Юрий Фиалков - Свет невидимого
Вот колба с азотом помещается на весы, сейчас стрелка покажет, как и в прошлые разы, 1,2505. И можно ставить точку в лабораторном журнале.
Однако, как это ни странно, весы показывают на 16 десятитысячных доли грамма больше: 1,2521.
Досадно. Очевидно, азот был очищен недостаточно тщательно. Надо повторить опыт еще раз… Но стрелка снова останавливается на делении 1,2521. Что ж, придется провести эксперимент в третий раз.
— Не отвлекайте меня! — сердито отзывается Рэлей, когда лабораторный служитель напоминает ему, что уже глубокая ночь и не мешало бы, дескать, идти отдыхать.
Но и в третий, и в четвертый раз (истинный экспериментатор — это прежде всего терпение и упорство), и в пятый, и в шестой (и он обязан, если требуется, забывать о времени), и в седьмой, и в восьмой (и об отдыхе тоже), и в девятый, и в двенадцатый (должно же оно, наконец, получиться!) стрелка весов застывает на одной и той же проклятой отметке — 1,2521.
Именно в этой удручающей неизменности результатов — доказательство того, что эксперимент поставлен правильно. Но лучше бы Рэлей где-то ошибся! Ведь такого быть не может! Не может и не должно.
В кэвендишевской лаборатории результаты мистера Рэлея обсуждались с горячностью, никак не вязавшейся с книжными представлениями о британской флегматичности. И если до дуэлей дело не дошло, то причина здесь отнюдь не в научном равнодушии кэвендишевцев, а в традициях Кембриджа, не допускавших подобного решения научных споров.
Но Рэлей не засиживается на этих дискуссиях. Он предпочитает работать в лаборатории. Бесконечно варьирует детали эксперимента, совершенствует приборы и думает, думает, думает…
А разгадки все нет.
Вот тогда-то и появилось письмо в «Природу»…
* * *
Не часто прибегают ученые к публичному оповещению о своем бессилии разобраться в какой-либо проблеме. Чтобы во всеуслышание заявить об этом, надо быть большим ученым и большим человеком. Вспомним с признательностью Рэлея. Он был большим ученым и большим человеком. Он не испугался досужих перемолвок, не побоялся разделить славу возможного открытия с другим исследователем.
* * *Соратником Рэлея стал его соотечественник химик Уильям Рамзай. Прочтя обращение Рэлея, он в тот же день пишет ему, что, по-видимому, догадывается, в чем здесь дело. Вероятно, в воздухе присутствует какой-то неизвестный газ, который утяжеляет атмосферный азот. Надо попытаться выделить этот газ, и тогда все прояснится.
Нам, конечно, непонятно, почему к этой простой мысли Рэлей не мог прийти сам. Но не будем уподобляться печально известному гимназисту, который, впервые посмотрев на сцене «Гамлета», воскликнул:
— И это все? А говорят: «Шекспир, Шекспир!» Я бы сам написал не хуже, если бы только до этого додумался!
Незамысловатость идеи Рамзая кажущаяся. Все большие открытия просты по своей сути.
В письме Рамзай просит у Рэлея разрешения присоединиться к исследованиям над заинтересовавшей его загадкой атмосферного азота. Разумеется, Рэлей отвечает согласием. Он рад союзу с одним из наиболее видных ученых Англии. Конечно, он немедленно попытается проверить интересное предположение Рамзая и надеется, что его коллега не замедлит заняться тем же.
Исследователи пошли разными путями. Рамзай, получив из воздуха азот, попытался отделить его от неизвестной примеси, связывая азот раскаленным магнием. Рэлей же…
Но тут нельзя не подивиться причудливой игре случая.
Рэлей долго размышлял над тем, каким образом ему связать атмосферный азот и в конце концов решил, что лучшего пути, чем тот, по которому шел в свое время Кэвендиш, ему не выбрать. Пропуская через воздух электрические разряды, Рэлей связывал образующиеся при этом окислы азота щелочами. Попутно решалась и вторая проблема: вместе с азотом уходил из воздуха и кислород.
Выбор Рэлея был тем более знаменателен, что лаборатория, в которой он работал, носила имя Кэвендиша. Впрочем, это обстоятельство давало богатую пищу любителям-острословам. Но Рэлей на них не обижался.
Да и чего обижаться, когда дело сделано: следуя каждый своим путем, Рэлей и Рамзай выделили по нескольку кубических сантиметров неизвестного газа, оказавшегося, судя по всему, новым химическим элементом.
