Четвёртый из двенадцати детей колёсного мастера 👨‍👩‍👧‍👦, в 15 лет со второй попытки выиграл стипендию с 580 баллами из 600, опыты ставил в студенческой раздевалке под лекционным залом, а весть о Кембридже, по семейному преданию, застала его с лопатой на картофельной грядке 🥔: Эрнест Резерфорд

Зимой 1895 года на огороде у льняной мельницы в Пунгареху, на западном берегу Северного острова Новой Зеландии, двадцатитрёхлетний парень копал картошку. Так, во всяком случае, потом рассказывали в семье Резерфордов. Здесь его и застало известие, которого он ждал несколько месяцев. И парень будто бы сказал: «Это последняя картофелина, которую я выкопал в своей жизни».

Документа, который подтверждал бы эту сцену, нет. Музей Пуке-Арики в Нью-Плимуте прямо называет её семейным преданием, историки пересказывают со словом «говорят». Но у предания есть твёрдое основание. Известие действительно пришло в июле 1895 года, когда в Новой Зеландии середина зимы. Огород у дома Резерфордов в Пунгареху действительно был, и сын хозяина действительно помогал на нём, приезжая на каникулы. А новость означала, что парень едет в Англию, в Кембридж, в лабораторию, которой руководил один из самых известных физиков мира.

Через тринадцать лет этот парень получит Нобелевскую премию. Сегодня его лицо напечатано на новозеландской купюре в сто долларов, а его самого называют отцом ядерной физики. Звали его Эрнест Резерфорд. Но до той грядки ему пришлось пройти долгий путь, и почти на каждом повороте он проигрывал с первого раза.

Колёсный мастер и учительница

Эрнест Резерфорд родился 30 августа 1871 года в посёлке Спринг-Гроув, сейчас это Брайтуотер, неподалёку от города Нельсон на севере Южного острова. Дома его звали коротко: Эрн.

Отец, Джеймс Резерфорд, был шотландцем из Перта. В Новую Зеландию его привезли ребёнком, в начале 1840-х. Отец выучил его на колёсного мастера и плотника, потом Джеймс стал механиком, а со временем ушёл в льняное дело. Новозеландский лён растёт там по болотам и берегам сам, и из его длинных листьев на машинах выбивали прочное волокно для верёвок.

Мать, Марта Томпсон, родилась в Англии, в Хорнчерче, в графстве Эссекс. В Новую Зеландию она приехала тринадцатилетней, выросла, стала учительницей и преподавала в школе того же Спринг-Гроува. Школьный инспектор провинции, судя по отчётам, неизменно её хвалил.

Поженились они в 1866 году. Детей родилось двенадцать. Эрнест был четвёртым ребёнком и вторым сыном.

Биограф Резерфорда Джон Кэмпбелл, физик из Кентерберийского университета, написал об этой семье точную фразу. Образование в ней ценили оба родителя: отец потому, что сам его почти не получил, а мать потому, что получила.

Резинка для рогатки

Когда Эрну было пять, семья переехала в Фоксхилл. Отец там фермерствовал и работал на строительстве железной дороги.

Жизнь была обычная для сельского мальчишки. После школы доить коров, таскать дрова. По субботам купаться в ручье и лазить по деревьям за птичьими гнёздами. Гнёзда были не забавой, а заработком: деньги шли на резинку для рогатки и бечёвку для воздушного змея.

Ещё Эрн любил возиться с часами. Разбирал их, собирал, разглядывал, как одно колёсико цепляет другое. Мастерил модели водяных колёс, которые видел у отца на мельницах.

В фоксхиллской школе, в десять лет, он получил свою первую научную книжку. Это был учебник физики Бальфура Стюарта с опытами, которые можно поставить дома. Один из опытов объяснял, как по скорости звука узнать расстояние до стреляющей пушки: смотришь на вспышку, считаешь секунды до грохота, умножаешь.

Эрн переложил этот опыт на грозу. И скоро он стал удивлять родных тем, что после вспышки молнии спокойно называл, как далеко она ударила.

Кэмпбелл допускает, что та же книжка подбила его и на опыт посерьёзнее. Эрн смастерил миниатюрную пушку. Ствол сделал из крючка от шляпной вешалки, снаряд из игрового шарика, а зарядил её взрывным порохом. Пушка разорвалась. К счастью, никого не ранило.

Учёный, который потом будет обстреливать атомы, начинал с самодельной пушки, которая разорвалась.

