WERNER BRAUNBEK
AZ ATOMMAG REGÉNYE
BUDAPEST, 1960
Az eredeti mű címe:
FORSCHER ERSCHÜTTERN DIE WELT DAS DRAMA DES ATOMKERNS
Fordította
SVÉKUS OLIVÉR
A fordítást ellenőrizte PÓCS LAJOS
TARTALOM
Rutherford
Néhány fok felmelegedés
Milliárd évek tekintenek le rád
Harc az atommag elismeréséért
Rend a lelke mindennek
Az új korszak
A nagy fellendülés
Joliot Curie-ék
A démon kiszabadul
És a folytatás?
Megjegyzés a magyar kiadáshoz
Utószó
Az előszót többnyire nem szokták elolvasni. Lehet, hogy ennek most más lesz a sorsa, hiszen rövidsége vitathatatlan.
Minden lényeges dolog benne van magában a könyvben, és így nincs szükség az előszóra. Mégis szeretnék az olvasónak két dolgot figyelmébe ajánlani.
A manapság oly kedvelt kijelentés, hogy „ennek a könyvnek összes szereplői és eseményei képzeletbeliek; élő vagy holt személyekkel való esetleges hasonlóság csupán véletlen dolga” — könyvemre egyáltalán nem érvényes. Sőt ellenkezőleg: mindvégig arra törekedtem, hogy a valóságos eseményeket lehetőleg hűen ábrázoljam. Van ebben éppen elég belső drámaiság ahhoz, hogy önmagáért beszéljen. Másrészt viszont a könyv nem akar tudománytörténeti kérdésekben kútforrás lenni; a történeti tényéktől való csekély eltérésekért bocsánatot kérek azoktól, akik ezen megütköznek.
És bocsánatot kell kérnem az „érdekeltek”-nek még egy csoportjától; a tudományos és nem tudományos írásművek szerzőinek rendkívül népes seregétől, akiknek műveiből merítettem e könyv megalkotásánál. Azért kell elnézést kérnem, mert elhagytam a forrásművek felsorolását. Talán így is el fogják nekem hinni, hogy egy ilyen könyvet számtalan más könyv, tudományos munka stb. elolvasása nélkül nem lehet megírni.
Végül elnézést kérek minden olvasómtól, ha itt-ott egy tétel, fogalom vagy kifejezés szükségképpen magyarázat nélkül maradt. Az összképnek azért ez nem lesz kárára. Könyvem ugyanis nem tankönyv, nem kézikönyv, hanem csupán egy példa nélkül álló korszak zsongó szimfóniája.
RUTHERFORD
1957. október 25, hétfő. Jellegzetes londoni őszi nap, sűrű köd ereszkedett a világváros nedves utcáira. Igaz, hogy déli 12 óra van, de mégis csak borús fény dereng. A tekintélyes Westminster-apátság 700 éves falai közt a roppant magasságba törő gótikus templomhajóban mély homály volna, ha fent, a sötétségbe vesző oszlopok mindegyikén nem égne egy-egy hatágú kandeláber, amely vöröses fényt áraszt szét a tágas helyiségben.
A fény megvilágítja az illusztris gyászoló közönséget. A faragott padokban lord lord mellett sorakozik. Lord Fortescue képviseli a királyt, VI. Györgyöt, aki VIII. Edward nagy szenzációt keltő lemondása óta. alig egy éve ül a birodalom trónján. Mellette van Lord Halifax, Lord Swinton, Lord Chatfield, és a volt miniszterelnökök, Earl of Baldwin és Ramsay Macdonald (két héttel később Dél-Amerika felé utaztában őt is utolérte a halál), a belügyminiszter, Sir Samuel Hoare, valamennyien a háború előtti Anglia jelentős személyiségei.
Azt gondolhatnánk, hogy egy jeles politikusnak, talán az évszázad történelme egyik hírneves irányítójának szól ez a végtisztesség, amely most ünnepélyes csöndben ér véget, miután zengő orgonaakkordokkal éppen elhangzott az ének: „Én vagyok a feltámadás és az élet...” De nem, ez alkalommal nem államférfit temetnek. Az a férfi, kinek hamvait rejti az urna. amelyet éppen most visznek át lassú léptekkel a Westminster-apátság hajóján, a tiszta tudomány, a kutatás embere volt: Ernest Rutherford, Nelson, Űj-Zéland és Cambridge lordja.
Szigorúan véve mégsem volt annyira igazi anyaországbeli angol ez az Ernest Rutherford, mint azok a márványlapok alatt nyugvó hírneves tudósok, Newton, Kelvin, Darwin, akiknek néma társaságában fog most ő is pihenni. Új-Zélandban, Nelson mellett, a kis Brightwater helységben született 66 évvel ezelőtt. A Földgömb déli féltekéjén nőtt fel, majd kilenc évig Kanadában, a montreali McGill-egyetemen dolgozott, és már csak mint híres, bár még ifjú ember került véglegesen haza az anyaországba. Ez az Ernest Rutherford az egész angol világbirodalom embere volt, sokkal inkább, mint bármelyik más angol kutató.
Az orgonán elhangzott a „Requiem aeternam”. Vajon a lordoknak, minisztereknek, politikusoknak, akiket nem egészen két évvel a hitleri birodalommal való háború kitörése előtt, a feszült légkörben nyilván saját egészen más irányú gondolataik foglalkoztattak, volt-e fogalmuk, ha csak megközelítően is arról, hogy milyen eredményeket ért el e szellemi nagyság, akinek urnája előtt most elvonulnak, miközben azt éppen lefedi a tudós nevével ellátott márványlap? Egy dolog egészen biztos: közülük senki nem sejtette, mert akkor még nem is sejthette, hogy alig egy évtized múlva Ernest Rutherford felfedezései oly nagy hatású politikai tényezővé válnak — ez eddig még egyetlenegy tudományos megismeréssel sem fordult elő —, hogy ragyogó ígéretek és démoni rémület forrásává lesznek Földünk legrejtettebb zugában is.
És most, amikor a tökéletes csöndet lépések zaja töri meg, a hátsó sorokban két férfi suttogni kezd:
„Tulajdonképpen ki ez a Lord Rutherford?”
„Ő fedezte fel az atommagot” feleli a másik, és sejtelmesen teszi hozzá: „Sőt, szét is rombolt atomokat.” Nyilván jól tájékozott, legalábbis látszólag. A kérdező nem tudhat valami sokat ezekről a dolgokról, de azért hallgat. A szó még a fülében cseng és ott lebeg a térben: atommag.
Atommag — a modern fizika új, fénylő, ragyogó csillaga, amit már nem lehet észre nem venni, nem lehet többé nyugalomra kényszeríteni. Egyelőre ugyan csak a tudomány területén. A tömegek még nem ismerik ezt a nevet, ezt a fogalmat: atommag. Még nem lépett ki a tudományos kutatások kereteiből, még senki sem ismeri a kimeríthetetlen bőségű ipari energiára vonatkozó csillogó ígéreteit, sem démoni fenyegetéseit: a halált, rombolást, pusztítást. De az eszme már itt van. Igen, az eszme él és fejlődik. És itt, éppen most hanyatlott sírba az az ember, akinek kísérletei és gondolatai megteremtették ezt az új fogalmat, életrekeltették ezt az új eszmét. Ez a férfi: Ernest Rutherford.
*
Aki egy szegény iparos tizenkét gyermeke közül negyediknek pillantja meg a napvilágot, annak nemigen lehetett magától értetődő, vagy különösen nagy reménysége a földi javakra. Ráadásul egy olyan eldugott kis fészek, mint amilyen Spring Grove — mai nevén Brightwater — 20 kilométerrel délre a jelentéktelen kikötővároskától, Nelsontól, Új-Zéland déli szigetén, nem éppen a legjobb kiindulópont egy nagy karrier számára. Csak egyetlen előnyt tartogatott a sors ennek a Rutherford nevű emberkének: azt, hogy képességeinek kibontakozására szerfelett kedvező korba születhetett bele.
Nézzünk körül a világban 1871. augusztus 30-án, azon a napon, amikor Ernest Rutherford az elsőket lélegzi az új-zélandi levegőből. Németország és Franciaország fél éve fejezte be a frankfurti békével a rövid ideig tartó háborút, amelyből megszületett a bismarcki német birodalom, s utána mindkét országban megindult az ipari fejlődés. Az iparosodás fáklyavivője egyelőre Anglia, a viktoriánus Anglia. Az Egyesült Államokban hat évvel ezelőtt ért véget a véres polgárháború, és utána az ország hatalmas léptekkel szegődik Anglia nyomába. A változások szerfölött kedvező talajt teremtettek a tudomány és kutatás számára. A tudományt és kutatást sürgetően ösztönzi a fiatal és hatalmasan előretörő ipar is, amelynek további fejlődéséhez ezek nélkülözhetetlenek. Mindez tudományt kedvelő, sőt a tudományért lelkesedő légkört alakított ki. Míg korábban a műveltség körébe csak a művészet és az irodalom tartozott, most ide sorakozott a tudomány is, mint az általános érdeklődés új célpontja. A tudományok közül is elsősorban az egzakt természettudományok: a kémia és a fizika.
