превратить свинец в золото, но атомы менялись. Содди «стоял, потрясенный колоссальным значением этого явления», и воскликнул: «Резерфорд, это трансмутация!»[35]

Теперь мы знаем, что Резерфорд и Содди наблюдали распад радиоактивных элементов, которые превращаются в другие элементы, испуская альфа– и бета-частицы, и в конечном итоге образуя стабильные вещества. Природа все это время занималась алхимией бесплатно. Содди, который всего несколькими годами ранее настаивал на неизменности химических атомов, нашел доказательства того, что полностью перевернуло его мировоззрение.

Далее они определили, что радиоактивный распад подчиняется экспоненциальному закону. В течение определенного времени, известного как период полураспада, половина атомов в куске радиоактивного материала превращается в атом другого типа. Если вы начнете со 100 атомов кислорода-15 (радиоактивный изотоп кислорода с атомной массой, в пять раз превышающей атомную массу атома водорода), то через две минуты останется всего 50 атомов. Остальные 50 замените на азот-15. В последующие две минуты останется всего 25 атомов (50 ÷ 2). В следующие две минуты останется 12,5 атомов, и так далее. (Технически у вас не может быть половины атома, но период полураспада в две минуты остается прежним.) Материя больше не представлялась стабильной, неизменной субстанцией, как раньше.

Идеи Резерфорда и Содди были радикальными по меркам начала ХХ века, поэтому реакция научного сообщества оказалась неоднозначной. В Лондоне лорд Кельвин (Уильям Томсон), самая высокопоставленная фигура в британской физике, просто отказывался верить в распад атомов. Химики, которые верили в нерушимость материи, тоже восстали против этой работы. В Макгилле выходки Резерфорда и его теории радиоактивности также начали беспокоить других профессоров. Остальные преподаватели считали, что его неортодоксальные идеи о материи могут навлечь на университет дурную славу: члены Физического общества, где он и Содди дискутировали, были настроены крайне критично и посоветовали Резерфорду отложить публикацию и быть осторожнее[36]. Как-то его коллеги-профессора затащили его на встречу и недвусмысленно посоветовали оставить эту ситуацию. Резерфорд выбежал из аудитории, с трудом скрывая негодование.

Резерфорд не стал ходить по струнке. В 1904 году, прогуливаясь по кампусу, он наткнулся на профессора геологии Фрэнка Доусона Адамса. Без всяких предисловий он спросил Адамса, сколько предположительно лет Земле. Адамс рискнул дать цифру в 100 миллионов лет, основываясь на различных методах оценки того времени. Резерфорд сунул руку в карман, вытащил черный камень и выпалил: «Адамс, я без всяких сомнений знаю, что этому куску смоляной обманки 700 миллионов лет», – а затем ушел.

Постоянно распадающееся радиоактивное вещество в природе, как предположил Резерфорд, можно использовать для оценки возраста Земли. Камни содержали небольшое количество радиоактивных атомов, которые он и Содди изучали. Если бы он знал скорость распада от одного атома к другому, он мог бы подсчитать количество неразложившихся атомов по сравнению с количеством «превращенных» частиц и вычислить, как долго просуществовал этот объект. Резерфорду пришла в голову идея радиометрического датирования. Свои первые оценки он проводил с ураном-238, где 238 означает массовое число атомного ядра. Элементы с различным массовым числом называются изотопами и могут обладать различными радиоактивными свойствами, несмотря на то что являются одним и тем же химическим элементом (Содди открыл изотопы и придумал этот термин в 1913 году). Период полураспада урана-238 составляет 4,51 миллиарда лет, через ряд промежуточных стадий с образованием стабильного свинца-206. Используя приблизительные оценки периодов полураспада, полученные в лаборатории, Резерфорд сравнил количество урана и свинца в образце смоляной обманки и обнаружил, что он намного старше предполагаемого возраста Земли.

Одно дело – красоваться перед профессорами геологии, но совсем другое – убеждать в своей правоте физиков и химиков. Резерфорд отправился в Англию, где 20 мая 1904 г. выступил с речью в Королевском институте и рассказал о своих открытиях в области радиоактивности. В зале он заметил лорда Кельвина. Кельвин и так был против идеи распада атомов, и Резерфорд знал, что последняя часть его речи о возрасте Земли будет для него особенно трудной. Кельвин считался авторитетным специалистом в определении возраста нашей планеты, основанном на расчетах скорости ее остывания[37]. Резерфорд вспоминал: «К моему облегчению, Кельвин быстро заснул, но когда я дошел до самого важного момента, я увидел, как этот стреляный воробей сел, приоткрыл один глаз и злобно уставился на меня! И тут на меня снизошло вдохновение, и я сказал, что лорд Кельвин ограничил возраст Земли, исходя из того, что не будет открыт новый источник [энергии]. Это пророческое высказывание относится к тому, что мы рассматриваем сегодня вечером, – радий! Узрите! Старик просиял, глядя на меня»[38].

Данные из других лабораторий продолжали подтверждать идею о том, что многие элементы нестабильны и имеют периоды полураспада. Лорд Кельвин публично отказался от своей прежней позиции против радиоактивности на собрании Британской ассоциации содействия развитию науки и в результате был вынужден выплатить пари другому физику, лорду Рэлею. Остальная часть сообщества постепенно признала, что радиоактивность действительно происходит так, как предполагали Резерфорд и Содди.

Когда в 1908 году Резерфорду была присуждена Нобелевская премия по химии, он заметил, что стал свидетелем многих превращений в своей лаборатории, но ни одно из них не было таким быстрым, как его внезапное превращение из физика в химика. Содди тоже получил Нобелевскую премию – в 1921 году, за вклад в развитие радиохимии. Что касается Гарриет Брукс, она была в Кембридже, когда Содди и Резерфорд открыли процесс трансмутации в 1902 году, но Джей Джей Томсон был слишком занят, чтобы заметить ее работу. Позже, в 1903 году, она вернулась в Канаду и продолжала проводить исследования в области радиоактивности до своей помолвки в 1905 году. Но колледж, в котором преподавала Брукс, сказал, что ей придется уйти с работы, если она выйдет замуж[39]. Она разорвала свою помолвку и продолжила работать. В 1907 году, после знакомства, а затем и работы с мадам Кюри в Париже, Брукс оказалась перед трудным выбором: другой канадский профессор, ее бывший лаборант, начал делать ей романтические предложения через серию писем. Ей был 31 год, и общественное давление, требующее выйти замуж и завести детей, было очень сильным. Резерфорд – к тому времени уже в Манчестере – изо всех сил старался обеспечить ей финансовую поддержку, пытаясь нанять ее. В своем рекомендательном письме он подтвердил, что Брукс была самой выдающейся женщиной-физиком в области радиоактивности после Кюри. В конце концов Гарриет Брукс решила принять предложение руки и сердца и вернулась в Канаду, вышла замуж, у нее родились трое детей. Ее карьера в области физики подошла к концу. Только в 1980-х годах признали, что ее