Чарлз Гловер Баркла

Английский физик Чарлз Гловер Баркла (Charles Glover Barkla) 7 июня 1877 года родился в г. Уиднесе (графство Ланкашир). Его родители – Джон Мартин Баркла, служащий химической компании, и Сара (в девичестве Главер) Баркла. Чарлз закончил среднюю школу при Ливерпульском институте и в 1895 г. поступил в Университетский колледж в Ливерпуле на средства стипендиального фонда; там он изучал математику и экспериментальную физику. В 1898 г. он получил степень бакалавра с высшими отличиями по физике. В следующем году он получил степень магистра.

Образование

На стипендию в Тринити-колледже (Кембридж) в 1899 г. Баркла изучал физику у Джорджа Стоукса и проводил исследования в Кавендишской лаборатории под руководством Дж.Дж. Томсона. Полтора года спустя он перешел в Кингс-колледж, где смог петь в его знаменитом хоре; обладая превосходным баритоном, он часто солировал. В 1902 г. Баркла отказался от хоровой стипендии в Кембридже и вернулся в Ливерпуль в качестве стипендиата; здесь два года спустя он получил докторскую степень по физике.

Начало научной деятельности

Он оставался в Ливерпуле до 1909 г. сначала в качестве лаборанта, затем ассистента и, наконец, лектора по специальным курсам. Все эти годы Баркла работал над исследованием рентгеновских лучей, которое начал еще в 1901 г., на третий год своего пребывания в Кембридже. В 1909 г. он покинул Ливерпуль, чтобы занять ставку профессора физики в Кингс-колледже в Лондоне.

Открытие рентгеновских лучей (икс-лучей) Вильгельмом Рентгеном в 1895 г. вызвало среди физиков сильные споры. Одни считали, что эти лучи представляют собой разновидность электромагнитного излучения вроде света, тогда как другие полагали, что они состоят из частиц. Эксперимент, поставленный Баркла в 1904 г., подтвердил представление о том, что рентгеновские лучи представляют собой колебания электромагнитных волн, возникающих в результате торможения электронов, которые ударяют в анод катодной трубки.

Классическая электромагнитная теория предсказывала (и эксперимент Б. подтвердил это), что такие колебания должны быть частично поляризованы, а это означало, что излучение, испускаемое в плоскости, перпендикулярной движению электронов, обладает более сильным электрическим полем в направлении, перпендикулярном этой плоскости, чем в направлениях, параллельных ей.

В 1897 г. было замечено, что под воздействием рентгеновских лучей, падающих на вещество – неважно, на твердое тело, жидкость или газ, – возникает вторичное излучение. В 1903 г. Баркла опубликовал свои первые результаты по вторичному излучению, которое, как он считал, было вызвано исключительно рассеянием первичного луча. Установленный им результат, что интенсивность рассеяния увеличивается пропорционально атомному весу вещества, на котором происходит рассеяние, придал вес электронной теории материи, еще не полностью тогда признанной.

Дальнейшие наблюдения Баркла над рентгеновскими лучами показали, что в случае более тяжелых элементов вторичное излучение на самом деле состоит из двух компонент: таких же рентгеновских лучей, что и первичное излучение, и менее проникающего, или более «мягкого», излучения, которое испускается рассеивающим веществом и характерно для него.

У этого более мягкого излучения, которое стали называть характеристическим излучением, проникающая сила увеличивалась согласно положению, занимаемому излучающим элементом в периодической таблице. Г.Дж. Мозли позднее воспользовался этим результатом, чтобы установить смысл атомного номера элемента (число единиц заряда у ядра), что стало важным шагом к пониманию строения атомного ядра.

К 1911 г. Баркла показал, что характеристическое излучение тяжелых элементов бывает двух типов: более проникающее излучение, которое он назвал K-излучением, и менее проникающее, названное им L-излучением. Позднее выяснилось, что K- и L-излучения возникают при переходах внутренних электронов (после того, как они были предварительно возбуждены рентгеновскими лучами) в атоме, квантовая модель которого была предложена Нильсом Бором и Арнольдом Зоммерфельдом для объяснения излучения видимого света.

Нобелевская премия

Исследования Баркла принесли ему международное признание: он был награжден Нобелевской премией по физике за 1917 г. «за открытие характеристического рентгеновского излучения элементов» (Мозли, который мог бы разделить Нобелевскую премию с Баркла, был убит в ходе боев в Галлиполи во время первой мировой войны).

«Открытие Баркла характеристического рентгеновского излучения оказалось явлением весьма важным для исследований в области физики», – писал Г.Д. Гранквист, член Шведской королевской академии наук, в 1918 г. в специальной статье. «Открытие дифракции рентгеновских лучей на кристаллах дало в руки средство измерения длин их волн, и последовавшие затем исследования K- и L-серий принесли плоды огромной важности для понимания внутреннего строения атомов».

Поскольку во время войны поездки были ограничены, церемонию награждения пришлось отложить, и только в 1920 г. Баркла смог прочитать свою Нобелевскую лекцию «Характеристическое рентгеновское излучение» («Characteristic Rontgen Radiation»).

Профессорская и исследовательская деятельность

Начиная с 1913 г. Баркла был профессором натурфилософии в Эдинбургском университете в Шотландии и оставался на этом посту до самой смерти. Однако к тому времени, когда он получил Нобелевскую премию, его авторитет как физика начал падать, и он самоизолировался от физического сообщества.

Пользующийся уважением как сильный экспериментатор, он тем не менее не сумел осознать свою слабость в качестве теоретика. Он игнорировал экспериментальные работы других ученых и во все большей степени переоценивал те задачи, которые исследовал сам. В 1916 г. он отверг квантовую теорию, развитую Максом Планком, Альбертом Эйнштейном и Нильсом Бором.

К этому времени убеждение Баркла в том, что энергия не квантуется, с трудом выдерживало критику перед лицом очевидных фактов. Он отказался признать существование открытого Артуром Х. Комптоном в 1923 г. эффекта Комптона, который сыграл крайне важную роль в развитии квантовой теории в 20-х гг. (В эффекте Комптона падающий рентгеновский луч выбивает электрон из атома и рассеивается, подтверждая тем самым, что рентгеновские лучи так же, как и видимый свет, иногда действуют, как частицы.)

После 1916 г. Баркла посвятил себя исследованию того, что он назвал «J-явлением», в котором имеет место излучение, обладающее большей проникающей способностью, чем излучение K-типа. Однако подобное явление никогда не было подтверждено.

Семья и личная жизнь

В 1907 г. Чарлз Баркла женился на Мэри Эстер Коуэлл, дочери главного судебного исполнителя острова Мэн. У них было три сына и одна дочь. Вскоре после гибели младшего сына во второй мировой войне, здоровье Баркла пошатнулось. Он умер в своем доме в Эдинбурге 23 октября 1944 г.

Баркла отличался дружелюбием и мягкостью характера, был глубоко религиозным прихожанином методистской церкви. За долгие годы пребывания членом экзаменационного комитета британских университетов он снискал себе репутацию знающего и честного человека. Кроме пения, он любил играть в гольф и ездить на автомобиле по шотландским предгорьям.

Баркла был членом Лондонского королевского общества, награжден медалью Хьюза этого общества (1917). Ему были присвоены почетные ученые степени Ливерпульского университета и нескольких других учебных заведений.