A századforduló táján egyre-másra születnek az igen jelentős tudományos felfedezések: 1887-ben Hertz elektromos hullámokkal kísérletezik; ennek alapján építi meg 1895-ben Marconi a drótnélküli távírót. Ugyanazon évben Röntgen felfedezi a róla elnevezett nagy áthatolóképességű sugarakat, Becquerel pedig már 1896-ban a radioaktivitást. J. J. Thomson 1897-ben fedezi fel a szabad elektront, a Curie-házaspár 1898-ban a rádiumot. Planck 1900-ban megalapozza a kvantumelméletet, Einstein pedig 1905-ben a relativitáselméletet. Micsoda szerencse egy ilyen kvalitású embernek, mint Rutherford, hogy alkotó erejének teljében éppen ezt az időt érte meg!
De még nem tartunk itt. A kis Rutherford, aki időközben a szomszédos Foxhill helységbe költözve már iskolába jár, éppen olyan, mint bármelyik más új-zélandi angol fiú. Nem mondhatunk róla semmi különöset. Tanul, mint a többiek, játszik, mint a többiek, sportol, mint a többiek. A fiatalember, aki 15 éves korában ösztöndíjjal kerül be a Nelson-kollégiumba, nem több, mint egy Rutherford nevű ifjú, íratlan tiszta lap, a rendkívüliség minden áruló jele nélkül.
Vagy talán mégsem? Valami mégis feltűnhetett: Rutherford mindig átlagon felüli jó tanuló volt. A vizsgát, amelynek alapján a szegény család fia elnyerte a kollégiumhoz feltétlenül szükséges ösztöndíjat, 580 ponttal tette le; az egyáltalában elérhető pontszám 600 volt. Vannak, akik úgy vélekednek, hogy jó tanulók ritkán jutnak valamire az életben, vagy éppen azt állítják, hogy a nagy emberek csaknem mindig rossz tanulók voltak. Rutherford mindenesetre döntő kivétel — egyébként könnyen lehetne említeni rajta kívül másokat is. Rutherford kora ifjúságától kezdve kimondottan tehetséges, és kora ifjúságától kezdve - tízéves, amikor egy fizikai tankönyv kerül a kezébe, és igen fellelkesíti — határozott érdeklődésű: a fizika áll érdeklődésének középpontjában.
Így könnyen érthető, hogy a következő években ismételten ösztöndíjakat kap, amelyek lehetővé teszik továbbtanulását. 18 éves korában az új-zélandi egyetemre kerül, a főváros, Christchurch, Canterbury kollégiumába; 22 éves korában szakvizsgázik matematikából és fizikából.
A következő évben tudományos feladatokkal foglalkozik, az éppen ez időben feltűnést keltő Hertz-féle hullámokkal. A vas mágnesezését vizsgálja nagyfrekvenciás kisülések útján. Vizsgálatai során az elektromágneses hullámok kimutatására új, érzékeny „detektor”-t szerkeszt. És most jön a nagy fordulat: Ernest Rutherford ösztöndíjat kap egy anyaországi, angliai tanulmányútra! Éppen burgonyát vet egy darabka szántóföldön, amikor az örvendetes hír eljut hozzá. Eldobja az ásót, nagyot ugrik a levegőbe, és így kiált fel: „Ez volt az utolsó krumpli, amit életemben elvetettem!”
Így látjuk 1895 augusztusában - 24 éves korában, kölcsönkért pénzzel — hajóra szállni a fiatal Rutherfordot. Látjuk, amint elhagyja szülőföldjét, ahová fél évszázaddal azelőtt skót nagyapja mint kivándorló érkezett meg, és látjuk őt a távoli partok felé igyekezni, szívében minden ifjú ember álmával, a siker és szerencse reményével.
*
És mégis, a fiatal Rutherford meghasonlottan áll a gőzös fedélzetén, amely már napok óta szeli az Indiai-óceán végtelen vizét. A kutató lázas izgalommal néz a cél, az angol anyaföld felé, amelytől egészen más tudományos légkört vár, másfajta lendületet, neves emberekkel való egészen másfajta együttműködést, mint amilyenre a távoli gyarmat lehetőséget adott. Az ember azonban még mindig a vad és nagyszerű tájakkal teli ismerős szigethez ragaszkodik. A szívét egy leány őrzi Christchurch-ben, Mary Newton, egykori szállásadónőiének leánya, egyetemi éveinek eszményképe.
Ott kellett őt hagynia, legalábbis egy időre. De vissza fog jönni, és magával viszi. Visszajön, amint biztos talaj lesz a lába alatt. Ez eltarthat, és el is fog tartani pár esztendeig — csakugyan öt évnek kellett még eltelnie —, szívének állhatatossága azonban nem kétséges. Amilyen világos és céltudatos Ernest Rutherford tudományos munkájában, olyan egyszerű, bonyodalmaktól mentes és egyenesvonalú érzelmi életében is. 19 éves korában lesz szerelmes, 24 éves korában eljegyzi magát, 29 éves korában köt házasságot — és természetesen Maryvel, aki egészen haláláig hűséges élettársa.
De most elűzi gondolatait, és csak előre tekint. Rutherford miután a fél földgömböt keresztül utazta, rövidesen Angliában, Londonban van. Onnan hamarosan Cambridge-be kerül, a két leghíresebb angol egyetem egyikére. Cambridge-ben az a hallatlan szerencse éri, hogy a Cavendish-laboratóriumban, a jó öreg Anglia leghíresebb laboratóriumában dolgozhat. A Cavendish alapítása, 1874 óta olyan vezetőkkel dicsekedhet, mint Maxwell és Lord Rayleigh. Most pedig Joseph John Thomson professzor — tanítványai röviden csak így hívják: „J. J.” — vezetése alatt áll, aki alig 40 éves, de már hírnevet szerzett magának a gázokon át haladó elektromosság vizsgálatával, amelynek során hamarosan felfedezi a szabad elektronokat.
Rutherford ott áll a híres ember előtt, aki igen melegen üdvözli őt, úgyhogy rögtön otthonosan érzi magát. Vajon sejthette-e, amikor átlépte a tekintélyes laboratórium küszöbét, hogy 24 év múlva igazgatóként vonul be ide? Rutherford hamarosan beletalálta magát az új munkakörbe, és ha a két „ösztöndíjas kutató”-t — rajta kívül ugyanilyen minőségben volt ott J. S. E. Townsend, a későbbi oxfordi egyetemi tanár — a régi laboratóriumi emberek közül egyesek kezdetben bizalmatlansággal fogadták is, rövidesen sikerült valamennyiük elismerését kivívnia.
Rutherford nem jött egészen üres kézzel Cambridge-be. Már nem egészen íratlan tiszta lap; még Christchurch-ben biztos kézzel írta fel erre a lapra tudományos pályafutása első sorát: találmányát, az elektromos hullámok felfogására szolgáló detektort. Ugyanezen a problémán dolgozott tovább Cambridge-ben is. Még Marconi híres kísérletei előtt, Angliában ő próbált meg először drótnélküli jelátvitelt létesíteni több épületfalon keresztül, végül pedig 1—2 km távolságra is. Könnyen előfordulhatott volna, hogy Rutherford ebben az irányban dolgozik tovább. Ez esetben a híradástechnika története eggyel több híres rádiómérnököt jegyzett volna fel. A modern fizikának azonban hiányzott volna az az ember, aki egy gondolatot hallatlan következetességgel tudott végigkövetni, és ezzel egy egész kutató generáció kialakítójává és irányítójává lett. Hogy másként történt, hogy Rutherford figyelme fokozatosan egyre inkább az elméleti kutatás területére, az elektronok, ionok és a sugárzások világára terelődött, az a Cavendish-laboratóriumnak, tudományos légkörének és vezetőjének, J. J. Thomsonnak az érdeme.
Az a három év, amíg Rutherford mint „ösztöndíjas kutató” a Cavendish-ben dolgozott, a tudományos világ számára két egészen meglepő felfedezést eredményezett. Még 1895-ben, amikor Rutherford Angliába érkezett — nem egészen két hónappal Cavendish-be érkezése után —, egy addig alig ismert würzburgi német professzor, név szerint Röntgen, rendkívül érdekes átható sugárzást fedezett fel, amelyet elektromos kisülési csőben, elegendő nagy feszültség segítségével lehetett létrehozni. Párizsban pedig Becquerel francia kutató a következő évben felfedezi a radioaktivitást; pontosabban azt a tényt, hogy az uránvegyületek maguktól, minden beavatkozás nélkül, olyan átható sugárzást bocsátanak ki, mint amilyenek a röntgensugarak is. Később természetesen kiderült, hogy ez a sugárzás sokkal bonyolultabb a röntgensugaraknál. „J. J.” Cavendish-ben azonnal felismeri mind a két felfedezés jelentőségét, röntgen-és urán-sugarakkal kezd foglalkozni, s ezek lehetővé teszik számára, hogy a levegőben „ionokat”, vagyis elektromosan töltött oxigénvagy nitrogén-molekulákat hozzon létre. Rutherford szoros kapcsolatba kerül ezekkel a jelenségekkel, maga is végez kísérleteket. A tökéletesen új világ rejtélyei lenyűgözik, és ezzel meg is találja életének alaptémáját.
