В связи с 80-летием ядерной отрасли России хочется напомнить МИФИстам о том, что «атомы родились у нас дома – в России» за четверть века до выдающихся экспериментов Э. Резерфорда и революционной теории Н. Бора. Считается, что с работ Э. Резерфорда и Н. Бора (а также М. Планка и А. Эйнштейна) началась история квантовой механики и обрела физический смысл модель атома с массивным заряженным ядром, окруженным электронным облаком.
Однако, справедливости ради надо признать, что первая планетарная модель атома и понятие об атомном ядре было обосновано в 1888 году нашим выдающимся соотечественником-энциклопедистом Борисом Николаевичем Чичериным (1828–1904 гг.) – дядей (братом отца) Георгия Васильевича Чичерина (1872–1936 гг.), известного советского дипломата, возглавлявшего Наркомат иностранных дел молодой Советской России. Планетарная модель атома и законы образования химических элементов сформулированы Б.Н. Чичериным под влиянием открытого Д.И Менделеевым Периодического закона химических элементов.
Каким же образом, не видя атома, можно доказать его сложное строение? Оба автора планетарной модели атома - и Б.Н. Чичерин и Э. Резерфорд - создали ее на основании анализа косвенных экспериментальных данных. Резерфорд - на основе интерпретации рассеяния альфа-частиц (уже зная о существовании электрона и протона), а Чичерин – за 25 лет до Резерфорда - на основе интерпретации других экспериментальных данных - плотности веществ и их химических свойств, с учетом гениального размещения Д.И. Менделеевым известных тогда химических элементов в клетки наполовину заполненной таблицы.
Для автора этих строк (профессор кафедры управления бизнес-проектами (№72) ФБИУКС НИЯУ МИФИ Владимир Харитонов) знакомство с работами Б.Н. Чичерина началось в 2008 г. в результате разговора с С.Ю. Глазьевым, заведовавшим кафедрой экономической динамики МИФИ с 1999 г. К нему обратился из Минска В.М. Пешков с письмом, в котором требовал «расследовать и восстановить историческую справедливость и прекратить замалчивание и сокрытие замечательного научного открытия Б.Н. Чичерина о планетарной модели атома, на четверть века опередившего европейскую науку». Сергей Юрьевич попросил меня разобраться с этой историей. В.М. Пешков указал в своем письме ссылку на труды Б.Н. Чичерина в «Журнале Русского физико-химического общества» за 1888 г. Я обратился к директору библиотеки МИФИ с просьбой максимально быстро разыскать этот журнал. Вскоре сотрудники нашей библиотеки после почти детективного расследования обнаружили, что «Журнал Русского Физико-химического общества» за эти годы есть только в библиотеке химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, причем третий и седьмой выпуски за 1888 г., где изложены первые три главы трудов Б.Н. Чичерина, отсутствуют.
В итоге мне довелось ознакомиться с огромным томом этого журнала за 1889 г., в котором опубликованы заключительные главы (на 158 страницах) труда Б.Н. Чичерина. Впоследствии благодаря усилиям Александра Александровича Ежова, ученого секретаря ТНИНИТИ, и Ирины Владимировны Гузовой, сотрудницы Сибирского государственного университета науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева, удалось найти оцифрованную книгу Б.Н. Чичерина, опубликованную через 7 лет после его смерти (Чичерин Б.Н. I. Система химических элементов. II. Законы образования химических эле-ментов. Москва, Т-во «Печатня С.П. Яковлева». Петровка, Салтык пер., д. Т-ва, №9. 1911. 498 с.)
Чтение трудов Б.Н. Чичерина потрясает великолепием стиля изложения, мощной логикой автора (еще не открыты ни электрон, ни протон, ни, тем более, нейтрон) и тщательностью математических доказательств.
Далее очень кратко излагаю суть доказательств Б.Н. Чичерина, основанных на логическом и численном анализе экспериментальных данных о периодическом изменении плотности веществ и их химических свойств в таблице Д.И. Менделеева.
