Перейти в начало сайта Перейти в начало сайта
Электронная библиотека «Наука и техника»
n-t.ru: Наука и техника
Начало сайта / Раритетные издания / Превращение элементов
Начало сайта / Раритетные издания / Превращение элементов

Научные статьи

Физика звёзд

Физика микромира

Журналы

Природа

Наука и жизнь

Природа и люди

Техника – молодёжи

Нобелевские лауреаты

Премия по физике

Премия по химии

Премия по литературе

Премия по медицине

Премия по экономике

Премия мира

Книги

Бермудский треугольник: мифы и реальность

Как люди научились летать

Квантовый мир

Популярная библиотека химических элементов

Ум хорошо...

Яды – вчера и сегодня

Издания НиТ

Батарейки и аккумуляторы

Охранные системы

Источники энергии

Свет и тепло

Научно-популярные статьи

Наука сегодня

Научные гипотезы

Теория относительности

История науки

Научные развлечения

Техника сегодня

История техники

Измерения в технике

Источники энергии

Наука и религия

Мир, в котором мы живём

Лит. творчество ученых

Человек и общество

Образование

Разное

Превращение элементов

Борис Казаков

Приступ лучевой лихорадки

Химик «без знания физики подобен человеку, который всего искать должен ощупом. И сии две науки так созданы между собой, что одна без другой в совершенстве быть не могут».

Это слова великого русского ученого М.В. Ломоносова.

Химики нашли общий язык с физиками, по выражению известного современного ученого и писателя Айзека Азимова, еще с первых представлений о существовании атомов вещества, т.е. начиная с Левкиппа и Демокрита. Но химия шла своим путем, физика – своим, их пути пересекались очень часто, и, когда это случалось, рождались новые идеи и открытия.

Химический конгресс в Карлсруэ был столь плодотворен именно потому, что.химики согласились опереться на физическую теорию Авогадро.

Неоценимую помощь химическим исследованиям дал физический метод спектрального анализа.

Физические измерения теплоемкости во многом помогли химикам в установлении атомных весов.

Химию и физику соединил в своих работах Фарадей. Таких примеров можно приводить очень много. Взаимопроникновение этих наук с течением времени все увеличивалось, и это способствовало исключительно быстрому развитию представлений о веществе.

В 1803 г. на полках книжных лавок Петербурга появился труд профессора физики Медико-хирургической академии В.В. Петрова «Известия о гальвани-вольтовских опытах». Несмотря на то что содержание книги было чисто научным, ее распространили в предельно короткие сроки. Историки науки уже в XX столетии могли с сожалением отметить, сколь несправедливо забыты заслуги замечательного русского ученого, предвосхитившего многие открытия, признанные потом эпохальными. Среди таких открытий были и электрическая дуга и различные формы газового разряда. Как сообщал В.В. Петров, наблюдая «светоносные» явления в воздухе, он заинтересовался вопросом: «...может ли свет, которым часто сопровождается течение гальвани-вольтовской жидкости, оказываться в безвоздушном месте?»

Что с того, что на заре электротехники электрический ток понимался как «течение жидкости», важно, что и такие представления не помешали поставить замечательные опыты. Петров наблюдал, как мы сказали бы сейчас, электрический разряд в вакууме. Откачав воздух под стеклянным колпаком до 7...10 миллиметров ртутного столба, он увидел, как между электродами возникло «светоносное пламя... а иголка (один из электродов. – Б. К.) по всей длине оставалась раскаленной». Внимательно изучив это явление, Петров установил, что разряд «тем сильнее становился, чем чище был вытягиваемый воздух из колокола». Спустя три десятка лет, ничего не зная об опытах Петрова, занялся изучением тех же вопросов Фарадей и пришел к тем же выводам, что и русский академик: «Разрежение воздуха удивительно благоприятствует явлениям светящегося разряда».

Пропуская электрический ток через стеклянную трубку, в которую были вмонтированы электроды, Фарадей увидел, что при низком давлении у анода появляется фиолетовое свечение; светился и катод, но промежуток между ними оставался темным. Этот промежуток получил у других исследователей наименование «фарадеевого пространства».