Mindennek ellenére kifelé törekszik a Cavendish falai közül. Itt csak „ösztöndíjas kutató”, és semmi lehetősége sincs az előbbrejutásra. Állást szeretett volna, pénzt keresni, családot alapítani. Ezért megpályázza Kanadában a montreali McGill-egyetem éppen megüresedett tanszékét, s ezt meg is kapja.
Ernest Rutherford 1898. szeptember 8-án ismét hajóra száll. A „Yorkshire” viszi őt messze nyugatra, ki az Atlanti-óceánra. 10-es szélerősségű őszi vihar söpör végig a felkavart víz fölött, amikor Írország védelmező partja a látóhatár alá süllyed. Csak nagy nehezen és igen-igen lassan küszködi végig útját a kis 5000 tonnás hajó.
Rutherford ismét előre tekint. Gondolatban látja új működési területét, amelyet már nem tanulóként, hanem mint jól fizetett professzor foglal el. Feje zsúfoltan tele tervekkel, maga előtt látja a kemény munka éveit, amelyek pályafutásának első csúcsára vezetik majd.
*
Montreal, Kanada élénk ipari és kikötővárosa egy szigeten terül el a Szent Lőrinc-folyó közepén, és benne két egyetem is szállást talál. Közülük a McGill-egyetem a régebbi. Ezt az intézményt az idő tájt csaknem teljesen abból az alapítványból tartják fenn, amelyet egy Macdonald nevű kanadai milliomos erre a célra létesített. Macdonald dohánnyal szerezte millióit, ő maga azonban fanatikus ellensége volt a dohányzásnak olyannyira, hogy az intézetekben valamennyi cigarettanyomot sürgősen el kellett tüntetni, ha az alapító látogatásra érkezett. Macdonald egyebekben is különc: igen keveset költ magára, s ez természetesen az egyetemnek vált hasznára.
Ernest Rutherford új tevékenysége 1898 késő őszén itt, ennek az egyetemnek a fizikai intézetében kezd kibontakozni. Először is az intézetet kellett saját igényei szerint átformálni, mert azt előtte egy matematikus vezette, s így nem nagyon volt alkalmas kísérleti munkákra. Sok problémát hozott magával a Cavendish-laboratóriumból, arról a munkaterületről, amelyet J. J. Thomson mellett ismert meg. Problémákat rejtenek a gázok ionjai, az ionokat keltő sugarak, s még valami, ami szinte megigézi őt és soha többé el nem engedi: az urán rejtélyes sugárzása. Terv tervet követ, és íme, most itt a lehetőség, hogy valóban meg is valósítsa azokat.
Rutherford már Cambridge-ben dolgozott uránnal és a másik, ugyancsak titokzatos sugarakat kibocsátó elemmel, a tóriummal. Már ott felismerte, hogy ez a sugárzás nem egységes, hanem két lényegesen különböző sugárfajtából áll, amelyeket ő alfa- és béta-sugaraknak nevezett el. 1900-ban egyébként Paul Villard felfedezett még egy harmadik csoportot is, a gamma-sugarakat. Ez utóbbiak igen közeli rokonságban vannak a röntgensugarakkal, áthatoló képességük rendkívül nagy, és mágnessel nem lehet őket eltéríteni. A bétasugarak — mint kiderült —, közel fénysebességgel repülő elektronok, könnyen eltéríthetők, és csak vékony fémrétegen hatolnak át. Az alfa-sugarak, szintén nagy sebességgel repülő anyagi részecskék — a később oly híres alfa-részecskék —, áthatoló képességük kisebb a béta-sugarakénál, és csak nehezen téríthetők el. Az alfasugarak azonban ekkor még nagy problémát jelentettek. Rutherford kutatásainak fő tárgya egész életén keresztül e sugarak természetének tisztázása volt.
Montrealban egyébként az első évben egészen más irányba vezetett az útja. Alig foglalja el új helyét a tanszéken, máris hallatlan energiával nagy kísérleti programot valósít meg, bár számos egyéb munka is terheli. Egyik tanítványa, R. B. Owens, akire a tóriumsugarak kutatását bízta, sajátos nehézségekkel találja magát szemben, és rendszeres kutatómunkája során felfedezi a tórium-emanációt, a három különös radioaktív gáz közül a legelsőt, amelyhez később a rádium-emanáció és az aktínium-emanáció is csatlakozik.
A tórium-emanációval Rutherfordnak először van kezében olyan radioaktív anyag, amelynek sugárzása nem marad állandóan ugyanolyan erős, hanem gyorsan csökken. Megtalálja a sugárzás időbeli csökkenését leíró alapvető törvényt, azt az exponenciális törvényt, amely aztán valamennyi radioaktív anyagra általában érvényesnek bizonyul. Az uránnál és tóriumnál csak azért nem vehető észre a sugárzás csökkenése, mert ezeknél az anyagoknál sokkal lassúbb ütemű annál, semhogy azt közvetlenül észlelni lehetne. A radioaktív jelenségek kezdetben oly reménytelenül sötét és titokzatos őserdejében így kezd lassan halvány fény derengeni.
Ez az első, bátortalanul pislákoló fény, amelynek felszításán a McGill-i megszállottal az élen más megszállottak egész serege erőteljesen és kitartóan fáradozik, bevilágítja a századfordulót. E felfelé törő korszak éjszakái zajos ünnepségektől hangosak. Párizs fölött a világkiállítás lámpái ragyognak, jelezve a technika diadalát. „Hogy milyen sok mindent elértünk!” - ez a hangulat uralkodik a tömegekben. Még a tudomány területén is sokszorosan túlsúlyban van az a vélemény, hogy minden tudás teljessége előtt állunk. Még Rutherfordot is megkérdezte néhány év előtt egy ismerőse, hogy hogyan dolgozhat olyan területen, mint a fizika, ahol már nyilván nem lehet valami sok eredményt elérni. Ma megmosolyogjuk ezt a véleményt, amely éppen abban az időpontban hangzott el, amikor a fizika új célok felé tört, és megkezdődött legcsodálatosabb fejlődésének időszaka.
Montrealban a munka rendes kerékvágásba jutott. Rutherford-nak végre most lehetősége nyílt egy kis szünetre, hogy hazautazzék cégi hazájába, Új-Zélandba, és feleségként magával hozza Maryt, akit öt évvel azelőtt otthon hagyott. Ezt a harcot megnyerte. Lába alatt biztos talaj van, amelyre építeni lehet. Amikor Rutherford 1900 őszén fiatal feleségével megérkezik Montrealba, és otthont alapít, életében először úgy érzi, hogy révbe jutott. A családi idill fölötti merengés azonban nem az ő kenyere. Sokkal jobban csalogatja az új felfedezések ismeretlen földje. Ernest Rutherford újra munkához lát. Ebben az időben egy fiatal, jól képzett, tetterős és nagyratörő vegyész került Oxfordból a McGill-egyetemre: Frederick Soddy. Minthogy Rutherford munkája során elég gyakran ütközött kémiai problémákba (ilyen pl. az újonnan keletkező anyagok — mint a tórium-emanáció — természetének felderítése), szüksége veit kémikus segítségére; így jött létre a három éven át tartó eredményes együttműködésük Soddyval.
A tóriummal végzett kísérleteknél legelőször is megállapítják, hogy a gáznemű tórium-emanáció nem közvetlenül a tóriumból keletkezik, hanem egy olyan közbülső új anyagból, amely viszont a tóriumból jön létre. Ezt az új, még eléggé rejtélyes anyagot tórium-X-nek nevezik el. Igyekeznek felderíteni tulajdonságait. A tórium-X egészen másnak mutatkozik, mint a tórium (ma már ismeretes, hogy ez az anyag a rádium egyik izotópja), és a kétféle anyagot kémiailag szét lehet választani. Most jön azonban a meglepetés! A tórium-X-től kémiailag tökéletesen mentes tóriumban ez a tórium-X magától, fokozatosan újra képződik, éspedig pontosan ugyanabban az ütemben, mint ahogyan az elkülönített tórium-X magától, fokozatosan eltűnik, miközben tórium-emanáció fejlődik. A fejlődő és az eltűnő tórium-X idődiagrammját sokkal később, Rutherford lorddá való kinevezésekor, címerében látjuk majd viszont.