Мельница в заливе

В 1883 году, когда Эрну было одиннадцать, семья перебралась в Хэвлок, посёлок в глубине залива Пелорус, в Мальборо-Саундс. Там отец поставил паровую льняную мельницу и выстроил собственную пристань.

Жили Резерфорды дружно и небогато. По вечерам собирались у пианино и пели. Музей Пуке-Арики приводит материнское присловье: «Всякое знание — сила». И учиться, по её правилу, полагалось всем.

С учителем в Хэвлоке Эрну повезло. Учил там Джейкоб Рейнолдс, и его ученики, как пишут историки, раз за разом брали или почти брали разные стипендии. Для глухого посёлка на краю залива это была редкость.

А в начале 1886 года в семью пришла беда. Младшие братья Эрна, Герберт и Чарльз, катались на лодке по заливу. Лодка перевернулась, и оба мальчика утонули. Газета Marlborough Express писала о «несчастном случае в Хэвлоке» 11 января.

580 из 600

Среднее образование в Новой Зеландии тогда стоило денег. Для мальчишки из округа Мальборо был, как пишет Кэмпбелл, ровно один способ попасть в хорошую школу бесплатно: выиграть стипендию местного совета по образованию в Нельсон-колледж. Одну.

В первый раз Эрн её не выиграл.

Он пошёл на экзамен снова. Во второй раз набрал 580 баллов из 600 возможных, и 5 января 1887 года нельсонская газета напечатала его фамилию в списке стипендиатов. Эрну было пятнадцать.

Старший брат Джордж к тому времени уже учился в Нельсон-колледже, тоже по стипендии. Теперь туда поехал и Эрн.

Староста по прозвищу Кряк

Три года, с 1887 по 1889-й, Эрн жил в Нельсон-колледже пансионером. Домой ездил на каникулы.

Здесь ему снова повезло с учителем. Математику вёл Уильям Литтлджон, человек строгий. Он приучил мальчика к дисциплине и упорству и дал ему крепкую математическую школу. В конце первого года Эрн получил награды по древним языкам и истории, в конце второго добавил математику и французский.

Он не был тихим зубрилой. Играл в регби за школьную команду. В 1889 году стал старостой, лучшим учеником колледжа, Лучшего ученика там называли латинским словом dux, а оно на слух похоже на английское ducks, «утки». Отсюда, как пишет Кэмпбелл, и пошло его школьное прозвище Quacks, то есть «Кряк».

Пока он учился, семья снова переехала. В 1888 году отец увидел, сколько дикого льна растёт вдоль побережья Таранаки, на Северном острове, и купил права на землю в Пунгареху, на Нижней Парихака-роуд. Там он построил мельницу с турбиной, пруд для вымачивания листьев, бараки для рабочих и просторный дом из дерева риму. Скоро на мельнице работали около ста человек.

Каникулы Эрн проводил теперь в Пунгареху. Работы хватало и для сына хозяина: он, например, помогал размечать уровни для прудов, где мокли листья льна. А рядом с домом разбили большой огород, чтобы кормить семью овощами. Тот самый.

В конце второго года в колледже Эрн попробовал выиграть стипендию в университет. Не вышло. Он вернулся на третий год, и через год попробовал опять. Во всей Новой Зеландии таких стипендий давали десять. На этот раз он оказался среди лучших: по одним данным четвёртым, по другим третьим.

Во второй раз подряд вторая попытка сработала.

Сто пятьдесят студентов

В 1890 году восемнадцатилетний Резерфорд поступил в Кентербери-колледж в Крайстчерче. Колледж входил в Новозеландский университет, и студентов в нём было около ста пятидесяти, а профессоров, по данным русской Википедии, всего семеро. Здания строили по образцу оксфордских и кембриджских колледжей, с башней и часами.

Оплачивать его жизнь в городе семья, как пишут историки, не могла. Каждая премия была на счету.

В первый же год выручил случай. Резерфорд делил квартиру на Монреаль-стрит с однокурсником Вилли Маррисом. Они соперничали в математике, и в конце года разделили премию по ней на двоих. Но Маррис уже получил премию по латыни, а по правилам одному студенту полагалась только одна. Деньги целиком достались Резерфорду.

Маррис, кстати, почти всегда обходил его на экзаменах. Годы спустя, уже став сэром Уильямом Маррисом и возглавив колледж в английском Ньюкасле, он признал, что Резерфорд был математиком сильнее. А свои победы списал на то, что у соперника на экзаменах сдавали нервы.

