Исключение составлял только водород, для которого вместо единицы получалось 1,008 (если атомный вес кислорода принять в точности за 16)! Не веря себе, учёные продолжали измерять атомные веса, добиваясь всё большей точности.
Постепенно выяснилось, что для более тяжёлых элементов отклонение от целочисленности нарастает. Это невозможно было понять. Казалось бы, атомный вес тяжёлого элемента, составленного из нескольких водородных атомов, должен быть равен сумме их атомных весов. Но он всегда оказывался мень ше. Получалось, что масса нескольких, например десяти, свободных ядер водорода больше тех же десяти ядер водорода, слепившихся в ядро другого элемента. Почему?!
Астон, пытаясь ответить на этот вопрос, нащупал причину поразительного явления, о котором догадался Эйнштейн и которое не обнаружил ещё ни один эксперимент. Речь идет об удивительном выводе теории относительности: эквивалентности энергии и вещества.
После открытия Максвеллом законов электромагнитного поля выявилась иная, чем думали раньше, плоть мироздания. Не атомы и пустота, как считали древние атомисты; не сплошная материя, как хотелось верить Аристотелю. Плоть мира — это электромагнитное поле и вещество. Вот фундамент, на котором предстояло возводить новое здание мира. Надо было найти связь между этим полем — электромагнитным полем, включающим в себя свет, магнитные и электрические поля, — и веществом, мельчайшим зерном которого уже был признан электрон.
Первый шаг в объединении поля и вещества после Максвелла сделал голландец Лоренц. Он создал электронную теорию вещества. Он угадал, что электромагнитное поле Максвелла не нечто изолированное и оторванное от материи. Нет, в плоть поля природой вкраплены электроны — эти элементарные частицы вещества и одновременно элементарные частицы электричества (кванты вещества и электричества одновременно). Сочетание электронов с электромагнитным полем образует всё многообразие мира, все материальные тела. Лоренц нарисовал и механизм дыхания этой Вселенной: движение электронов порождает электромагнитное поле, а волны поля в свою очередь вызывают движение электронов.
Если электроны, частицы материи, являются одновременно и частицами поля, размышлял Эйнштейн, то что вынуждает нас фундаментом мира считать две ипостаси: поле и вещество? Не более ли логично опереться на одну реалию: поле? И самый мудрый из физиков мечтал охва тить все явления Вселенной теорией единого поля, включающего и электромагнитные волны, и гравитационные, и ядерные, и все известные и ещё неизвестные людям поля. Ему это не удалось, но он верил в целесообразность такой модели мира, чувствовал её исчерпывающую полноту — и кто знает, может быть, ещё при нашей жизни физика подтвердит эту концепцию…
Эйнштейн оставил нам теорию относительности — ключ к пониманию взаимоотношений поля и вещества. Эта теория помогает найти качественную и количественную меру взаимоотношений этих двух субстанций. И одна из мер — общий закон сохранения энергии и вещества, закон их эквивалентности.
Эйнштейн нашёл такие удивительные проявления закона эквивалентности массы и энергии (в мире больших скоростей и энергий), столь парадоксальные, не наблюдаемые в повседневной жизни, что физикам это казалось курьёзом, не заслуживающим внимания. Например, из теории относительности следовало, что масса движущегося тела больше его же массы в покое; масса нагретого тела больше массы холодного, частицы которого движутся медленнее. Разность, предсказываемая теорией, была столь мала, что казалось невозможным её обнаружить. И мысль о том, что одно и то же тело может иметь разную массу, считалась многими бредом.
И вот Астону посчастливилось натолкнуться на одно из проявлений этого парадоксального предсказания. В том, что ядро тяжёлого элемента, составленное из нескольких ядер водорода, имело иной вес, чем простая сумма весов тех же ядер водорода, но свободных, не связанных между собой, Астон увидел намёк на эйнштейновское утверждение.
В 1920 году он объявил, что при объединении протонов в более тяжёлые ядра результирующее ядро должно быть легче за счёт «эффекта упаковки». Это было прямое следствие положения Эйнштейна об эквивалентности вещества и энергии. И действительно, чтобы разрушить образовавшееся тяжёлое ядро и освободить протоны, потребовалось именно то количество энергии, которое соответствовало разности массы ядра и суммарной массы его осколков. Величина «дефекта массы» в точности определялась формулой Эйнштейна…
