Виктор Пекелис – Истории о «ненужных» открытиях (страница 3)
Далеки друг от друга проблемы, которыми занимались микробиолог и конструктор вычислительной машины, астроном-астробиолог и открыватель радиоволн, творец теории радиоактивности и создатель гелиобиологии. Но при всей их бесспорной несхожести, при неодинаковости вклада в развитие науки каждого из них, они роднятся главным: стремлением познать истину, окрыляющим духом творчества, верой в науку и служением ей.
Возможно, кто-либо спросит: а так ли уж необходимо сегодня заглядывать в архивы науки, чтобы рассказать истории о «ненужных» открытиях?
Да, необходимо.
Известный советский ученый, руководитель Сибирского отделения Академии наук СССР, академик М. А. Лаврентьев отметил: «Весь опыт истории науки и особенно история открытий последних десятилетий нас учит, сколь неожиданными могут оказаться приложения самых «ненужных» исследований.
Было бы очень полезно написать на эту тему еще не одну книгу».
И они, наверно, будут написаны. Ведь изучение прошлого науки – не самоцель, а лишь средство для понимания настоящего и предвидения будущего.
КОГДА НАЧАЛАСЬ АТОМНАЯ ЭРА
От открытий к открытию.
Июнь 1919-го.
Что тогда говорили.
Как появилась „спичка".
Взрыв.
Когда началась атомная эра
Очередной номер журнала «Известия Вюрцбургского физико-медицинского общества» сообщал 28 декабря 1895 года своим читателям о новых лучах, открытых Рентгеном. Вскоре о рентгеновых лучах заговорил весь мир.
Непонятные, таинственные, «колдовские» лучи не знали никаких преград на своем пути, кроме толстого слоя металла.
Только в течение 1896 года о лучах Рентгена было напечатано более 1044 работ, из них сорок девять книг.
В том же году французский физик Анри Беккерель по предложению своего соотечественника знаменитого математика и физика Анри Пуанкаре проверял: не излучают ли рентгеновых лучей соли урана, начинающие флуоресцировать под воздействием солнца.
К флуоресцирующим веществам обратились потому, что стекло рентгеновской трубки флуоресцирует зеленым светом. Это и навело Пуанкаре па мысль о возможной связи между флуоресценцией и рентгеновыми лучами.
Для проверки Беккерель взял фотографическую пластинку, завернул ее в два листа плотной черной бумаги, сверху положил соль урана, способную флуоресцировать, и выставил пластинку на солнце. Через несколько часов оп проявил пластинку, и на черном фоне становился заметным силуэт кристаллов соли урана. Следовательно, флуоресцирующие кристаллы солей урана испускали лучи, вроде рентгеновых, проходившие сквозь черную бумагу.
Но солнечные дни сменились пасмурными, и Беккерель положил новую пластинку в черном пакете вместе с лежащими на ней плоскими кристалликами сернокислой соли урана в шкаф. Несколько дней пролежала в шкафу, дожидаясь солнца, ставшая для истории энциклопедически знаменитой обычная фотографическая пластинка Люмьера, покрытая броможелатиновой эмульсией. Наконец Анри Беккерель вынул ее из ящика и проявил, поскольку предполагал, что в темноте кристаллики продолжают слабо флуоресцировать. Каково же было удивление ученого, увидевшего вместо еле заметных силуэтов кристалликов отчетливый их отпечаток!
Следуя непреложному закону исследователя все проверять, Беккерель решил провести контрольный опыт. В картонную коробку он положил фотопластинку, а па ее светочувствительный слой – два кристалла урановой соли разной формы: один опять плоский, другой выпуклый, касающийся пластинки только краями. На другую фотопластинку в кассете, покрытой алюминием, положили плоский кристалл соли урана. Затем все это было завернуто в толстый картон и оставлено на пять часов. И вновь отпечатки кристаллов появились на пластинках. Правда, на защищенной алюминием кассете отпечаток был менее четким.
Что это могло значить?
Беккерель продолжал ставить опыты. Ученый исследовал много различных химических соединений. Но загадочный эффект не повторялся: пластинка чернела только от соединений урана.
Ученый пришел к мысли, что излучение солей урана объясняется присутствием в них именно урана, а не других компонентов. А опыты, проведенные с этой целью, показали, что лучи чистого урана проникают через черную бумагу и оставляют на ней более четкие следы.
Проводя опыты, с 1 марта – дня обнаружения неожиданного эффекта – до середины мая, Беккерель наблюдал еще одно свойство невидимых лучей: пройдя через воздух, они делали его способным проводить электричество. Иными словами – молекулы воздуха становились заряженными, а на это требовалась энергия.