В колледже Резерфорд не сидел в четырёх стенах. Играл в регби за третью команду. Выступал в дискуссионном клубе, где однажды доказывал, что влияние современной прессы «чрезмерно и опасно». Был среди основателей студенческого Научного общества. В апреле 1891 года общество устроило открытый вечер для горожан, и пришли больше пятисот человек. Резерфорд в тёмном зале показывал им светящиеся трубки и фосфоресцирующую краску.

Жестяной сарай

Больше всего на него повлияли два профессора.

Математику читал Чарльз Кук, человек строгий, классической выучки. Физику и химию вёл Александр Бикертон, его полная противоположность. Строгой научной выучки ему недоставало, зато энтузиазма было на десятерых. Бикертон читал публичные вечерние лекции, на которые валила публика, потому что у него на кафедре то и дело что-нибудь взрывалось. Химико-физический корпус, где он хозяйничал, в колледже называли «старым жестяным сараем».

Бикертон и Резерфорд остались друзьями на всю жизнь. Когда в 1929 году старый профессор умер, некролог в лондонскую The Times написал его бывший студент.

В 1892 году Резерфорд получил степень бакалавра. Его математические способности принесли ему единственную в стране старшую стипендию по математике, и она дала ещё год учёбы, на магистра.

Магистерская программа требовала собственного исследования. Эрн выбрал вопрос, который тогда занимал многих: намагничивается ли железо, если ток в обмотке меняется очень быстро? Вдохновил его Никола Тесла, который пытался передавать энергию без проводов с помощью своей высокочастотной катушки.

Чтобы ответить на вопрос, Резерфорд сделал два прибора. Первый переключал две электрические цепи с задержкой, которую можно было сократить до стотысячной доли секунды. Второй был магнитным детектором очень быстрых импульсов тока.

И тут выяснилось, что работать негде.

Раздевалка под аудиторией

Физической лаборатории у Кентербери-колледжа не было вообще. Резерфорд устраивался в свободных аудиториях, в кладовой «жестяного сарая», в коридорах. Какое-то время работал в Большом зале, пока тот не понадобился для экзаменов.

А главная беда была в дрожи. Его приборы чувствовали малейшую вибрацию: шаги в коридоре или хлопнувшая дверь могли сбить всё измерение. Нужна была комната с бетонным полом, где никто не ходит и где можно оставить установку собранной.

Такая нашлась под ярусами сидений лекционной аудитории, под часовой башней. Там были «берлоги», как их звали студенты: подвальные комнатки, где раньше вешали мантии, уходя из колледжа. В апреле 1894 года Резерфорд вместе с другом Джеком Эрскином официально попросил себе одну из них.

Эту раздевалку сейчас так и называют: «Берлога Резерфорда». В ней музей, а на стене у входа бронзовая табличка.

Иголка в кислоте

В берлоге дело пошло. Резерфорд пропускал через проволочную петлю разряд лейденской банки, тогдашнего конденсатора, и клал внутрь петли стальную иглу. Ток в таком разряде не течёт в одну сторону, а мечется туда и обратно, и очень быстро. Он показал, что игла всё равно намагничивается, даже когда ток меняет направление до пятисот миллионов раз в секунду.

Потом он стал опускать намагниченные иглы в кислоту и понемногу растворять их. Оказалось, что магнитным был только тонкий наружный слой стали. Глубже быстрый ток не проникал.

Из этих опытов вырос прибор, ради которого Резерфорда потом и запомнили в Новой Зеландии. Магнитный детектор ловил электромагнитные волны, те самые, существование которых немец Генрих Герц доказал всего за несколько лет до того. Проще говоря, это был один из первых приёмников радиоволн.

Батарею для опытов, по данным новозеландского биографического словаря, Резерфорд собрал сам, на каникулах, на отцовской мельнице в Пунгареху.

В конце 1893 года он сдал магистерские экзамены и получил степень с отличием первого класса сразу по двум направлениям: по математике и по физике. Случай редкий. 29 ноября 1894 года он доложил о своём детекторе в Кентерберийском философском институте, а в трудах Новозеландского института вышла его первая научная статья.

Ему было двадцать три года.

Три отказа

А вот с работой не складывалось.

Выпускник с блестящими оценками хотел стать школьным учителем. Для Новой Зеландии того времени это было нормальное, уважаемое будущее. Он подал прошение в Крайстчерчскую мужскую гимназию и получил отказ. По подсчёту Кэмпбелла, постоянное учительское место не давалось ему трижды.

