1892–1962

После того, как Макс Планк рискнул предположить факт существования квантов – частиц (квазичастиц), несущих в себе определённую порцию энергии излучения, а Альберт Эйнштейн продолжил его начинание, высказав идею о фотонах – световых квантах, осталось сделать совсем немного – подтвердить существование фотонов экспериментально. С этой задачей превосходно справился Артур Комптон, который был удостоен за это Нобелевской премии по физике 1927 г. Сегодня концепция фотонов используется в видеотехнике и фотохимии, компьютерной томографии и сверхмощных микроскопах.

1892-й год был богат на появление известных впоследствии имён. Именно в этот год родились польский математик Стефан Банах, американский авиаконструктор Дональд Дуглас, шотландский физик, изобретатель радара Роберт Уотсонн-Уатт, французский физик, один из основателей квантовой механики Луи де Бройль, а также герой нашей очередной истории. Итак, время действия: 10 сентября 1892 г. Место – городок Вустер, штат Огайо, США. В семье Элиаса Комптона, пресвитерианского пастора, профессора философии и декана Вустерского колледжа и Отелии Кэтрин Комптон родился сын – Артур Холли Комптон. Элиас, заботясь о своей церковной пастве, не забывал взращивать «разумное, доброе, вечное» и в Комптоне-младшем. Именно в родительском доме Артур обретает свой первый опыт веры, который впоследствии сохранит на всю жизнь. Уже став известным учёным, в своей статье под названием «Наука и сверхъестественное», он признается: «С раннего детства я научился видеть в Иисусе величайший пример любви к ближнему, выражающейся в реальных делах; пример того, кто знает, что найти душу свою можно, лишь утратив её ради высшей ценности; того, кто скорее умрёт, чем поступится истиной ради расхожего мнения, пусть даже его придерживаются самые уважаемые современники. Этот дух Иисуса и сегодня настолько явственно проявляется в людях, что во мне живёт надежда: следуя Ему, насколько это в моих силах, я тоже, быть может, смогу жить вечно».

Семейная атмосфера способствовала раннему и благополучному развитию мальчика, который находит удовольствие в коллекционировании бабочек и чтении книжек по астрономии и палеонтологии. Отправившись позже в колледж, где работал его отец, Артур успешно заканчивает его, получая в возрасте 21 года звание бакалавра. Следующий год он штудирует физику в Принстонском университете, где год спустя после поступления получает степень магистра в области физики. Ещё два года уходит на написание докторской диссертации о взаимодействии рентгеновских лучей с веществом, которую он также успешно защищает, получив звание доктора наук.

Вскоре после этого, в 1919 г., Комптону посчастливилось получить стипендию от Национального исследовательского совета и провести целый год в Кавендишской лаборатории в Кембридже. Как известно, именно в это время и в этом же месте Эрнест Резерфорд осуществляет первую в истории науки ядерную реакцию, что произвело на гостя из Америки незабываемое впечатление. Исследуя явление рассеяния и поглощения гамма-излучения, сэр Артур замечает, что первичное излучение, направленное на «мишень» хуже поглощается веществом, чем вторичное, рассеянное «мишенью». Однако заметить это оказалось легче, чем объяснить. Одно было ясно: законы классической физики здесь не работают, а квантовая механика только делала свои первые шаги.