Ma már tudjuk, hogy a tórium-X sem keletkezik közvetlenül a tóriumból, hogy közöttük még három bomlási lépcsőfok van, amelyeket később Otto Hahn fedezett fel. Akkor ez még nem volt ismeretes. De amit ismertek, az elég különös volt: a tóriumból tórium-X lesz, a tórium-X-ből pedig tórium-emanáció. Mindhárom anyag — és ez napról napra nyilvánvalóbb lett — kétségbevonhatatlanul más és más kémiai elem.
Így jutottak el egy csapásra a nagyszerű felismeréshez, amelyet azután Rutherford és Soddy híres radioaktív bomlási elméletükben foglaltak össze: A radioaktív elemek sugárzás kibocsátása közben más kémiai elemekké alakulnak át, másfajta kémiai elemekké „bomlanak”, amelyek többnyire maguk is radioaktívak, majd ismét tovább bomlanak, úgyhogy egész radioaktív bomlássorok keletkeznek.
Amikor a bomláselméletről szóló közlemények 1902 szeptemberében és novemberében megjelentek a londoni Philosophical Magazine-ben, szinte tudományos földrengés rázta meg a világot. A bomláselmélet megalapozta Rutherford hírnevét. Viharos helyesléssel fogadják — de viharos ellenvetéseket is vált ki.
Az elmélet körül sok éven át kemény harc dúl. Világosan kell látnunk, hogy ez a tétel akkoriban miféle hallatlan eretnekséget jelentett. Hiszen végeredményben a kémiai elem fogalmának lerombolásáról van szó. Arról a fogalomról, amelyet úgy határoztak meg, hogy egyik elem semmiféle körülmények között sem alakulhat át másfajta elemmé, a kémiai vegyületekkel ellentétben, amelyek elemekből épülnek fel és elemekre bonthatók szét. A vélemények küzdelmében — a kísérleti eredmények döntő bizonyítékainak súlya alatt — végül is a bomláselmélet győzött.
Soddy írja később erről az időszakról: „Több mint két esztendőre olyan lázas beteg lett a tudományos élet, ahogyan csak néha betegszik meg egy-egy ember, vagy éppen egy laboratórium.” Ma már nevetségesnek tűnik, hogy Rutherford néhány kollégája akkoriban komolyan aggódott, hogy ezek a forradalmi nézetek ronthatják a McGill-egyetem hitelét, és egyenesen megkérték őt, hogy az értekezés közlését halassza el. Barátjának, John Coxnak kellett segítségére sietnie, aki lelkes beszédben fejtette ki véleményét, hogy elsősorban éppen Rutherford radioaktív kutatásai fogják megalapozni az egyetem hírnevét. Sőt, azt merészelte jósolni, hogy Rutherford munkásságát valamikor Faraday eredményei után a legjelentősebbnek tekintik majd a fizikában.
A következő évek kemény munkában telnek el. Rutherford ismét az alfa-sugarakkal foglalkozik. Sikerül őket elektromos és mágneses térrel eltéríteni. Soddy meséli tréfásan, hogy látta, amint Rutherford egyszer hozzányúlt egy olyan készülékhez, amelyről nem kapcsolta le a nagyfeszültséget, és erre úgy táncolt a szobán át, mint egy dervis, majd a fáradságosan megépített eszközt szörnyű szidalmak kíséretében a földhöz vágta.
Rutherford megmérte az alfa-sugarak sebességét — ez másodpercenként 20 ooo kilométer, és bár sokkal kisebb, mint a bétasugarak elektronjainak sebessége, mégis a részecskék aránylag nagy tömegét tekintve elképesztően nagy! Töltésmérések alapján először becsülte meg egy radioaktív anyagból másodpercenként kirepülő alfa-részecskék számát. Egyetlen gramm rádiumra csaknem 1oo milliárdot kapott (a későbbi pontosabb érték: 36,8 milliárd). Rutherford már akkor sejti, hogy az alfa-részecskék ionizált, tehát pozitív elektromos töltésű héliumatomok. Ez az annak idején túl merész sejtés lépésről lépésre beigazolódik. 1903-ban Ramsay és Soddy kimutatják, hogy rádiumból állandóan hélium keletkezik. 1908-ban Rutherfordnak magának is sikerül — akkor már Manchesterben — közvetlenül igazolnia, hogy ez a hélium az alfa-részecskékből képződik, vagyis egyszerűen azt, hogy az alfa-részecskék héliumatomok.
Rutherford fáradhatatlanul dolgozik tovább. Megtalálja a rádium radioaktív bomlássorának első tagjait, méri a radioaktív anyagok titokzatos felmelegedését, számításokat végez a felszabaduló óriási energiára vonatkozóan. Egyik előadásán St. Louisban már 1903-ban kijelenti a csodálkozó hallgatóság előtt, hogy egyetlen font emanáció — ha ezt a tömeget elő lehetne állítani (a kísérleteknél ugyanis minden esetben csak a milligramm parányi törtrészével dolgoztak) — 10 000 lóerő teljesítménnyel sugározna folytonosan energiát.
1904-ben jelenik meg Rutherford első nagy könyve, a „Radioaktivitás”, amelyet később még más munkák követnek. Most már olyan híre van, hogy a New-Haven-i (USA) Yale-egyetem tíz előadásból álló előadás-sorozatáért 2500 dollárt fizet, ami egy tudós részére egészen fantasztikus honorárium. Az Egyesült Államok szeretné saját maga számára megnyerni. Öt éven át, 1903-tól 1907-ig ötször ajánlanak fel neki katedrát; ötször utasítja vissza.
A következő évben a londoni Ramsay-laboratóriumból egy fiatal német vegyész jön át egy időre McGill-be, hogy Rutherford mellett dolgozzék. Otto Hahn a neve. Akkor még senki sem sejti, hogy ehhez a névhez valamikor majd a legsúlyosabb következményű felfedezés kapcsolódik, amelyet valaha is tettek: az uránmag hasadása, az atombomba és az atommáglya alapja. Rutherford ezt már nem érte meg: Hahn világrengető felfedezése előtt egy évvel halt meg.
Akkor azonban McGill-ben Hahn még csak egy ismeretlen, 26 éves ember, fiatalos lelkesedéssel és rossz angol nyelvtudással. Rutherford kezdetben nem nagyon kedvelte, Hahn azonban hamarosan egy fontos felfedezéssel kivívta elismerését: véglegesen igazolta a radiotóriumnak, a tórium és a tórium-X közötti elemnek a létezését, amelynek a nyomaira már Londonban ráakadt. Később, amikor Hahn Montrealból Berlinbe került, baráti kapcsolata nem szakadt meg egykori tanítómesterével, és a két kutató számos levelet váltott.
Mindeme sok munka mellett Rutherfordnak nagyobb utazásokra is jutott ideje. Még egyszer felkeresi szülőföldjét, Új-Zélandot, most a kontinensen és a Csendes-óceánon át. A következő évben ismét Kaliforniában van, ahol a Berkeley-egyetemen — a ciklotron későbbi fellegvárában — tart előadásokat. San-Franciscóban még izzik a hatalmas tűzvész parazsa, amely az 1906-os szörnyű földrengést követte. Rutherford mélyen megrendülve áll a 25 000 romba dőlt ház láttán. Nem sokkal később pedig az Arizona Canyont csodálja.
Úgy tűnik, hogy a pokoli munkatempót most valamivel nyugodtabb élet váltja fel. Rutherford Montrealban telket vásárol, és azzal a tervvel foglalkozik, hogy házat építtet reá. Ekkor hívják meg Manchesterbe, a Langworthy-tanszékre. Csábítja őt Anglia. Elfogadja a meghívást. A ház megépítetlen marad, gyors búcsút vesz a csaknem emberfeletti munka és a rendkívüli sikerek kilenc esztendejétől — ezalatt mintegy 50 dolgozata született meg —, és 1907. május 17-én Ernest Rutherford az „Empress of Ireland” fedélzetén utazik a Szent Lőrinc-folyón lefelé a nyílt óceánra. A cél: Anglia.
*
Amikor a mindössze 36 éves Rutherford sok utazás után ismét — és ez alkalommal véglegesen - az angol anyaországba érkezik, már híres ember, háromszoros tiszteletbeli doktor, a Royal Society és számos más -tudományos egyesület tagja. Fiatalsága és hírneve között olyan feltűnő az ellentét, hogy amikor nem sokkal megérkezése után bemutatták a japán oktatásügyi miniszternek, Kikucsi bárónak, az így szólt: „Rutherford? Talán a híres professzor fia?”
Rutherford családjával együtt Manchesternek, ennek az alapjában véve nem nagyon barátságos, kormos gyárvárosnak egyik elővárosában foglal el egy csinos lakást. Arthur Schuster, aki a manchesteri tanszéken elődje volt — az optika területén végzett munkáival szerzett magának jó nevet, és most a magánéletbe vonult vissza — jól berendezett és jól szervezett intézetet hagyott rá. És rá hagyta ezenkívül asszisztensét, a mindössze 25 éves német fizikust, Hans Geigert, aki igen leleményes, rendkívül ügyes kísérletező. Felbecsülhetetlen értékű segítője Rutherfordnak abban az öt esztendőben, amit Manchesterben tölt. Ő találja fel később a ma — az atomkorszakban — oly nevezetes Geiger-számlálót.
