Превращение элементов
Шрифт:
В 1903 г. на почве повышенного интереса к разного рода лучам конфуз случился не с кем-нибудь, а с учёным, членом французской Академии наук, главой физического отделения университета в городе Нанси профессором Блондло.
Он объявил об открытии N– лучей, которые якобы спонтанно, без внешнего воздействия, исходили от некоторых металлов и по многим своим свойствам превосходили лучи Рентгена. Между прочим, произошло это после того, как была уже известна радиоактивность. Поэтому сообщение Блондло было с доверием воспринято многими видными исследователями, в том числе и сыном Анри Беккереля — первооткрывателя уранового излучения. В десятках лабораторий занялись изучением N– лучей, и вскоре выяснилось: никаких таких N–
Словом, интерес к разного рода излучениям нарастал. Англичанин Дж. Дж. Томсон, который, кстати, мог бы тоже быть первооткрывателем X– лучей, доказал существование частицы — носителя электричества, предсказанной ранее Гельмгольцем и окрещённой ирландским физиком Стоуни электроном. 29 апреля 1897 г. — день заседания Лондонского Королевского общества, на котором Томсон сделал сообщение о своей работе, — стали считать днём рождения электрона, первой материальной частицы меньше атома. Это значит, что атом перестал быть последним «кирпичиком» материи, который, как считалось, ни измерить, ни разделить уже нельзя. Ну а поскольку, как выяснилось, в атоме есть частицы, несущие отрицательный заряд, то должны быть к другие частицы, которые уравновешивали бы суммарный заряд электронов: ведь атом в целом нейтрален.
Как же они там, в атоме, расположены?
Первым, кто попытался ответить на вопрос, был сам Дж. Дж. Томсон. Он писал: «Я представляю атом состоящим из большого числа микротел, которые я называю корпускулами, эти корпускулы равны между собой; масса корпускулы равна массе отрицательного иона в разреженном газе, т. е. приблизительно 3·10–26 г. В обычном атоме это собрание корпускул образует электрически нейтральную систему. Поскольку отдельные корпускулы аналогичны отрицательным ионам, следовательно, когда они собираются в нейтральный атом, отрицательные заряды уравновешиваются чем-то, имеющим положительный заряд, равный сумме зарядов отрицательно заряженных корпускул».
Это была первая модель атома.
Томсон видел несовершенство своей модели и говорил, что «каждое новое открытие не является пределом, дальше которого нельзя идти, а наоборот, служит проспектом, ведущим в новые, ещё не исследованные страны…». Однако при всём несовершенстве предложенная Томсоном модель обозначила собой крупный шаг теоретической физики. Можно сказать, что она была если не самим проспектом, то, бесспорно, его началом, первой смелой попыткой описать ту «неисследованную страну», тот мир, где за сравнительно короткий срок наука нашла принципиально новый источник энергии — энергии атома и атомного ядра.
Рождение предвестника в сарае мертвецов
Известный французский математик Анри Пуанкаре заинтересовался X– лучами и обратил внимание на то, что исходят они из того места трубки, куда ударяются катодные лучи и где возникает сильная фосфоресценция. Возможно, полагал Пуанкаре, что сама фосфоресценция и является источником X– лучей. Его предположение взялись проверять несколько французских физиков. 10 февраля 1896 г. Шарль Анри сообщил Парижской академии о своих опытах с сернистым цинком. Он заворачивал фотографическую пластинку в чёрную бумагу, после чего помещал на неё кусочек сернистого цинка и некоторое время освещал солнечными лучами. После проявления на пластинке чётко видны были тёмные пятна, полученные от проникающей через бумагу фосфоресценции сернистого цинка. Подобные эксперименты поставил и Нивенгловский, использовав не сернистый цинк, а сернистый кальций. Пятна на пластинке точно обрисовывали контуры фосфоресцирующих кристаллов. То же самое проделал член Парижской академии Трост и получил такие же результаты.
