Фредерик Содди: человек, назвавший изотоп

В 1913 году лектор из Глазго решил проблему, которая тихо разрушала периодическую таблицу. Химики постоянно находили вещества, которые вели себя идентично в каждой реакции, но имели разный вес — это было невозможно, если элемент был чем-то одним. Фредерик Содди (Frederick Soddy) предположил, что один элемент может занимать одну клетку в таблице, имея при этом разные атомные веса, и заимствовал слово у подруги семьи, врача Маргарет Тодд (Margaret Todd), чтобы описать их: изотопы, от греческого слова, означающего «одно и то же место». Название прижилось, Нобелевский комитет обратил на него внимание восемь лет спустя, а Содди провел остаток жизни, пытаясь убедить мир, что деньги — это более насущная проблема.

Детство в Истборне и диплом Оксфорда

Содди родился 2 сентября 1877 года в Истборне по адресу Болтон-роуд, 6, в семье Бенджамина Содди (Benjamin Soddy), торговца зерном, и Ханны Грин (Hannah Green). Он учился в Истборнском колледже, а затем в Университетском колледже Уэльса в Аберистуите, прежде чем выиграть стипендию в Мертон-колледже в Оксфорде в 1895 году. Он получил диплом с отличием первого класса по химии в 1898 году и остался в Оксфорде научным сотрудником еще на два года. Это было вполне обычное начало для химика викторианской эпохи, и ничто не предвещало, что его следующее назначение поставит его в центр самого дезориентирующего открытия в истории материи.

Монреаль: наблюдение за тем, как атомы меняют свои «решения»

В 1900 году Содди пересек Атлантику, чтобы занять должность демонстратора по химии в Университете Макгилла в Монреале. Там он сошелся с молодым новозеландским физиком Эрнестом Резерфордом (Ernest Rutherford), и в период с 1900 по 1903 год они установили нечто, что их современникам казалось ближе к алхимии, чем к химии: радиоактивность — это трансмутация элементов. Атом одного элемента спонтанно превращался в атом другого, испуская при этом альфа-, бета- или гамма-излучение.

Это утверждение было по-настоящему подрывным. Вся структура химии XIX века покоилась на представлении об атоме как о неделимой, постоянной единице — элемент был элементом навсегда. В статьях Содди и Резерфорда был сделан вывод, что радиоактивность включает в себя распад атомов с образованием новых видов материи. Содди развил эту мысль в 1903 году в Лондоне, работая с сэром Уильямом Рамзаем (Sir William Ramsay) в Университетском колледже, где тщательный спектроскопический анализ показал, что распадающийся радий производит гелий. Это был продукт трансмутации, пойманный в трубку и идентифицированный по спектру.

Глазго и закон смещения

Содди провел десятилетие с 1904 по 1914 год в качестве лектора по физической химии и радиоактивности в Университете Глазго, и именно там созрели его лучшие работы. Вместе со своим научным ассистентом Адой Хитчинс (Ada Hitchins) он показал, что уран распадается в радий, заполнив звено в великих цепочках распада, которые тогда складывались воедино.

В 1913 году появились две идеи, создавшие ему репутацию. Первая — закон радиоактивного смещения: когда атом испускает альфа-частицу, он смещается на две позиции вниз в периодической таблице, а когда испускает бета-частицу — на одну позицию вверх. Казимеж Фаянс (Kazimierz Fajans) пришел к тому же правилу независимо почти в тот же момент, и теперь оно известно как закон смещения Фаянса-Содди. Проще говоря, это превратило периодическую таблицу в карту с написанными на ней указаниями.

Вторая идея — изотоп. Физики накапливали радиоактивные виды, которые нельзя было химически отделить друг от друга, но которые имели разные атомные веса. Прозрение Содди заключалось в том, что это не разные элементы, теснящиеся в одной ячейке, а разные формы одного и того же элемента — одна и та же химическая идентичность при разной массе. Дж. Дж. Томсон (J. J. Thomson) вскоре показал, что обычные элементы также имеют изотопы, превратив курьез из лабораторий радия в факт, касающийся всей материи. Атомные веса, которые упрямо не хотели быть целыми числами, внезапно стали понятны как средние значения изотопных смесей.

В 1914 году Содди перешел на кафедру химии в Абердине, занимаясь военными исследованиями во время конфликта. В 1918 году вместе с Джоном Арнольдом Крэнстоном (John Arnold Cranston) он объявил об открытии изотопа протактиния, лишь немного опередив Лизу Мейтнер (Lise Meitner) и Отто Гана (Otto Hahn). В 1910 году он был избран членом Королевского общества, а в 1921 году получил Нобелевскую премию по химии за вклад в химию радиоактивных веществ и исследования происхождения и природы изотопов.