Начатые в Кембридже эксперименты Комптон продолжает в США, где по возвращении его назначили деканом физического факультета Вашингтонского университета в Сент-Луисе, штат Миссури. Используя изобретённый Уильямом Брэггом рентгеновский спектрометр, сэр Артур обнаруживает, что вторичное рентгеновское излучение может иметь большую длину волны, чем первичное, в зависимости от угла, под которым оно рассеяно. В дальнейшем это явление назовут эффектом Комптона, а пока учёный пытается дать объяснение случившемуся. Отложив безрезультатные потуги использовать для этого законы классической физики, он обращается к квантовой интерпретации и приходит к выводу: увеличение длины волны (или уменьшение частоты) вторичного излучения связано с тем, что рентгеновские лучи, представляющие собой поток квантов или «частиц энергии», отдают часть энергии электронам мишени. В результате, потеряв часть энергии при соударении, они имеют меньшую частоту (поскольку энергия в квантовой теории пропорциональна частоте) и большую длину волны. Заодно была найдена разгадка обнаруженного в Кембридже эффекта: вторичное излучение (с меньшей энергией квантов) поглощается сильнее, а первичное (с большей энергией квантов) поглощается слабее. Подтвердив своим открытием гипотезу Эйнштейна о том, что электромагнитное излучение (свет, рентгеновские лучи) можно рассматривать и как волну (на этом принципе основана работа рентгеновского спектрометра), и как поток частиц, Комптон, по сути, подтвердил современную идею «корпускулярно-волнового дуализма». Опубликовав результаты своих исследований в 1923 г., он становится профессором Чикагского университета, в котором проведёт следующие 22 года своей жизни. Несмотря на то, что открытие учёного было воспринято неоднозначно (уж слишком сложно давался отказ от классической физики в пользу квантовой), в конечном итоге его заслуги были отмечены в 1927 г. вручением Нобелевской премии по физике «за открытие эффекта, названного его именем». Артур Комптон разделил её с шотландским физиком Чарльзом Вильсоном, изобретателем конденсационной камеры, которая дала «метод визуального обнаружения траекторий электрически заряженных частиц с помощью конденсации пара». Попросту говоря, детище Вильсона помогло обнаружить, что в результате взаимодействия с рентгеновским излучением электроны «мишени» вылетают с большой скоростью, оставляя следы своего движения (треки) в конденсационной камере.

Дальнейшие работы Комптона были связаны с изучением магнитных свойств ферромагнетиков (сильных магнитных веществ, таких, например, как железо), а также с исследованием космических лучей (специфического излучения, приходящего на землю из космоса).

История нашего героя будет неполной, если не упомянуть о его семье. В возрасте 24 лет (как раз в то время, когда он защитил докторскую диссертацию) он женится на Бетти Чарити Мак-Клоски, вместе с которой они воспитают двух своих сыновей.

Будучи убеждённым христианином, Комптон в течение 14 лет (с 1934 по 1948 гг.) руководит Лейменским миссионерским движением, принимает активное участие в работе Национальной конференции христиан и иудеев. Однажды, во время интервью газете «Чикаго дейли ньюс» (12 апреля 1936 г.), учёный заявил о своей вере в Бога-Творца: «Для меня вера начинается с осознания того, что высший разум создал Вселенную и человека. Такая вера даётся мне легко, так как нет сомнений в том, что за замыслом всегда стоит разум. Упорядоченность открывающейся нам Вселенной свидетельствует об истине самого потрясающего из всех высказываний: „В начале сотворил Бог…”». Кроме этого, некоторое время он выполняет служение дьякона в баптистской церкви, а на вопросы относительно о том, насколько служение в церкви совместимо с наукой, отвечает: «Наука не может иметь ничего против веры в Бога, Который относится к людям как к Своим детям». Вера Комптона была практической: он стремился помогать людям и регулярно обращался к Богу в молитве, прося Его о руководстве, защите и мудрости. По его словам, «Христианский Бог – это Бог любви. Пожалуй, стоит также уточнить, что христианская любовь – не плотская страсть и не восторженное благоговение, а дружба, проявляющаяся в добрых делах ради ближнего. Молитва Богу любви означает серьёзное размышление о том, как делать это добро. И действие, проистекающее из такой молитвы, – высочайший акт поклонения Богу любви». Земное путешествие Артура Комптона закончилось 15 марта 1962 г. в Беркли (штат Калифорния). Он умер от кровоизлияния в мозг и похоронен в родном Вустере в Огайо. За научные достижения Комптон был удостоен многочисленных наград, был членом Национальной академии наук США, Американской ассоциации содействия развитию науки, Американского физического общества, Американского философского общества, а также членом более 20 иностранных научных обществ. В его честь назвали кратер на Луне, физический корпус Вашингтонского университета в Сент-Луисе и обсерваторию NASA, предназначенную для исследования гамма-излучения.