятся после освещения. Сын Анри, Жан (Jean), родившийся в 1878 году, также стал физиком. Четыре поколения последовательно занимали одну и ту же профессиональную нишу и зачастую одну и ту же кафедру.

Это наследство определило, что именно он изучал и, что немаловажно, что у него находилось в лаборатории. С 1883 года он работал над фосфоресценцией, предметом исследований своего отца, наряду с плоской поляризацией света, поглощением света кристаллами и земным магнетизмом.

Путь инженера

Его обучение было практическим еще до того, как оно стало академическим. В 1872 году он поступил в Политехническую школу (École Polytechnique), а в 1874 году присоединился к государственному корпусу инженеров мостов и дорог (Ponts-et-Chaussées), став инженером в 1877 году и дослужившись до главного инженера в 1894 году. Докторская степень была получена сравнительно поздно, в 1888 году.

Должности накапливались параллельно. С 1878 года он был ассистентом в Музее естественной истории, занял кафедру прикладной физики своего отца в Национальной консерватории искусств и ремесел (Conservatoire des Arts et Métiers), стал профессором прикладной физики в Музее Парижа в 1892 году и профессором Политехнической школы в 1895 году. В 1889 году он был избран в Академию наук Франции (Académie des Sciences de France), а позже стал её непременным секретарем, сменив Марселена Бертло (Marcellin Berthelot).

Ящик в Париже

В январе 1896 года Академия услышала новости из Вюрцбурга: Вильгельм Конрад Рентген (Wilhelm Conrad Röntgen) обнаружил проникающее излучение, которое он назвал рентгеновскими лучами. В зале возникло оживление, и Беккерель выдвинул гипотезу, основанную на его собственных знаниях. Возможно, фосфоресцирующие вещества, поглотив солнечный свет, переизлучают его часть в виде рентгеновских лучей. Соли урана были очевидным объектом для проверки; они были у него под рукой.

Метод был прост. Завернуть фотопластинку в черную бумагу, чтобы свет не мог на нее попасть. Сверху положить кристаллы сульфата уранила-калия. Поместить установку на солнце. Проявить. Если от кристаллов исходит что-то проникающее, на пластинке останется их силуэт.

Так и произошло. Он получил контуры, включая очертания медного креста, положенного между кристаллом и пластинкой, и пришел к выводу, что подтвердил свою теорию. Затем вмешалась погода. Из-за пасмурного неба в Париже подготовленные пластинки отправились в ящик, а уран лежал на них, не подвергаясь воздействию света и не будучи стимулированным. 1 марта он проявил их, почти ничего не ожидая, и вместо этого обнаружил изображение поразительной четкости.

Он объявил об этом Академии 2 марта 1896 года: соли урана излучали радиацию без всякого стимулирования солнечным светом. Его первоначальная гипотеза была неверной, и эта ошибка стоила больше, чем сама гипотеза.

Что означал уран

Он продолжил исследования. Соединения урана, которые вообще не фосфоресцировали, давали тот же эффект, что полностью опровергло объяснение через фосфоресценцию. Чистый металлический уран также производил его. К маю 1896 года он определил сам элемент в качестве источника: излучение было свойством атомов урана, не зависящим от их химического состояния, истории или какого-либо внешнего источника энергии.

Последнее утверждение — это вся суть революции. Энергия постоянно и, по-видимому, бесплатно исходила из материи, что не могла объяснить ни одна химия или классическая физика. Внутри атома что-то происходило, а ведь предполагалось, что у атома нет «внутренности».

Семья Кюри и премия

Беккерель не довел открытие до конца; это сделали другие. С 1898 года Мария Кюри (Marie Curie) и Пьер Кюри (Pierre Curie) занялись тем, что тогда называли урановыми лучами, выделив полоний в июне 1898 года и радий в декабре того же года, а также обнаружив такое же поведение у тория. Именно Мария Кюри придумала слово «радиоактивность» для явления, на которое наткнулся Беккерель.

В 1903 году Нобелевская премия по физике была разделена: половина досталась Беккерелю за открытие самопроизвольной радиоактивности, а половину разделили супруги Кюри за их работу над излучением, которое он нашел. Он уже был офицером Почетного легиона с 1900 года и состоял в Национальной академии деи Линчеи (Accademia dei Lincei) в Риме и Прусской королевской академии наук в Берлине.

Почему Анри называют гением

Честное описание его главного качества — это не концептуальная смелость. Гипотеза Беккереля была традиционной и ошибочной; решающая пластинка была проявлена по прихоти во время плохой погоды. Что отличает его от любого другого человека, которому когда-либо сопутствовала удачная случайность, так это то, что он сделал в последующие десять недель.

Дисциплина проявляется в доведении дела до конца. Столкнувшись с результатом, который противоречил его собственной теории, он не стал искать оправданий — он систематически разрушил свое объяснение. Он протестировал соединения урана, которые не могли фосфоресцировать. Он протестировал сам металлический уран. В течение двух месяцев он локализовал эффект в самом элементе, а не в какой-либо его химической конфигурации, и сообщил об этой последовательности, включая провал своей первоначальной идеи, Академии. Клише о том, что «случай благоприятствует подготовленному уму», в данном случае абсолютно точно: Беккерель потратил тринадцать лет на изучение фосфоресценции и точно знал, что означает аномальная пластинка.

Контраргумент прост и должен быть озвучен. Он не дал названия радиоактивности, не выделил радиоактивный элемент, не объяснил механизм и не исследовал эту область с той яростью, которую привнесли супруги Кюри. Он унаследовал свою лабораторию, свой предмет и почти свою кафедру. Нобелевский комитет разделил премию не просто так. Он предоставил наблюдение, из которого выросло всё остальное, и интеллектуальную честность, чтобы сообщить о результатах вопреки собственным интересам — что среди ученых встречается реже, чем гениальность.

Наследие

Он скончался 25 августа 1908 года в Ле-Круазик, Бретань, в возрасте пятидесяти пяти лет, через двенадцать лет после открытия и задолго до того, как кто-либо понял, что радиация делает с людьми, работающими с ней. Единицей радиоактивности в СИ является беккерель: один ядерный распад в секунду, количество настолько малое, что обычные предметы имеют активность в сотни беккерелей. Каждое медицинское сканирование с использованием изотопов, каждый показатель безопасности реактора, каждое измерение радиоактивных осадков цитируется его именем. Ящик, в котором он оставил пластинки, — это причина, по которой существует ядерная физика.