Rutherford alig melegszik meg új laboratóriumában, máris újult erővel lendül neki a munkának. Az intézet legfelső emeletén, közvetlenül a tető alatt rendez be egy szobát, amelyben értékes rádiumát őrzi; mindössze néhány milligrammot. Ez azonban a bécsi Rádium Intézet nagylelkű kölcsönadományával csakhamar több mint 300 milligrammra növekszik. Rendkívül érzékeny készülékei azonban egy homályos pincehelyiségben állnak, ahol különösen nagyon szeret dolgozni. Geiger meséli később erről a szobáról: „Még két lépcsőt léptünk lefelé, és hallani lehetett a sötétből Rutherford figyelmeztető szavát, hogy vigyázzunk a szemmagasságban haladó fűtőcsőre és a két vízvezetékcsőre, amelyen át kell lépni. Végül megláttuk a félhomályban készüléke előtt ülő nagy embert, aki utánozhatatlan módon azonnal kísérleteinek előrehaladásáról kezdett beszélni, majd vázolta a nehézségeket, amelyeket éppen sikerült legyőznie.”
Ebben a szobában sikerült először egyenként megszámlálni a radioaktív anyagokból kirepülő alfa-részecskéket. Egy-egy ilyen részecske súlya mindössze 7 kvadrilliomod gramm, számjegyekkel leírva o, 000 000 000 000 000 000 000 007 gramm. Geiger azonban kigondolt egy készüléket, „számlálói” közül a legelsőt, amelyet később mások és jobbak is követtek, s ez véghezvitte a valószínűtlent: egyetlen ilyen elképzelhetetlenül kicsiny tömegű részecske becsapódását is jelezte.
Ugyanebben az időben Berlinben egy másik fiatal német fizikus, Erich Regener (később a stuttgarti műegyetem professzora, aki a kozmikus sugarak igen nagy magasságokban és mély vizekben való vizsgálatával vált ismertté) rámutatott, hogy Crookesnak egy már nyolc év előtti megfigyelése ugyancsak felhasználható az alfarészecskék megszámlálására. Crookes (és vele együtt Braunschweig-ban Elster és Geitel is) felfedezte, hogy fluoreszkáló anyagok alfasugarakkal besugározva nem egyenletesen világítanak, hanem számtalan parányi fényfelvillanást mutatnak. Az ennek megfigyelésére szolgáló berendezést szpintariszkópnak nevezte el; a folyamatot egyébként nagyítóval a sötéthez jól hozzászoktatott szem észlelni tudja a karórák világító számlapján is. Regener annak a sejtésének adott kifejezést, hogy minden alfarészecske pontosan egy felvillanást idéz elő. Így a felvillanások, a „szcintillációk” mikroszkóp alatti megszámlálása lehetővé tenné az alfa-részecskék optikai úton való számlálását. És valóban, Regener így az alfa-részecskék elektromos töltésére olyan értéket kapott, amely jól egyezett azzal az értékkel, amelyet Rutherford feltételezett. Nem sokkal ezután Geiger az elektromos és az optikai számlálási módszer összehasonlításával ismetelten közvetlenül igazolta a szcintillációs számlálás megbízhatóságát. Ez a módszer sok évig a kutatók nélkülözhetetlen módszere volt, a legújabb időkben pedig a fényvillanások szabad szemmel történő fárasztó megszámlálása helyett elektromos számlálást alkalmaznak. Az ilyen „szcintillációs számláló” nagy jelentőségre tett szert.
A manchesteri mozgalmas kísérleti munka közben, 1908 őszén — éppen egy éve kezdődött meg ott az új korszak — bombaként csapott be a hír: Rutherford megkapta a Nobel-díjat! Röntgen, Lorentz, Zeeman, Becquerel, Pierre és Marie Curie, Lord Rayleigh, Lénárd, J. J. Thomson (aki Rutherford mestere volt Cavendish-ben) és Michelson után Ernest Rutherford volt a tizenegyedik fizikus, aki megkapta a legnagyobb kitüntetést, amelyet a természettudományok terén adhatnak. De micsoda meglepetés! Rutherford nem a fizikai Nobel-díjat kapta meg, hanem a kémiait! (A fizikait 1908-ban a francia Lippmann nyerte el színes fényképezési módszeréért.)
A stockholmi kastélyban az esti banketten a fiatalos külsejű Rutherford szellemes beszédet mondott: Sokféle átalakulást figyelt meg már kísérletei során, látta, hogyan változik át a tórium tórium-X-szé, a tórium-X tórium-emanációvá, ez rádium-A-vá, a rádium-A rádium B-vé, és így tovább. Egyes változások lassan, mások gyorsabban mennek végbe. De még soha nem tapasztalt olyan gyors változást, mint a saját átváltozása fizikusból kémikussá!
Hogy igazságot szolgáltassunk a Nobel-bizottságnak is, hozzá kell tennünk, hogy a radioaktivitással foglalkozó munkák tulajdonképpen olyan határterületre esnek, amelynek a fizikához vagy a kémiához tartozása még ma sincs egyértelműen eldöntve.
Mialatt a mester, Rutherford, kitüntetését veszi át Stockholmban, tanítványa, Geiger sem tétlenkedik Manchesterben. Megkezdi a vékony fémlemezeken áthaladó alfa-részecskék szórására vonatkozó kísérletek sorát. Ezek a kísérletek szolgáltatták az alapot Rutherford új, nagyszerű felfedezéséhez, amely pályafutásának második csúcspontját jelentette. Ez talán még ragyogóbb elgondolás, mint a radioaktív bomlás elmélete volt. Az új eredmény: az atommag felfedezése.
*
Az új eredményekhez szükséges ismeretek éveken át alig észrevehetően lappanganak a tudományos köztudatban, azután lassan sűrűsödni kezdenek, és hirtelen megszületik belőlük az új eszme, amely eloszlatja a ködöt, áttekinthetővé teszi a jelenségeket, és kijelöli a további kutatás irányát. Már több mint egy évtizede annak, hogy Lénárd Fülöp igen elcsodálkozott azon, hogy az elektronsugarak, amelyek mégiscsak korpuszkulákból, elektronokból állnak, viszonylag könnyen át tudnak hatolni vékony fémlemezeken. (Fizikus, 1862-ben Magyarországon született, de Németországban dolgozott. Heidelbergben, Bonnban és Breslauban elektronsugarakkal végzett csodálatosan szép kísérleteiért 1905-ben a fizikai Nobel-díjjal tüntették ki. 1947-ben halt meg.) Erősen ritkított gázzal megtöltött kisülési csőből egy vékony lemezen, a „Lénárd-ablak”-on keresztül már 1893-ban ki tudta hozni a külső levegőre a benn gerjesztett elektronsugarakat.
Hogyan tudtak az elektronok átrepülni a fématomokon, amelyekről mégiscsak fel kellett tételezni, hogy egészen szorosan kapcsolódnak egymáshoz, s így az elektronok köztük aligha csúszhatnának át? Lénárd arra a következtetésre jutott, hogy valójában az atomok belsejének csak egy egészen kis tartománya átjárhatatlan.
Ezeket a tartományokat, amelyeket ő kis terjedelmű, de intenzív erőtérként képzelt el, „dynamidák”-nak nevezte. A dynamida-elméletet nem lehetett tovább fejleszteni, mert akkoriban még nyilván nem érett meg az idő az ilyen részletekbe menő elképzelésekre.
Most, tíz évvel később, más kutatók még jobban elcsodálkoznak azon, hogy az alfa-részecskék, amelyek héliumatomok, és 7000-szer súlyosabbak, mint egy elektron, szintén viszonylag könnyen áthatolnak a vékony fémlemezeken. És legjobban csodálkozott ezen egy olyan valaki, aki már egy évtizede éppen az alfa-részecskékkel foglalkozott a legbehatóbban. Ez a valaki: Rutherford.
Megbízza tanítványait, Geigert és Marsdent, hogy rendszeresen tanulmányozzák az alfa-részecskék fémfóliákon való áthaladását, mindenekelőtt azt, hogy a részecskék hogyan szóródnak, azaz, hogy mekkora szöggel térnek el eredeti irányuktól. Az első eredmények elég megdöbbentők voltak. A legtöbb alfa-részecske csak jelentéktelen szöggel tért el. Egy egészen kis töredékrész azonban — nyilván azok a részecskék, amelyek egy atom átjárhatatlan tartományát találták el —, pályájukról tökéletesen letértek, eredeti irányukra merőlegesen, vagy éppen visszafelé léptek ki a fémből, úgy, mint amikor a labda kapufáról pattan vissza.