Беккерели шли по фосфоресцирующей тропе. Ещё летом 1835 г. Антуан Сезар Беккерель наблюдал сказочную картину свечения Адриатического моря в Венеции и с тех пор увлёкся проблемой фосфоресценции. Сын его Эдмонд, также профессор физики, стал работать с отцом в той же области. В 1857 г. он описал многие фосфоресцирующие вещества и оставил после себя большую сводную работу по этой проблеме. С 1872 г. он занялся изучением фосфоресцирующих свойств урана, и в этой работе помогал ему третий представитель рода Беккерелей — Анри, ставший членом Парижской академии наук в 36 лет.
По совету Пуанкаре Анри Беккерель занялся проверкой: не являются ли X– лучи свечением фосфоресцирующих веществ?
Первые опыты как будто подтверждали мысль Пуанкаре. Беккерель действительно получил неясные силуэты фосфоресцирующих веществ на проявленных фотопластинках. Но эти результаты его мало удовлетворили — то ли из-за нечёткости силуэтов, то ли потому, что он в глубине души не был убеждён в справедливости догадки Пуанкаре. Беккерель повторил опыт, взяв для этого соли урана, благо их было достаточно в полученной по наследству коллекции отца. Он ожидал, что соль урана, которая, как считалось, фосфоресцирует сильнее, даёт более чёткие силуэты. Однако проявленная пластинка едва потускнела. Тогда Беккерель всё проделал сначала, с той лишь разницей, что на пластинку, как всегда завёрнутую в чёрную бумагу, он положил металлическую фигурку, а на неё насыпал урановую соль. Снова всё это облучил солнечным светом и проявил пластинку. На ней он увидел отчётливый силуэт металлической фигурки. Что ж, Пуанкаре, выходит, прав — при фосфоресценции действительно излучаются X– лучи… Впрочем, при встрече с Пуанкаре Беккерель выразился несколько осторожнее — не X– лучи, а подобные им.
В конце февраля 1896 г. в Париже установилась плохая погода, и Беккерель не смог продолжить эксперимент. Полностью подготовленные к нему пластинки и соль урана он положил в ящик стола. Прошло два дня, снова выглянуло солнце, можно было начинать опыт. Очевидно, интуитивное побуждение к чистоте эксперимента заставило Беккереля проявить одну из пластинок, прежде чем освещать их солнечным светом. И вот первая неожиданность: урановая соль оставила на пластинке следы. Сразу вопрос: каким образом? Беккерель твёрдо знал, что урановая соль в темноте не фосфоресцировала. Первый вывод: по-видимому, соли урана совсем не обязательно выставлять на солнце, чтобы они испустили какие-то лучи, как и лучи Рентгена, свободно проникающие сквозь плотную чёрную бумагу. Именно так Беккерель высказался 2 марта 1896 г. по поводу своих наблюдений в Парижской академии наук. По его мнению, между фосфоресценцией и испусканием рентгеновских лучей никакой связи нет. Это второй очень важный вывод.
Случилось парадоксальное. Эксперименты, поставленные Беккерелем, должны были подтвердить гипотезу Пуанкаре, но полученные результаты похоронили её. Так в науке бывало нередко, и Беккерель, как настоящий учёный, поступил в полном соответствии с известным изречением древних: Платон мне друг, но истина дороже. Возражения со стороны других учёных были. Были и предостережения. Не рано ли, говорили ему, ниспровергать гипотезу Пуанкаре, ведь Шарль и Нивенгловский — серьёзные исследователи, их опыты с засвечиванием пластинок сернистыми соединениями кальция и цинка давали подобный же эффект.
Беккерель проверял всё снова и снова как свои, так и те результаты, что были получены другими учёными, и каждый раз убеждался, что только вещества, содержащие в себе уран, дают тот эффект, который он обнаружил 1 марта.
К этому времени другой французский учёный, Анри Муассан, нашёл способ выделения химически чистого металлического урана. Беккерель получил в своё распоряжение немного такого урана, и он окончательно похоронил гипотезу Пуанкаре. Чистый порошкообразный металлический уран излучал неведомые лучи ещё сильнее, нежели его соли, и без всякого влияния на то солнечного света.