Дальнейшему углублению в суть явления мешало отсутствие надлежащей технической базы. В частности, существующие в то время поршневые насосы не позволяли достигать достаточно высокой степени разрежения. Но это были временные трудности.

В 1856 г. боннский профессор Ю. Плюккер заказал небольшую стеклянную трубку для разреженных газов известному тогда стеклодуву Гейсслеру. Включив трубку в электрическую цепь, он, как и другие до него, наблюдал свечение и отклонение стрелки гальванометра. Но Гейсслер сконструировал и ртутный насос, с помощью которого можно было достигать в трубке значительно большего вакуума, чем ранее. Работая с трубкой Гейсслера последней конструкции, Плюккер увидел в ней уже не бледное свечение, а светящийся столб, который заполнил все ее пространство.

Что же так ярко и мощно светилось в трубке? Чтобы ответить на этот вопрос, ученые заполняли трубки разными газами и получали свечение различной окраски.

Предприимчивый стеклодув, заваленный заказами, расширил свою мастерскую и занялся производством трубок, которые приобрели широкую популярность под названием гейсслеровых. Огни цветной рекламы в современном городе – прямые потомки этих трубок. Явление очень красивое, но для тех времен совершенно необъяснимое.

Исследования разряда в разреженном газе предложили немецкие физики В. Гитторф (ученик Плюккера) и Е. Гольдштейн, англичанин К. Варлей и ряд других ученых. Больше всего ясности внес, пожалуй, известный уже нам физик и химик Крукс.

В 1874 г. в Шеффилдском университете Крукс выступил с докладом на тему «Лучистая материя, или Четвертое состояние вещества». Он продемонстрировал слушателям свечение в газоразрядной трубке, чем, надо сказать прямо, сначала разочаровал аудиторию, ибо все это было ей уже известно. Однако со стороны Крукса такое начало было лишь подготовительной операцией к эффекту. Он по ходу опыта откачал воздух в трубке до одной тысячной атмосферного давления, усилил напряжение – и все пространство ярко осветилось. Исследователь этим не ограничился: насос продолжал работать, откачивая остатки воздуха из трубки. И вдруг огненный столб погас, и лишь на стекле против катода осталось зеленоватое мерцающее пятно. Слушатели снова не были удовлетворены, ибо фосфоресценцию стекла при демонстрации эффекта в катодных трубках они наблюдали и ранее. Крукс это предвидел и, обращаясь к присутствующим, спросил примерно так: вы полагаете, что зеленоватое пятно – всего лишь остаточная фосфоресценция стекла? Никакого иного ответа, кроме утвердительного да, Крукс не ждал, естественно. И тогда он подключил к источнику тока такую же трубку, но с укрепленным внутри нее крестом, между катодом и противоположной стенкой трубки. Из трубки также откачали воздух, также погасло свечение и также осталось зеленоватое пятно на стекле, но на нем четко вырисовался силуэт креста. Аудитория ахнула: было яснее ясного, что крест осветили какие-то лучи! Осветили, оставаясь невидимыми и распространяясь, как обычно, прямолинейно.

Успех опыта был потрясающе нагляден. Крукс подробно информировал слушателей о своих работах и высказал предположение лишь в конце своего доклада:от атомов отрываются частицы, они и есть вот эти невидимые лучи (Крукс назвал их катодными лучами). Можно представить, как было воспринято такое объяснение, когда и в химии и в физике уже господствующим стало представление о неделимости атома. На голову Крукса посыпалось столько обвинений в научной ереси, ехидных замечаний, гневных выкриков, сожалений о том, что признанный ученый прельстился славой магов и впал в шарлатанство, – что всего трудно и перечесть.

Докладчику, столь блестяще продемонстрировавшему эффект креста, не дали даже продолжать объяснение. Полемика из зала, где Крукс продемонстрировал свой «шарлатанский» опыт, выплеснулась на страницы научных журналов.