Ez azt mutatja, hogy az „áthatolhatatlan tartomány” rendkívül kicsi, de ugyanakkor rendkívül tömör. Rutherfordban ellenállhatatlan erővel alakul ki egy gondolat: kell hogy minden atomnak — az atomi méretekhez képest — igen kicsi, de igen tömör magja legyen. Az alfa-részecskék eltérülése pedig ennek a magnak elektromos töltése következtében jön létre, amely a részecskékre — minthogy a magok is pozitív töltésűek — taszítólag hat.
Rutherford most leül és számol. A kísérletek végleges eredménye még nincs a kezében, de az eszme nem hagyja többé nyugodni. A matematikai formulákat éppúgy kezeli, mint előbb a mérőműszereket. Végül is a papíron van egy kifejezés, amely megadja: a szórt alfa-részecskéknek így és így kell szögek szerint megoszlaniuk, ha az atomok magját illetően a lehetségesek közül a legegyszerűbb feltevésekkel élünk. Ez a kifejezés, amelyet legelőször 1911. február 9-én W. H. Bragg fizikushoz Leedsbe küldött levelében ír le, a még ma is érvényes „Rutherford-féle szórási képlet”.
A pontos kísérleti eredmények azonban még hiányoznak. Rutherford lázban ég miattuk, sürgeti őket. Szinte kitépi Geiger kezéből a mérési eredményekkel teleírt lapot, és kutatva szemléli. S az eredmény: az alfa-részecskék valóban úgy oszlanak meg, pontosan úgy, ahogyan az előre felállított képlet megköveteli! Ez az atommag születésének órája, óriási fejlődés kiindulópontja. Az atommag, amely évmilliárdokon keresztül rejtve volt, amelyet a radioaktivitás kutatói 15 év óta közvetlenül a kezükben tartottak anélkül, hogy tudtak volna róla, hirtelen a fizikai valóság ragyogó fényébe került.
Rutherford zseniális intuícióval életében most másodszor rakott le elmozdíthatatlan mérföldkövet a további fejlődés útján. A ,,Rutherford-féle atommodell”-t, amelyben egy parányi tömör mag körül rendeződnek el valahogy az elektronok — közelebbit ezekről persze még nem tudunk —, már két évre rá a „Bohr-féle atommodellé” fejleszti tovább a dán Niels Bohr. A Bohr-féle modell éppen az elektron-héjról, az elektronok elrendeződéséről ad pontosabb elképzelést. Viharos fellendülés kezdődik a fizikában. A látható fénysugár spektruma magyarázatot lel. Barkla megtalálja az elemek karakterisztikus röntgensugárzását, és Moseley megméri hullámhosszukat. Ezt a röntgensugarak kristályokon való elhajlása — Laue felfedezése — teszi lehetővé.
Ezáltal mérhető lett a különböző atommagok elektromos töltése, és kiderült, hogy ezt pontosan megadja az atom rendszáma, amelyet a kémikusok puszta sorszámként már bevezettek az elemek jellemzésére. Az 1-es rendszámú hidrogéntől a 92-es rendszámú uránig elem elemre, atomfajta atomfajtára sorakozik áttekinthetően egymás mellé.
Az új ismereteknek ez a lavinája mindössze néhány év alatt, az 1911-től 1914-ig terjedő rövid időszakban tört be a tudomány területére. De a felfedezések és elméletek nagy bősége ellenére sem Rutherford, sem pedig más valaki nem ismerhette fel, de még csak nem is sejthette, mi a jelentősége az atommag felfedezésének, hogy abból egy egészen új tudományág, a magfizika fog megszületni, amely majd néhány évtized múlva széttör minden bilincset és túlnő minden korláton.
1914 újév napján Rutherfordot „lovag”-gá nevezi ki a király, és nemességgel tünteti ki. Most így hívják: Sir Ernest Rutherford.
Most nagy utazás következik. Rutherford még márciusban Kanadába és az Egyesült Államokba indul. Májusban visszatér Angliába, júliusban Ausztráliába (ahol Sidneyben egy fontos konferencián vesz részt) és Új-Zélandba szándékozik utazni. 1915-re egy nagy nemzetközi radiológiai kongresszust terveznek Bécsben, amelyet Rutherford és Madame Curie nyitna meg, s ahol valamennyi ország kutatói beszámolnak majd tudományuk csodálatos haladásáról.
De másként történt. Június 28-án eldördültek a szarajevói lövések. Egyelőre még nem látszik közvetlen veszély, és Rutherford — ahogyan tervezte — Ausztráliába utazik. Augusztus első napjaiban azonban meghiúsul minden kísérlet a béke megmentésére. Kitör a világháború. Megkezdődik a vér és könny drámájának első jelenete.
Ha ma, egy még hatalmasabb, még borzalmasabb, még véresebb küzdelem tapasztalatai után visszatekintünk az első világháborúra, egész különösen hat reánk, hogy az — legalábbis kezdeti szakaszában — milyen kevéssé zavarta meg a polgári életet. A háború ellenére Rutherford és számos más angol kutató békésen tárgyalják tudományos problémáikat Sidneyben, fél Föld-kerületnyi messzeségben az anyaországtól. És a német tengeralattjárók ellenére — igaz, hogy ezek akkor még nem fejtették ki teljes aktivitásukat — ezek a kutatók valamennyien épségben tértek vissza Angliába. Sőt, Rutherford feleségével és leányával elutazik még Üj-Zélandba is, meglátogatja szüleit, előadást tart régi egyetemén Christchurch-ben, és csak 1915 januárjában tér vissza Manchesterbe a Csendes-óceánon, Kanadán és az Atlanti-óceánon át, nyugodt és kalandmentes utazással, ahogyan maga írja egyik levelében.
A valamennyi ország tudósainak tervbe vett szép nemzetközi együttműködése mindenesetre meghiúsult. Azért a hadviselő országok fizikusai között a semleges országokon keresztül néha még van levélváltás. Így levelezett Rutherford Geigerrel, aki nem sokkal a háború előtt Berlinbe, a Birodalmi Fizikai-Technikai Intézetbe került, és magával vitte a fiatal Chadwick-et, akit az a balszerencse ért, hogy az egész háború tartamára internálták. Vagy így levelezett Rutherford Stephan Meyerrel, a bécsi Rádium Intézet igazgatójával is.
De a kutatókhoz is mind közelebb kerül a háború, akár úgy, hogy maguk is a frontra kerülnek, mint német részről Geiger és Hahn, angol részről Moseley, akinek reményteljes életét 27 éves korában török golyó oltotta ki a Dardanellákon; akár úgy, hogy hadifontosságú kutatási feladatokkal bízzák meg őket.
Így merül bele maga Rutherford is a háborús munkába. Olyan lehallgatókészülékek tervezésével és tökéletesítésével foglalkozik, amelyeket a német tengeralattjárók elleni harcban használnak fel. A német tengeralattjárók akkoriban hirtelen olyan veszélyessé váltak, hogy Angliát ebben a háborúban nagyobb veszély nem is fenyegethette. Ez a veszély könnyen halálossá válhatott volna. Ennek elhárítására használnak most fel minden tudományos eszközt, erre összpontosítanak minden erőt. Rutherford egy angol és francia tudósokból álló csoport élén az Egyesült Államokba utazik — amely közben szintén belépett a háborúba —, hogy egybehangolják az új szövetségessel a kutatást, a tervezést és a védelmi intézkedéseket. Az angolszász országok egyesült tudományos és technikai erőfeszítéseit egyre inkább siker kíséri. A német tengeralattjárók veszteségei növekednek; az általuk elsüllyesztett kereskedelmi hajók tonnatartalma csökken, az újonnan épített tonnatartalom pedig kezdi felülmúlni az elsüllyesztett tonnatartalmat. 25 évvel később még egyszer megismétlődik, szinte ugyanilyen módon ugyanez a harc a tengeralattjárók támadása és a védelem között, de még nagyobb, még veszedelmesebb mértékben, és mindkét oldalról teljesen újfajta segédeszközök igénybevételével.
Az első világháború a végéhez közeledik. A központi hatalmak elvéreztek a túlerő elleni, csaknem kezdettől fogva kilátástalan küzdelemben, és már erejük a végét járja. A győzők igazságtalan, imperialista békét diktálnak, amely már magában hordja egy új, még szörnyűbb tűzvész szikráját.
A háború hagyatéka nyomor, éhség és zűrzavar. Még a győztes államokban is sok téren súlyos a helyzet, és a békés viszonyokra való átállás fáradságos és hosszadalmas átszervezést igényel. Lassacskán újjáéled a tudományos kutatás is, bár a nemzetközi kapcsolatok még hosszú ideig nem állnak helyre. Rutherford, aki azért a háború alatt is tudott néhanapján időt szakítani arra, hogy a szívéhez oly közelálló tanulmányokkal foglalkozzék, most ismét egészen visszatér a tisztán tudományos munkához. Már ötvenedik évéhez közeledik, azonkívül a háború évekre visszavetette kutatásaiban; joggal mondhatná bárki, hogy biztosan túl van pályafutásának csúcspontján. Nála két ilyen csúcspont is van, mindkettő rendkívüli jelentőségű a tudomány számára, és ilyesmi igazán ritkán jut osztályrészül egy kutatónak. Nem nagyon valószínű, hogy még olyasmit alkothat, ami az előzőkkel felérne.