Тогда еще не знали, откуда берется энергия, которую выделяет уран, энергия, оставляющая следы на фотопластинке и ионизирующая воздух. Не знали и того, что собой представляют урановые лучи. Даже сам автор удивительного открытия не мог этого объяснить. Он знал только, что загадочное излучение самопроизвольно, устойчиво и способно вызывать электропроводность газов.
Название необычному явлению придумал не тот, кто его открыл, а знаменитый физик Мария Кюри, прославившая свое имя уникальными исследованиями нового вида излучения.
В 1897 году чрезвычайно важное для науки открытке сделал английский физик Джозеф Томсон. Он открыл электрон – первую элементарную частицу атома.
Это была революция в представлении о веществе п электричестве, поскольку Томсоп неопровержимыми опытами доказал, что электричество представляет собой поток отрицательно заряженных электронов, а явление электропроводности объясняется присутствием свободных электронов в веществе. За свои работы Джозеф Томсон был удостоен Нобелевской премии.
Открытие электрона послужило основанием для построения модели атома, которая так и была названа – моделью Томсона. Ученый предположил, что атом представляет собой некое облако положительно заряженной материи, имеющей форму сферы диаметром в 10~в см. В облако вкраплены отрицательно заряженные электроны. Сумма положительных зарядов уравновешивается равной суммой отрицательных, поэтому атом нейтрален. Эта модель, по образному выражению автора, напоминала «пудинг с изюмом», где изюмом были электроны.
В том же 1897 году исследованием урановых лучей занялась Мария Кюри. Она использовала способность лучей урана ионизировать воздух. А для количественного определения этого явления применила аппарат, способный регистрировать очень слабые токи. Сконструировал этот аппарат ее муж, Пьер Кюри.
«Недолго пришлось мне ждать интересных результатов, – писала она, – мои исследования показали, что излучение является атомарным свойством урана, независимым от физических п химических условий, в которых находится соль. Всякое вещество, содержащее уран, излучает тем более активно, чем больше этого элемента оно содержит».
Исследуя электрическим методом огромное количество соединений почти всех известных к этому времени элементов, Мария Кюри обнаружила, что только соединения урана и тория без какого-то внешнего воздействия испускают лучи. Она назвала загадочное явление радиоактивностью, отдав дань давней традиции ученых прибегать к латинским названиям: ведь «луч» по-латыни «радиус». Химические элементы, обладающие этим свойством, ста^ ли называться радиоактивными.
Мария и Пьер Кюри затем стали совместно проводить исследования, венцом которых была героическая работа по открытию новых радиоактивных элементов.
Во время своих опытов Мария Кюри обнаружила повышенную радиоактивность у некоторых минералов по сравнению с той, которая должна была быть, если судить по содержанию в них урана п тория. Наиболее «ненормально» вела себя смоляная урановая руда – минерал, чья радиоактивность в четыре раза больше окиси урана. И началась долгая, кропотливая работа, чтобы узнать, почему так радиоактивна урановая смолка, пет ли в пей неведомых пока радиоактивных элементов.
Ученые в своей работе впервые применили метод химического анализа, основанный на не разгаданной пока радиоактивности. Мария Кюри указывала, что он заключался в выделении определенных фракций исследуемого вещества, которые проверялись на радиоактивность. Этих фракций в течение многомесячной работы было выделено немало. Но только в двух из них радиоактивность была повышенной. В первой – в июле 1898 года – они открыли новый радиоактивный элемент полоний, во второй – в декабре того же года – радий.
Радий, излучение которого было намного активнее уранового, стал объектом исследования радиоактивности на долгие годы в лабораториях физиков многих стран. Крошечные количества радия, исчисляемые миллиграммами, открывали ученым необычные свойства радиоактивных веществ.
Недаром Мария Кюри назвала открытый ею же радий «вызовом современной науке». Радий, как и другие радиоактивные элементы, был неподвластен воздействию человека: что бы с ним ни делали, в какие бы искусственно созданные условия ни помещали – радиоактивность не уменьшалась, не увеличивалась. Она всегда оставалась первоначальной – неизменной.
Радий постоянно испускал тепло. Пьер Кюри, открывший непонятное свойство нового элемента, подсчитал: количество тепла в одном грамме радия равно количеству тепла, выделяющегося при сгорании 500 кг угля. Это впервые показало ученым, как велики запасы энергии, спрятанные в радиоактивных веществах.