Открытие нового элемента — всегда непростая задача. Ну, а обнаружение этого диковинного газа, вокруг да около которого ученые, как выясняется, ходили, по меньшей мере, век, но все не замечали, — и вовсе трудное дело. Вот почему Рамзай, выступая в 1897 году с докладом «Неоткрытый газ», форма которого выдавала художественный склад натуры его автора, имел все основания сказать:
«Есть пословица о том, как трудно отыскать иголку в стоге сена; современная наука при помощи подходящих магнитных приспособлений быстро справилась, если бы была назначена хорошая премия, с подобного рода задачей и извлекла бы иголку из стога. Но для нас роль иголки в стогу играл „неизвестный элемент“, характеризуемый к тому же чисто отрицательным свойством — неспособностью к соединению с другими элементами, а „стогом“, в котором приходилось разыскивать иголку, был весь мир».
Однако прошло немного времени, и веселый смех в лаборатории сменился озабоченным и недоуменным шепотом: у нового газа оказалось такое количество странностей и несообразностей, что пришли в уныние даже видавшие виды исследователи.
Впрочем, ни Рэлей, ни Рамзай не знали, что еще много загадок задаст научному миру этот газ — загадок, перед которыми спасует не одно поколение его будущих исследователей.
* * *
Нет, речь здесь вовсе не об удивительной химической инертности нового обитателя Периодической системы. Это упорное нежелание вступать во взаимодействие ни с одним из элементов, нежелание, за которое его нарекли аргоном, что значит «недеятельный», было скоро объяснено. Были открыты и другие представители семейства инертных газов — гелий, неон, криптон, ксенон.
Речь здесь о том, что аргон поставил перед Периодической системой и ее творцом загадки, которые при тогдашнем уровне развития физики попросту были неразрешимы.
Но Менделеев искал разгадку со свойственными ему страстностью и упорством. И не находил…
* * *Дважды два — четыре. Квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов. Энергия взаимодействия двух электрических зарядов обратно пропорциональна расстоянию между ними. В Периодической системе Менделеева элементы располагаются в порядке увеличения их атомной массы.
К началу XX века это были одинаковые по непогрешимости истины.
Если хотя бы в одном-единственном треугольнике квадрат гипотенузы оказался больше или меньше суммы квадратов катетов, это означало бы не только несостоятельность теоремы Пифагора — рушилась бы вся система эвклидовой геометрии.
Если хотя бы в одном-единственном случае выяснилось, что закон Кулона не оправдывается, это было бы равнозначно крушению всего учения об электричестве.
Но никто, складывая 2 и 2, не получил 5. Никому не удалось опровергнуть Пифагора. Остался незыблемым закон Кулона. Но вот новичок аргон заставил многих усомниться в правильности закона Менделеева.
Понять, в чем здесь дело, нетрудно. На рисунке — третий и четвертый ряды системы Менделеева. Прикройте клетку № 18, в которой обитает аргон. Именно так, без аргоновой «квартиры», выглядел этот участок менделеевской таблицы до открытия, сделанного английскими физиками. Все четко, все стройно, все упорядоченно: фосфор — сера — хлор — калий. У каждого последующего элемента атомная масса больше, чем у предыдущего.
Теперь откройте клетку № 18, явите взору аргон — и сразу все рушится: и четкость, и стройность, и упорядоченность. Действительно: хлор — 35,5, аргон — 40, калий — 39.
Итак, семь с лишним десятков известных к тому времени химических элементов в общем довольно закономерно укладываются в стройный каркас Периодической системы и лишь новичок аргон ведет себя строптиво.
Можно было бы, правда, поменять аргон и калий местами — так, чтобы за калием — 39 следовал аргон — 40. Но тогда, мягко выражаясь, получилась бы ерунда. Инертный газ аргон попал бы в компанию чрезвычайно активных в химическом отношении щелочных металлов-элементов, на которые аргон не похож ни одним из своих свойств — какое ни выбери. Ну, а калий оказался бы втянутым в компанию, возглавляемую гелием, с которым его ничто, абсолютно ничто не роднит.
Легко представить, сколько огорчений доставил этот «сбой» творцу периодического закона. Но и сами открыватели аргона немало смущены «невежливостью» своего крестника. Может быть, они в чем-то ошибаются? Рэлей и Рамзай согласны предоставить аргон, хотя он пока что очень и очень дефицитен, всем желающим с тем, чтобы данные по атомной массе аргона были проверены и перепроверены.