Дело дошло до того, что Крукса публично обозвали сумасшедшим, и сделал это не кто иной, как знаменитый Г. Герц, блестящий ученый, которому человечество обязано открытием радиоволн.

Не будем упрекать знаменитого ученого за излишнюю горячность и некорректность, едва ли уместную в чисто научных спорах. Мысль, высказанная Круксом, действительно казалась чудовищной многим ученым его времени: можно ли подумать, что атом, неделимый атом, разваливается на части с помощью не таких уже сложных, можно сказать, «подручных» средств! Чем не «философский камень», с помощью которого алхимики и герметические философы мечтали превратить простой металл в золото.

Крукс не сдавался и не успокаивался, продолжал свои работы с разрядными трубками. Он показал, что катодные лучи действуют на фотографическую пластинку, отклоняются магнитом и даже, будучи сфокусированы на тонкую фольгу, могут нагреть ее до красного каления. Особенно эффектен был опыт Крукса, показывающий, что катодные лучи могут оказать силовое воздействие. Внутри трубки по строго горизонтальным стеклянным направляющим от катода катилось тщательно сбалансированное миниатюрное колесико с лопатками.

Почти два десятилетия без малого продолжался научный спор между английскими и немецкими физиками о природе катодных лучей. Читающая публика могла убедиться, что определение ученых как «людей ледяного спокойствия» слишком поспешно и далеко не всегда правильно. Видеманн, Гольдштейн, Герц ставили тончайшие эксперименты и опровергали Крукса, утверждая, что его «лучистая материя» не что иное, как определенный вид электромагнитных колебаний, подобных свету.

Их доказательства не всегда были достаточно убедительны. Так, Герц, чтобы опровергнуть Крукса и доказать световую природу катодных лучей, поставил следующий эксперимент. Он изготовил трубку из уранового стекла, которое может сильно фосфоресцировать, а на пути катодных лучей поместил листочки золотой фольги. Никакой тени в районе фосфоресцирующего пятна не было. Катодные лучи, сделал вывод Герц, свободно прошли через поры в металле, как лучи обычного света сквозь дырявую крышу. Однако этот вывод оказался поспешным. Когда на пути катодных лучей поместили пакет из нескольких листочков фольги, тени все равно не было. Не в порах, видно, дело: смешно же предполагать, что пресловутые поры так удачно могли совпасть во всех листочках пакета. Тем более, что тень не появилась и тогда, когда использовалась фольга других металлов и сплавов.

В пользу мнения, что катодные лучи – это какие-то частицы, говорил и тот факт, что они имеют отрицательный заряд. Это со всей убедительностью показал французский физик Жан Перрен. В 1881 г. Герман Гельмгольц выступил на заседании лондонского Химического общества и, обращая внимание присутствующих на законы электролиза, открытые Фарадеем без малого полвека назад, выразился следующим образом:«...если принимать гипотезу о том, что простые вещества состоят из атомов, то неизбежно заключение: электрический ток состоит из элементарных вполне определенных частиц, которые можно рассматривать в качестве атомов электричества».

Эти слова, сказанные в другой, более ранний период, вряд ли произвели бы сильное впечатление. Теперь же, после стольких экспериментов с катодными лучами и бурных споров об их природе, к ним отнеслись с огромным вниманием. Теперь ученых уже не так занимала сама природа катодных лучей (к тому, что они – какие-то материальные частицы, склонялись многие), сколько интересовал вопрос, что они собой представляют – молекулы, атомы или что-то еще?

Через пять лет после этого противник Крукса Гольлдштейн, сторонник волновой природы катодных лучей, одержимый мыслью опровергнуть ересь англичанина, поставил опыт.

Он использовал разрядную трубку, не отличающуюся замысловатостью конструкции. В ней катод и анод располагались друг против друга, так что «лучистая материя» направлялась не на стенку трубки, а прямо на анод. Катод был просверлен в нескольких местах и располагался на некотором расстоянии от стенки трубки. Это был удивительный эксперимент – из тех, когда ищут одно, а находят нечто уже совсем неожиданное. Стекло трубки зафосфоресцировало в закатодном пространстве, противоположном тому, по которому распространялись катодные лучи, и только против отверстий в катоде.