К ноябрю 1870 г. в работе «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств не открытых элементов» Д.И. Менделеев создал фактически современный вариант периодической системы известных тогда 64 элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве. Изучение таблицы Менделеева и сопоставление положения элементов в таблице с их массовой плотностью привело Чичерина к заключению, что «все различие атомов зависит от количества и распределения содержания в них материи… Исходною точкою исследования служит тот очевидный факт, что в каждом из рядов… периодической системы… с увеличением веса и объема, увеличивается и плотность, то есть, уменьшается объем каждой входящей в состав атома единицы материи… Увеличение объема в более тяжелых элементах … показывает, что масса атома не сплошная, и что окружность [оболочка – В.Х.] его должна отделяться от центра» (глава VII, с. 232–233).
В другом месте он пишет:
«…находящаяся на окружности масса не сливается с центральным ядром, а отстоит от него на некотором расстоянии… Чем больше центральное ядро, тем больше частицы будут притягиваться к центру, и тем более, вследствие сближения, будет уменьшаться объем каждой единицы, то есть тем больше произойдет уплотнение. Наоборот, чем больше масса окружности [оболочки – В.Х.], тем больше частицы будут оттягиваться от центра и тем более они будут расходиться, то есть тем большее произойдет разрежение». Рассчитывая «потерю объема» атомов, он приходит к выводу: «Атом слагается из четырех составных частей: 1) из центрального ядра; 2) из окружности [оболочки – В.Х.]; 3) из расстояния между ними, которым определяется его объем; 4) наконец, из позднее вставляющегося в это промежуточное пространство нейтрального пояса. Основными факторами, без которых нет атома, являются здесь ядро и окружность; расстояние между ними представляет формальное их отношение; нейтральный же пояс образуется вследствие их взаимодействия» (глава IV, с. 164). Анализируя изменение плотности химических элементов в периодической таблице и их химические свойства, Чичерин приходит к заключению, что в атоме «…центральные элементы электроположительны, а периферические электроотрицательны…». То есть «…атом, с своим центральным ядром и вращающимися около него телами, представляет аналогию с солнечною системою» (глава IV, с. 170).
В итоге он делает обобщение: «Итак, мы в построении солнечной системы находим полную аналогию с системою химических элементов. …Атом есть микрокосм, вселенная в малом виде». И это в то время, когда еще ничего не было известно ни об электроне, ни о протоне (окончательно открыты Дж. Дж. Томсоном в Кембридже в 1897 и в 1906 г. соответственно), ни о нейтроне (открыт Д. Чедвиком в 1932 г.).
Характеризуя метод своего исследования, Б.Н. Чичерин пишет: «И эта стройность принадлежит ей [модели] не в силу какого-либо теоретического или искусственного построения. Беспристрастный читатель мог убедиться, что в предыдущем исследовании мы не отправлялись от каких-либо предвзятых мыслей и еще менее от каких-либо метафизических начал. Мы даже не строили никакой гипотезы; стараясь раскрыть между опытными данными математические отношения, мы просто ставили вопросы, и вычисления давали нам ответы на эти вопросы» (глава IV, с. 163). Логика, по мнению Чичерина, есть «первая и основная наука, дающая закон всем остальным».
Не забывая о «плечах гигантов», Чичерин завершает предпоследнюю главу такими словами: «нельзя лучше окончить эту главу как словами Менделеева: ”В самом атомном учении стала утверждаться все с большею и большею силою та обобщающая мысль, по которой мир атомов устроен так же, как мир небесных светил, с своими солнцами, планетами и спутниками, одушевленными всегдашнею живою силою движения, образующими частицы, как небесные тела образуют системы, подобные солнечной, и неделимыми лишь относительно, как неделимы планеты солнечной системы, и устойчивыми и прочными, как прочна система мира“. В этих словах Менделеева очевидно влияние работы Чичерина.
В заключение несколько слов о самом авторе открытия планетарной модели атома. Б.Н. Чичерин вошел в историю как юрист, историк, философ, социолог, правовед, т.е. ученый-энциклопедист; как почетный член Петербургской академии наук, глава Московского кружка западников, основоположник государственной школы в русской историографии, сторонник конституционной монархии, автор трудов по истории государства и права, политических учений, представляющих собой образец научной и общественной мысли.
Б.Н. Чичерин является первым отечественным ученым, разработавшим основные начала политологии, т.е. политики как науки. Он определяет ее как «науку о способах достижения государственных целей», обосновывает решающую роль государства в русской истории.
Это его философ Вл. Соловьев назвал наиболее образованным человеком не только среди русских, но, может быть, и среди многих европейцев. Другой не менее известный философ Н.А. Бердяев писал: «Справедливость требует признать Чичерина одним из самых сильных русских умов. Его знания и сфера интересов были необыкновенно обширны. Но никому он не пришелся по вкусу».