Поворот к деньгам

С 1919 года до середины 1930-х годов Содди занимал должность первого профессора химии имени доктора Ли в Оксфорде, реорганизуя лаборатории и учебный план. Но его внимание сместилось. В период с 1921 по 1934 год он написал четыре книги, призывающие к радикальной реструктуризации глобальных денежных отношений: «Декартова экономика» (1921), «Богатство, виртуальное богатство и долг» (1926), «Деньги против человека» (1931) и «Роль денег» (1934).

Его аргументация исходила из термодинамики. Финансовые долги, указывал он, растут экспоненциально при сложных процентах, в то время как реальная экономика работает на истощаемых запасах ископаемого топлива. Эти две кривые нельзя бесконечно примирять. Он критиковал систему частичного резервирования банков, предлагал отказаться от золотого стандарта, использовать плавающие обменные курсы, применять федеральные профициты и дефициты в качестве инструментов макроэкономической политики и создавать бюро экономической статистики. Большинство пунктов из этого списка сейчас являются обычной практикой; его критика системы частичного резервирования — нет. Экологические экономисты с тех пор называют его своим предшественником, а «Новый экономический словарь Пэлгрейва» классифицирует его как «реформатора».

Денежная работа имеет реальное пятно. В книге «Богатство, виртуальное богатство и долг» Содди цитировал поддельные «Протоколы сионских мудрецов» в качестве доказательства того, насколько широко люди верили в финансовый заговор. Большинство биографов оспаривают обвинение в антисемитизме, отмечая его друзей-евреев и студентов, а также их позитивные воспоминания, но цитата на странице осталась.

«Точный поцелуй»

Был и последний, более странный штрих. В 1936 году Содди независимо переоткрыл теорему Декарта о взаимно касающихся окружностях и опубликовал ее в журнале Nature не как уравнение, а как стихотворение — «Точный поцелуй» (The Kiss Precise). Окружности, которые оно описывает, иногда называют кругами Содди — напоминание о том, что он считал себя мыслителем широкого профиля, а не узким специалистом.

Почему Фредерика называют гением

Утверждение Содди опирается на специфическую и необычную когнитивную привычку: он был готов принять вывод, который противоречил фундаментальному допущению его собственной дисциплины, а затем четко его назвать. Трансмутация в 1902 году была профессионально неловким делом. Изотоп был еще хуже — это означало, что «элемент» и «атомный вес» разъединились, что вещество могло быть химически одним, а физически — несколькими. Содди не открыл изотопы, найдя новое вещество; он нашел их, переосмыслив данные, которые уже были у всех. Это концептуальная работа высочайшего порядка, и тот факт, что Фаянс пришел к закону смещения одновременно, предполагает, что идеи были зрелыми — но Содди дошел до этого первым и предоставил словарь, который позволил всем остальным думать об этом.

Контраргументы существенны. Большая часть работы в Макгилле была работой лаборатории Резерфорда и импульсом Резерфорда, а Содди был младшим химиком в партнерстве. Его самое великое название пришло от Маргарет Тодд, а не от него. И вторая половина его жизни была посвящена денежной теории, в которой он не имел подготовки, не породил институциональной школы и выдвинул как минимум один очень неудачный аргумент. Некоторые его экономические прогнозы состарились хорошо, а некоторые суждения — очень плохо. Что не вызывает сомнений, так это достижение 1913 года: реорганизация классификации материи, достигнутая путем более глубокого размышления об аномалиях, а не путем поиска новых.

Наследие

Содди умер в Брайтоне 22 сентября 1956 года, через двадцать лет после смерти своей жены Уинифред Бейлби (Winifred Beilby), на которой он женился в 1908 году и с которой стал соавтором статьи 1910 года о поглощении гамма-лучей. Урановый минерал «соддиит» (soddyite) носит его имя, как и кратер на обратной стороне Луны. Г. Дж. Уэллс (H. G. Wells) посвятил свой роман «Освобожденный мир» (The World Set Free) книге Содди «Интерпретация радия» (The Interpretation of Radium), почерпнув из нее идею атомной бомбы за три десятилетия до ее появления — наследие, которое Содди, проведший свои последние годы в предупреждениях о том, что техническая мощь человечества опередила его институты, счел бы мрачно уместным.