Эти лучи – их назвали каналовыми – стали предметом такого же пристального внимания, какого сподобились лучи катодные. Было установлено, в частности, что каналовые лучи отклоняются магнитом, но в сторону, противоположную отклонению катодных лучей. И еще, при одинаковых разрежениях в трубке катодные лучи в одинаковой степени отклонялись магнитом. Причем на величину отклонения не влиял ни газ, каким заполнялась трубка, ни материал самого катода. А вот каналовые лучи чутко реагировали на природу заполняющего трубку газа: отклонялись они одинаковым магнитным полем в разной степени. Напрашивался вывод, что катодные лучи – поток одинаковых отрицательно заряженных частиц, а каналовые – положительно заряженных частиц, но различающиеся по величине заряда и массе, к тому же значительно превосходящие в любом случае массу первых.

Образование положительных каналовых, или, как их еще называли, – анодных, закатодных, лучей можно было объяснить лишь действием катодных на атомы заполняющего трубку газа.

Открытие каналовых лучей родило предположение, что в атоме есть и положительно и отрицательно заряженные частицы.

Но не только физические эксперименты с разрядными трубками подрывали классические представления о неделимости атомов и вносили сумятицу в умонастроение ученых. И чисто химические исследования заставили о многом задуматься. Так, шведский ученый Сванте Аррениус, опираясь на работы Я.Г. Вант-Гоффа, В. Оствальда и других исследователей в области электропроводности растворов и осмоса (явления одностороннего проникновения растворителя в раствор через полупроницаемую перегородку), а также на законы электролиза, установленные Фарадеем, выступил с теорией электрической диссоциации. Согласно этой теории молекулы вещества в растворе распадаются на заряженные частицы – ионы. О том, как эта теория была встречена в научных кругах, лучше всего, пожалуй, говорят такие факты. Непосредственный руководитель Аррениуса профессор Клеве, узнав о новых идеях своего ученика, высказался более чем определенно: «У вас новая теория? Это весьма интересно. Прощайте – мы больше незнакомы». А когда основные положения теории Аррениуса были опубликованы, английский профессор Армстронг сравнил ее с давно отжившей теорией флогистона.

Однако предположение о «разложимости» атомов вещества получало все новые и новые подтверждения.

В 1895 г. с катодными трубками много и сосредоточенно работал директор института в Вюрцбурге Вильгельм Конрад Рентген. Он обнаружил, что от разрядной трубки исходят какие-то лучи, способные проникать через непрозрачные предметы. Шесть недель провел он в лаборатории, лихорадочно ставя опыт за опытом. Делиться ни своими наблюдениями, ни – тем более – выводами он не спешил, что вполне соответствовало его характеру ученого-экспериментатора. Когда его спросили, что он подумал, когда обнаружил свечение (фосфоресценцию) в темноте, он ответил: «Я не думал – я экспериментировал».

Решившись, наконец, обнародовать результаты своих исследований. Рентген назвал открытые им лучи X-лучами, давая тем самым понять, что они требуют еще изучения, чтобы полностью установить их природу.

Новые лучи немедленно нашли себе практическое применение и стали притчей во языцех.

Что только не говорили и не писали о лучах Рентгена!

Сатирические журналы помещали карикатуры и стихи, в которых утверждали, что Рентген обладает мрачным юмором, предоставляя «влюбленным возможность любоваться костями и безносым черепом объекта своей любви».

Одна из лондонских фирм использовала поднявшийся вокруг нового открытия шум и стала рекламировать белье, которое «предохраняло от проникновения страшных лучей».