A valószínűtlen azonban bekövetkezett. Az 1919-es év legelején, amikor még körös-körül a világban mindenütt érezhetők voltak a nagy háború utóhatásai, amikor még alig van tudományos laboratórium, amelynek sikerült visszazökkennie a rendes kerékvágásba, Rutherford véghezviszi harmadik nagy tettét: szétrombolja az atommagot!
Rutherford mindig gondolt arra, és ezt a gondolatát gyakran hangoztatta is, hogy amikor egy alfa-részecske 15 vagy 20 ezer kilométeres másodpercenkénti sebességgel eltalál egy nagyobb atommagot, akkor a becsapódásnál fellépő hatalmas erők a magot esetleg szét is rombolhatják. Mégis, bár erre mindig gondolt, az atommagok szétbomlását tulajdonképpen véletlenül fedezi fel, valami egészen más irányú kísérletnél, egy jelentéktelen megfigyelés során. A felfedezés saját maga számára is meglepetés. Rutherford ugyanis Marsden egy korábbi eredményét vizsgálta meg behatóbban. Marsden azt tapasztalta, hogy hidrogéngázon átszáguldó alfa-részecskék az útjukba kerülő hidrogénmagokat olyan hevességgel lökik meg, hogy ezek maguk is tovaröpülő sugárrészecskékké válnak. Sőt, kisebb tömegük miatt jóval messzebb repülnek — ma úgy mondjuk: nagyobb a hatótávolságuk —, mint az őket kimozdító alfa-részecskék. Rutherford most ugyanezt a kísérletet végzi el nitrogéngázzal és levegővel is. Itt is talál meglódított oxigén- és nitrogén-magokat (a levegő ugyanis ennek a két gáznak a keveréke), természetesen kisebb hatótávolsággal.
Nagy meglepetésére azonban a levegőben — és nem a tiszta oxigénben! — rendkívül nagy hatótávolságú részecskéket is talált, amelyek csak hidrogénmagok lehetnek. Hidrogén azonban egyáltalában nincs jelen! Tiszta nitrogénben ezzel szemben sokkal több messze repülő részecske jelentkezik, mint levegőben. Rutherford levonja a következtetést: A rendkívül messze repülő részecskéknek hidrogénmagoknak kell lenniük (később protonoknak nevezi el őket), amelyeket az alfa-részecskék a nitrogénmagokból — de csak ezekből és az oxigénből nem — ütnek ki. A nitrogénmagot az alfa-részecske becsapódása szétrombolja.
Az izgalmas kísérletek közben, még mielőtt bárki bármit tudott volna a szenzációs eredményről (az ezzel foglalkozó dolgozat a Philosophical Magazine-nak csak a júniusi számában jelenik meg), sorsdöntő levél érkezik J. J. Thomsontól (aki most már Sir J. J. Thomson), Rutherford egykori mesterétől a Cambridge-i Cavendish-laboratóriumból. Thomson úgy érzi, öregszik, és tanszékéről a Trinity-kollégium vezetéséhez szándékozik visszavonulni, ami szintén az ő tisztsége. Megkérdi Rutherfordot, hajlandó-e átvenni a Cavendish-tanszéket, Anglia elismerten legjelentősebb fizikai tanszékét. Rutherford igent mond.
Így vonul be Sir Ernest Rutherford közvetlenül harmadik nagy felfedezése idején élete további nagy szakaszának befejezésére 1919 nyarán Cambridge-be, mint Cavendish-professzor, mint ugyanannak a Cavendish-laboratóriumnak a vezetője, ahonnan 21 évvel előbb fiatalemberként indult el, hogy eszméivel meghódítsa a világot.
*
Cavendish! — Ennek a ragyogó névnek aranyértéke van szerte a világon mindenütt, ahol fizikával foglalkoznak. Maxwell, Lord Rayleigh, Sir J. J. Thomson biztosították e laboratórium hírnevét. És most ugyanitt ragyog Sir Ernest Rutherford neve.
Ezúttal sem lehet lassan, fokozatosan beleszokni az új viszonyokba. A frissen felfedezett, de még nem minden részletében bizonyított atomrombolás (hogy ez valójában egy proton kiütése az atommagból, nem pedig valódi „szétrombolás”, az csak később derül ki) Rutherfordnak szinte a körmére ég. A Philosophical Magazine júniusi füzetében négy alapvető dolgozata jelenik meg. Az első háromban csak azt mutatja ki, hogy hidrogénben az alfa-részecskékkel való ütközés során messzire repülő részecskék keletkeznek, és hogy ezek hidrogén-részecskék; továbbá közli ezeknek a részecskéknek a sebességére vonatkozó mérési eredményeit, végül azt, hogy hasonló módon meglökött oxigén- és nitrogén-magokat is kimutatott. A negyedik dolgozat azonban szenzációt tartalmaz: hidrogén-részecskék keletkeztek a tiszta nitrogénben! Rutherford ebben az értekezésében még nagyon óvatosan fejezi ki magát (csaknem olyan óvatosan, mint húsz évvel később tanítványa, Otto Hahn az uránmag hasadásának világrengető felfedezésekor): „A kapott eredmények alapján aligha kerülhető el az a következtetés, hogy a messzire repülő részecskék, amelyek alfa-részecskék és nitrogénmagok összeütközésekor jönnek létre, már nem nitrogénmagok, hanem valószínűleg hidrogénmagok, vagy esetleg kettes tömegű magok. Ha ez tényleg így van, akkor arra kell következtetnünk, hogy a nitrogénmagot egy gyors alfa-részecske becsapódása hatalmas erővel szétrombolta, és hogy a hidrogénmag, amely ennek során keletkezett, előzőleg a nitrogénmagnak volt alkotórésze.”
Most pontosan be kell bizonyítania, és minden tekintetben meg kell erősítenie ezeket a nagyon meglepő, és kezdetben több oldalról is kétségbevont, sőt támadott eredményeket. Ez szabta meg a Cavendish-laboratórium munkaprogramját a következő évekre.
A laboratóriumban egész sereg jól képzett, tehetséges fizikus dolgozik. Közöttük van a német internálásból visszatért, 29 éves James Chadwick, a neutron későbbi felfedezője, valamint munkatársa C. D. Ellis, akik Rutherforddal együtt 1930-ban kiadják a radioaktív kutatás alapvető kézikönyvét, a Radioaktív anyagok sugárzásai c. könyvet. Itt van továbbá F. W. Aston, aki tömegspektográfjával számos elem izotópját fedezte fel; a mindössze 23 éves P. M. S. Blackett, aki az alfa-sugarakról és a magátalakulásokról a Wilson-féle ködkamrában szép és bizonyító erejű fényképfelvételeket készített. Valamivel később itt találjuk J. D. Cockeroftot és az ír E. T. S. Waltont, akiknek először sikerült előidézniük magátalakulásokat mesterségesen gyorsított protonokkal. Közöttük van végül Pjotr Kapica, egy fiatal orosz fizikus a leningrádi műegyetemről, aki rendkívül figyelemre méltó kísérleteket végzett erős mágneses térrel, s aki tizennégy évvel később hazájába utazva ott is maradt, hogy tehetségét a Szovjetunió szolgálatába állítsa.
Maga Rutherford az új eredmények közzétételénél kissé a háttérben marad tanítványainak gárdája mögött. De azért ő a sugárzó nap, aki az egész laboratóriumot élteti, és bizonyosan nem járunk messze az igazságtól, ha úgy véljük, hogy munkatársainak későbbi eredményeiben is nagy része volt az ő gondolatainak és inspirációjának.
Megvizsgálták, hogy más elemekből is keletkeznek-e protonok, hasonló módon, mint a nitrogénnél: 1924-ben ez valamennyi könnyű elemnél — a lítium, szén és oxigén kivételével — sikerült is. 1928-ig pedig már tizenhárom elemet romboltak szét. A „rombolás” kifejezést egyébként nem lehetett továbbra is fenntartani. Blackett felvételeiből kitűnt, hogy az alfa-részecske, amely eltalál egy atommagot, és abból egy protont kilök, saját maga ott marad a magban, abba mintegy beépül. Minthogy az alfa-részecske négyszer nehezebb a kidobott protonnál, az eltalált magból végeredményben (három tömegegységgel) nehezebb mag lesz! Ezért a továbbiakban már nem az atomrombolás, hanem a magátalakulás kifejezést használták.
A további fejlődés üteme azonban csalódást okozott. Csak nagyon lassan és vontatottan haladnak előre. Ügy tűnik, mintha az atommag ebben a tíz esztendőben elkeseredett szívóssággal védekezett volna az ellen, hogy az ember mélyebben behatoljon titkaiba. Közben a bécsi Rádium Intézetben is megindultak a magátalakítási kísérletek, de a kutatók népes csoportja tizenhárom évi kemény munka után sem ért el többet, mint azt, hogy tizenhárom elem magját — valamennyit ugyanazon az úton — át tudták alakítani. A tudományos földrengés végül is 1932-ben következett be, amikor is a magkutatás olyan fantasztikus fejlődésnek indult, hogy néhány év alatt teljesen új helyzet alakult ki.