Сохранилось письмо, которое 7 сентября 1893 года прислал ему из Эдинбурга бывший однокашник Джон Стивенсон. Тот подробно описывал тамошнее преподавание и стипендии. Историки думают, что Резерфорд сам спрашивал совета: он всерьёз прикидывал, не уехать ли учиться на врача.

В итоге в 1894 году он снова записался в колледж, на этот раз на бакалавра наук, и взял геологию с химией. Не из любви к камням. Он нацелился на одну стипендию, а подавать на неё мог только тот, кто числился студентом.

В конце 1894 года ему всё-таки дали постоять перед классом. Несколько недель он замещал учителя в той самой гимназии, которая ему отказала. Историки деликатно пишут, что учителем он оказался не слишком успешным.

Дочь хозяйки

Последние годы в Крайстчерче Резерфорд снимал комнату у вдовы, миссис Мэри Ньютон. У хозяйки была дочь, тоже Мэри, дома её звали Мэй.

Постоялец и хозяйская дочь полюбили друг друга. Перед тем как Эрн уехал из Новой Зеландии, они обручились.

Со свадьбой пришлось подождать пять лет. Жениться Резерфорд собирался только тогда, когда будет уверен, что прокормит семью.

Стипендия, которая досталась другому

Стипендия, на которую он целился, была особенная. После Всемирной выставки 1851 года в Лондоне остались деньги, и королевская комиссия выставки учредила на них стипендии для выпускников университетов Британской империи. Стипендиат мог поехать в любую страну мира и заниматься исследованиями. Выплата, по данным русской Википедии, составляла 150 фунтов в год.

На всю Новую Зеландию такая стипендия выпадала одна, и раз в два года.

Заявки подали двое. Работы отправили экспертам в Англию. Эксперты прочитали и рекомендовали не Резерфорда, а Джеймса Маклорена из Оклендского университетского колледжа. Это был способный химик. Его младший брат Ричард потом станет президентом Массачусетского технологического института.

Для Резерфорда это означало тупик. Следующая такая стипендия для новозеландца полагалась только через два года.

Но у Маклорена уже была семья. А условия стипендии запрещали во время учёбы подрабатывать, да и самих денег на семью не хватало. Маклорен отказался.

Другого кандидата, кроме Резерфорда, не было. Университет выдвинул его, и стипендию утвердили.

Последняя картофелина

Известие пришло в июле 1895 года. И вот здесь в биографию входит та самая сцена на огороде в Пунгареху.

Семейное предание, которое пересказывает музей Пуке-Арики, звучит так. Эрн был в огороде, когда ему сообщили о стипендии. И сказал: «Это последняя картофелина, которую я выкопал».

В заметках к стопятидесятилетию Резерфорда, которое Новая Зеландия отмечала в 2021 году, рассказ повторяют с тем же осторожным «как сообщают». Кто принёс весть и как именно, в пересказах не уточняется. Точно известно другое: в том же году он уехал.

Сцена прижилась не случайно. Сын колёсного мастера и мельника, который все каникулы работал на отцовской земле, стоит над грядкой и узнаёт, что его жизнь поворачивает. Даже если слова потом немного отполировали в семейных пересказах, поворот был настоящий.

Билет в долг

Стипендия была, а денег на дорогу не было. Как сообщает русская Википедия, на билет до Англии Резерфорду пришлось занять.

В августе 1895 года он впервые в жизни покинул Новую Зеландию. Ему было двадцать три, в конце августа исполнилось двадцать четыре. С собой он вёз три диплома Новозеландского университета, свой магнитный детектор и рекомендательное письмо от Бикертона.

В письме были такие слова: «Лично Резерфорд так доброжелателен и так охотно помогает другим студентам в их трудностях, что его полюбили все, кто с ним сталкивался».

Чужак в Кембридже

Резерфорду повезло со временем. Как раз в 1895 году Кембриджский университет по инициативе Джозефа Джона Томсона, директора Кавендишской лаборатории, изменил правила. Раньше заниматься там наукой могли только свои, выпускники Кембриджа. Теперь пустили и тех, кто закончил другие университеты. В Кембридже таких новичков звали «чужаками».

Той осенью в лабораторию записались четверо: Резерфорд, Джон Мак-Леннан, Джон Таунсенд и француз Поль Ланжевен. С Ланжевеном Резерфорд работал в одной комнате, и они дружили до конца жизни. А Кэмпбелл называет Резерфорда первым в истории Кембриджа студентом-исследователем, который не был здешним выпускником.