Однажды в адрес Рентгена пришло письмо, в котором автор просил прислать ему несколько X-лучей и объяснить, как ими пользоваться: он хочет найти револьверную пулю, застрявшую у него в груди несколько лет назад. На это Рентген ответил в духе самой просьбы: он сообщил, что, к сожалению, у него нет запасов X-лучей, да и пересылка их – дело хлопотное, не лучше ли поступить проще – прислать ему грудную клетку...

В американском штате Нью-Джерси в 1896 г. некий конгрессмен внес проект закона, запрещающий применение X-лучей... в театральных биноклях, дабы сохранить чистоту нравов.

Все это, разумеется, не более чем курьезы, но не настолько, чтобы от них просто отмахнуться. Они говорят о многом. Пожалуй, это один из тех первых случаев, когда научное открытие сразу же приобрело характер общественной сенсации. Наука становилась общественным явлением. Время, когда она жила сама по себе, оставалась в стороне от общественных потребностей, а ее достижения – в сфере ее собственных интересов, все дальше и дальше уходило в прошлое.

X-лучи отличались от катодных: их не удавалось отклонять магнитным полем, и были они глубоко проникающими, хотя также оставались невидимыми и также вызывали свечение. Именно благодаря последним двум свойствам они могли быть открыты и ранее. Ученик Герца Ленард, за два года до Рентгена экспериментировавший с разрядными трубками, попросту не заметил X-лучей, хотя и имел с ними дело. Не заметил потому, что ставил опыты с определенной научной целью – развенчать гипотезу о том, что катодные лучи состоят из частиц. Впоследствии Ленард настоятельно добивался, чтобы его признали первооткрывателем X-лучей. Известный английский физик Г. Стокс заметил по этому поводу, что «Ленард, быть может, открыл рентгеновы лучи в своем мозгу, тогда как Рентген направил их в кости других людей». Озлобленный непризнанием Ленард через много лет стал изгонять «еврейскую физику» из университетов и научно-исследовательских институтов гитлеровской Германии, за что получил награду: фашистская академия наук переименовала лучи Рентгена в «лучи Ленарда».

Итак, открытие X-лучей произвело на научный мир ошеломляющее впечатление. Научные журналы наперебой высказывались об их свойствах, происхождении и, само собой разумеется, перспективах использования.

Многим казалось, что X-лучи – частный случай, что существует огромное количество разного рода излучений. Научные лаборатории Европы и Америки схватила «лучевая лихорадка». Занимались поисками новых лучей с необычными свойствами и большие ученые, и недоучки, и дилетанты, и, конечно, прожженные шарлатаны. Если к средним векам следует отнести расцвет алхимии, то сейчас начался, с позволения.сказать, своеобразный период «алфизики», продолжавшийся не столь уж малое время.

В 1903 г. на почве повышенного интереса к разного рода лучам конфуз случился не с кем-нибудь, а с ученым, 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-лучей нет. Блондло ошибся, и установил это американец Роберт Вуд, побывавший в лаборатории Блондло, причем очень некстати: французскому ученому собирались выдать медаль и денежную премию на ежегодном заседании академии. Медаль и деньги профессору все-таки вручили, но не за N-лучи, а «за долголетние труды в науке». На Блондло, которому казалось, что он видел и исследовал свои лучи, вся эта история так подействовала, что привела его к сумасшествию и смерти.

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 окрещенной ирландским физиком Стоуни электроном. 29 апреля 1897 г. – день заседания Лондонского Королевского общества, на котором Томсон сделал сообщение о своей работе, – стали считать днем 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 гам 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 еще неисследованные страны...». Однако при всем 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

Оглавление

 

Дата публикации:

14 января 2001 года

Электронная версия:

© НиТ. Раритетные издания, 1998

В начало сайта | Книги | Статьи | Журналы | Нобелевские лауреаты | Издания НиТ | Подписка
Карта сайта | Cовместные проекты | Журнал «Сумбур» | Игумен Валериан | Техническая библиотека
© МОО «Наука и техника», 1997...2017
Об организацииАудиторияСвязаться с намиРазместить рекламуПравовая информация
Яндекс цитирования
Яндекс.Метрика