Közben Sir Ernest Rutherford, az angliai magkutatás szeniora sok mindent átélt. Hírneve mind több terhet jelentett számára, olyan terheket, amelyektől nehezen tudott megszabadulni. Hihetetlenül sok előadást tartott belföldön, külföldön, minden elképzelhető tudományos és kevésbé tudományos egyesületben. Öt éven át a Royal Society elnöki tisztségének terhét is viselte. Újból nagy utazásokra vállalkozott. 1925—1926-ban még egyszer Ausztráliában és Új-Zéland-han látjuk őt, ahol felkeresi agg szüleit, és régi egyetemén, Christchurch-ben, sőt kora ifjúságának városában, Nelsonban is feszülten érdeklődő hallgatóságnak számol be az atommag csodáiról. 1929-ben Eileen leányával és vejével, R. H. Fowler fizikussal Dél-Afrikába utazik — felesége ez alkalommal nem kíséri el —, előadásokat tart Fokvárosban, Johannesburgban, Pretoriában. Megtekinti az aranybányákat és a Natal Nemzeti Parkot, a Kimberley-i gyémántbányákat és a dél-afrikai vadállat-rezervátumot —, még egy fehér orrszarvúval is találkozik.
Ez volt az utolsó alkalom, hogy leányával ily harmonikusan lehetett együtt. A következő évben, egy nappal karácsonyest előtt, negyedik gyermekének születése után, embóliában meghalt 29 éves leánya. Váratlan, nagyon kemény csapás volt ez Rutherford, az apa számára, aki egyetlen leányára pazarolt szeretetét ezentúl négy unokájára árasztotta. Gyakran lehetett őt ágyuk mellett látni, amint meséjével álomba ringatta őket.
A külsőségek tekintetében, a szomorú gyász közepette érkezik el Rutherford pályájának csúcspontjához. A király 1931-ben, újév napján, lordi rangra emeli. „Rutherford, Nelson, Új-Zéland és Cambridge Lordja”, ez most a címe; címerét pedig egy kivi, ez az érdekes hosszú csőrű új-zélandi madár, egy vad maori, valamint két egymást keresztező görbe díszíti, ami egyik legkorábbi felfedezésére, a radioaktív anyagok bomlására és egymásba alakulására utal.
Cavendish-ben nem sokkal ezután újra nagy dolgokra készülnek. Cockcroft és Walton nagyfeszültségű berendezést készítenek, hogy atomi lövedékekkel, vagyis nagy feszültséggel nagy sebességre felgyorsított protonokkal új módszerrel vegyék ostrom alá az atommagot, hogy jobban behatoljanak eddig nagyon erősen őrzött titkaiba. Chadwick értesül a párizsi Frédéric Joliot és felesége, Iréne Curie (Madame Curie leánya) kísérleteiről, és ezek folytatása elvezeti őt a neutron felfedezéséhez. Amerikából, amely ezekben az időkben erőteljesen bekapcsolódik a fizikai kutatásokba, szintén érdekes hírek érkeznek. Így köszönt be az 1932-es év, a magfizika csodaesztendeje, amelyben sok lezárt ajtó nyílik fel. Lord Rutherford Cavendish-ben, a tudományos munka középpontjában átélte, amit a tudomány embere csak ritkán élhet át, a fausti érzést: ez az én művem.
*
Rutherford, hatalmas alakjával, tiszta, hűvös tekintetével, energikus szájával, sűrű szürke bajuszával, és fedetlen fejéről homlokába lógó hajtincsével valójában csöppet sem hasonlított tudósra, és nemegyszer tényleg ausztráliai farmernek nézték. Aki akkoriban látta őt, duzzadó életerőben, épp hogy átlépve a hatvanadik évét, annak aligha jutott volna eszébe, hogy ennek a tetterős embernek alig néhány éve van már csak hátra. Ezeket az utolsó éveket kavargó események töltik be.
Egymást követik a tudományos újdonságok: A Cavendish-laboratóriumban Cockcroftnak és Waltonnak sikerül az első mesterségesen gyorsított protonokkal végzett magátalakítás, Chadwick pedig felfedezi a neutront. Pasadenában Anderson felfedezi a pozitront, Berkeleyben Lawrence megszerkeszti a ciklotront, New Yorkban Urey megtalálja a nehézhidrogént. Végül pedig Párizsban, nem sokkal később a Joliot-Curie házaspár felfedezi a mesterséges radioaktivitást, és ezzel új, soha nem is sejtett fejlődési lehetőség előtt nyitja meg az utat.
Közben Németországban Hitler kerül hatalomra. Az 1933. január 30-án a Brandenburgi-kapun át menetelő barnainges oszlopok csizmáinak koppanása az egész világon visszhangzik. Németországban a fasizmus került uralomra. A Harmadik Birodalom erőpolitikájának és világuralmi törekvésének nem lehet más vége, csak háború.
Aki külföldön magától nem ismeri fel a fenyegető veszélyt, az is felfigyel Németország határain át a szomszédos országokba, majd tovább, a tengeren túlra özönlő zsidók vagy zsidószármazásúak menekülő áradatára. Nem egy világhírű tudós van köztük. Einstein és Franck, Stern és Estermann az Egyesült Államokba mennek, Hevesy Dániába, Max Born és P. P. Ewald Angliába, és velük együtt mennek ezerszámra mások is.
Angliában Lord Rutherford — számos más ismert személyiséggel együtt — a német menekültek fogadásának megszervezésén fáradozik. Elnöke az újonnan alakult akadémiai segélybizottságnak, és ahol tud, mindenütt enyhíteni igyekszik a legégetőbb nehézségeken. Felemeli tiltakozó szavát a tudományos szabadság elnyomása, a türelmetlenség és a fanatizmus ellen. Fokozódó aggodalommal kell azonban látnia, hogy itt olyan erő szabadult el, amelyet békés eszközökkel többé már nem lehet megfékezni, amely mind veszedelmesebbé válik, és feltartóztathatatlanul halad a katasztrófa felé.
Lord Rutherford azonban ezt már nem éri meg. 1937 nyarán jelenik meg utolsó könyve: az Új alkímia, amelyben lenyűgözően írja le az elemátalakítás modern mágiáját. Úgy tervezi, hogy télen Indiába megy egy nagy kongresszusra. Október elején még tökéletesen jól érzi magát andoveri birtokán. Onnan visszatérve október 14-én azonban rosszul lesz, és másnap orvost hívat. A többi már gyors egymásutánban pereg le. Kizáródott sérv — műtét —, bélbénulás és vérmérgezés. A negyedik napon meghal. Ez 1937. október 19-én este történt.
*
Ernest Rutherford halálával egy rendkívül termékeny negyvenesztendős tudományos fejlődési periódus ért véget. A radioaktív jelenségek első bizonytalan megnyilvánulásai nyomán kialakult az atommag eszméje, és elindult diadalútjára. Azok az óriási energiák, amelyek ennek a parányi, titokzatos valaminek a belsejében rejtőznek, elárulták létüket, az elemek mesterséges átalakításával pedig az alkimisták régi álma vált valóra.
Csak egy dolog nem sikerült még. Valamennyi atomátalakulási folyamat csak parányi anyagmennyiségekben játszódott le. A folyamatot ugyan sugárzása útján ki lehetett mutatni, de az újonnan keletkező anyag mérhetetlenül kicsiny tömegű. Ennek megfelelően mérhetetlenül kicsiny a felszabaduló energia is. A gyakorlati felhasználás gondolatát el kell ejteni az atomok parányisága miatt, amelyekből mostanáig érzékeny laboratóriumi kísérletek során csak nagyon kevés számút sikerült átalakítani. Még olyan lángész, mint Rutherford sem látott utat vagy hidat, amely ezen a területen a tudományos kísérlettől a nagyipari alkalmazásig vezethetett volna. Az atommag bilincseinek feloldásához szükséges igazi kulcsot még nem találták meg.
Rutherford maga nemegyszer tisztán és világosan kifejezésre juttatta, hogy ő, aki oly sok tudományos csodát valósított meg, nem hiszi, hogy gyakorlatilag hasznosítható mennyiségű magenergiát lehet termelni. „Erre valószínűleg sohasem leszünk képesek” — mondja — „és az, aki ilyen terveken töri a fejét, a Holdban él.”
Ebben az egyben tévedett Ernest Rutherford! Amikor ő örökre lezárta szemét, tanítványa, Otto Hahn Berlinben már azokkal a kísérletekkel foglalkozott, amelyeknek eredményeként egy évvel később az emberiség birtokába jutott a gigantikus energiák szabaddá-tételének, az atommag démona felszabadításának lehetősége.