Родился Б.Н. Чичерин в 1828 г. в Тамбове в знатной дворянской семье. Учился в Московском университете. Был профессором права Московского университета в 1861–1868 гг. Либеральные убеждения Б.Н. Чичерина стали причиной его отставки в 1868 г. (вместе с несколькими другими профессорами). При Александре II был воспитателем наследника престола (цесаревича Николая). Был московским городским головой в 1882–1883 гг. По выходе в отставку жил в своем имении (село Караул Кирсановского уезда Тамбовской губернии) и принимал деятельное и плодотворное участие в работах тамбовского земства. Здесь он вновь занялся научной деятельностью, изучал математику и естествознание, написал ряд работ по философии, а также по химии и биологии, которые дали основание Д. И. Менделееву рекомендовать Б.Н. Чичерина к избранию почётным членом Русского физико-химического общества. Разработанная им планетарная модель атома была одобрена Д.И. Менделеевым. Умер Чичерин 3 февраля 1904 г. в Москве и был похоронен в своем тамбовском имении.
Несмотря на очевидный приоритет Б.Н. Чичерина в обосновании планетарной модели атомов и развитии периодической системы химических элементов, наибольшее влияние на соотечественников оказали труды Николая Александровича Морозова (1854 —1946 гг.), почётного члена Академии наук СССР (1932 г.), бессменного директора Естественно-научного института им. П.Ф. Лесгафта (с 1918 года до конца своей жизни).
В декабре 1880 года Морозов в Лондоне встречался с Карлом Марксом, который передал ему для перевода на русский язык несколько работ, в том числе «Манифест коммунистической партии». Будучи революционером-народником, принимавшим участие в покушении на Александра II, Н.А. Морозов в возрасте 28 лет (в 1882 году) был приговорён к вечной каторге, и в течение 23 лет (до 1905 года) находился в заключении в Петропавловской и Шлиссельбургской крепостях. В общей сложности провел в тюрьмах 30 лет. За время заключения он выучил одиннадцать языков, написал 26 томов различных рукописей научных работ по химии, физике, математике, астрономии, философии, авиации, политэкономии, исторической хронологии и, полностью посвятив себя науке, начал готовить к печати свои труды.
В крепости он впервые начал читать "Журнал Русского физико-химического общества", где, видимо, познакомился с работами Б.Н. Чичерина. После амнистии он в 1907 г. опубликовал фундаментальную книгу «Периодические системы строения вещества: теория образования химических элементов». В этой работе Н.А. Морозов развивал идеи Б.Н. Чичерина о сложности строения атома и обосновывал сущность периодического закона.
По словам И.В. Курчатова «современная физика полностью подтвердила утверждение о сложном строении атомов и взаимопревращаемости всех химических элементов, разобранное в своё время Н. А. Морозовым в монографии «Периодические системы строения вещества»».
В советское время, ведя уединенную жизнь, Н.А. Морозов активно переписывался с политиками (В.И. Лениным, А.В. Луначарским, Ф.Э. Дзержинским, Л.П. Берия и др.), с учеными (С.И. Вавиловым, И.В. Курчатовым, С.И. Вольфовичем и др.). Напомним также, что в 1908 году В.И.Ленин в работе "Материализм и эмпириокритицизм", написанной в 1908 году, писал:
"атом удается объяснить как подобие бесконечно малой солнечной системы, внутри которой вокруг положительного электрона двигаются с определенной (и необъятно громадной, как мы видели) быстротой отрицательные электроны"
(ПСС, том 18, стр. 275). То есть Ленин сумел описать планетарную модель атома за три года до того, как Э.Резерфорд открыл её экспериментально. "Положительным электроном" (под которым Ленин имел в виду атомное ядро) в настоящее время называют позитрон (античастицу электрона), который был впоследствии теоретически предсказан П.Дираком в 1928 году и экспериментально обнаружен в 1932 году. Таким образом, В.И.Ленина можно считать соавтором открытия атомного ядра и позитрона, т.е. одним из основателей ядерной физики.
Таким образом, можно утверждать, что «Атомы родились у нас дома – в России». В связи с 80-летием атомной отрасли в России об этом не лишне вспомнить.