Руководителем он выбрал самого Томсона. Через два года Томсон откроет электрон, первую частицу меньше атома.

Жилось на стипендию туго. Как пишет русская Википедия, денег не хватало даже на еду, и Резерфорду пришлось подрабатывать репетиторством.

Сквозь кирпичную стену

Начал он с того, что привёз из дома: с магнитного детектора. Поставил его в приёмную цепь и обнаружил, что волны от передатчика ловятся за несколько метров даже через кирпичную стену.

Дальше больше. Астроном сэр Роберт Болл подкинул ему задачу: корабль в тумане не видит маяка, так нельзя ли дать ему сигнал по воздуху? Резерфорд взялся повышать чувствительность прибора. К февралю 1896 года он ловил сигнал на расстоянии нескольких сотен метров, по другим подсчётам до полумили. На короткое время это был мировой рекорд.

Рекорд продержался недолго. В 1896 году Резерфорд доложил о своих результатах на съезде Британской ассоциации и узнал, что итальянец Гульельмо Маркони уже передаёт сигнал почти на десять миль. Беспроволочный телеграф ушёл к Маркони.

Кэмпбелл пишет, что Резерфорд тогда чуял и славу, и деньги. Но Томсон уже разглядел, какой у него сотрудник, и позвал его заняться другим: тем, как газы под действием рентгеновских лучей начинают проводить ток. Рентген открыл свои лучи в конце 1895 года, и всё это было самой свежей физикой.

Кролик с другого края света

В Кембридже на новозеландца быстро обратили внимание. Осенью 1896 года в Кембридж, в колледж Гонвилл-энд-Киз, поступил врач из Эдинбурга Эндрю Бальфур. Позже монреальская газета Herald приведёт его слова о Резерфорде тех лет:

«У нас тут завёлся кролик с антиподов, и роет он очень глубоко».

Кролик рыл. В 1897 году Резерфорд первым в Кембридже получил новую степень бакалавра за исследования. Потом взялся за лучи урана, которые недавно открыл Беккерель, и к 1898 году нашёл, что они бывают двух видов, с разной проникающей силой. Назвал их по первым буквам греческого алфавита: альфа и бета. Этими названиями физики пользуются до сих пор.

Профессор в двадцать семь

Места в самом Кембридже для него пока не было. По тогдашним правилам чужак не мог быстро получить там постоянную должность.

В 1898 году Резерфорд подал на должность профессора физики в Университете Макгилла в Монреале. Шансов было мало: кандидаты были старше и опытнее. Но у него была рекомендация Томсона: «У меня никогда не было студента с бо́льшим энтузиазмом и способностями к самостоятельным исследованиям, чем мистер Резерфорд».

Он получил кафедру. Ему было двадцать семь лет, и жалованье, по данным русской Википедии, составило 500 фунтов в год. Больше чем втрое против той стипендии, на которую он когда-то плыл в Англию на занятые деньги.

В 1900 году он вернулся в Новую Зеландию и в Крайстчерче женился на Мэри Ньютон, дочери своей бывшей квартирной хозяйки. Пять лет помолвки кончились.

Самое быстрое превращение

В Монреале Резерфорд и молодой химик Фредерик Содди доказали то, во что тогда почти никто не верил: атомы радиоактивных веществ сами собой распадаются и превращаются в атомы других элементов. В 1908 году за эту работу ему дали Нобелевскую премию. По химии.

Физик Резерфорд потом не раз с усмешкой говорил друзьям, что самым быстрым превращением, какое он видел в жизни, было его собственное превращение из физика в химика.

Ему было тридцать семь. Позади осталось много такого, что со стороны выглядело как неудачи. Стипендия в колледж, взятая со второго раза. Университетская стипендия, тоже со второго. Три отказа в учительском месте. Лаборатория, которой не было, и приборы, которые приходилось таскать в раздевалку под аудиторией. Кембриджская стипендия, которую сначала отдали другому. Рекорд, который через несколько месяцев побил Маркони.

И где-то в самом начале этого пути был мальчишка из Фоксхилла, который считал секунды между молнией и громом, и самодельная пушка, которая разорвалась. А в Пунгареху, у льняной мельницы, была грядка, над которой двадцатитрёхлетний парень, если верить семейному преданию, сказал, что эта картофелина у него последняя.