Валентин Рич - Виток спирали
Марсден был прекрасным экспериментатором. Но тут произошла осечка. Как ни очищал он воздух в приборе от водяных паров, все равно обнаруживались ядра, летящие вчетверо дальше, чем альфа-частицы.
И Марсден выдвинул смелое предположение — эти водородные ядра несутся оттуда же, откуда несутся альфа-лучи — из ядер радия.
Продолжению опытов с "водородными лучами" помешала первая мировая война. Почти всех сотрудников Резерфорда — в том числе и Марсдена — забрали в армию. Но когда война стала подходить к концу, Резерфорд начал планомерную охоту за таинственным водородом. И в одном из опытов заменил воздух чистым азотом. Теперь в приборе было ровно на четверть больше атомов азота, чем в воздухе.
Резерфорд принялся считать вспышки на экране. И когда истекло положенное время, оказалось, что и вспышек стало больше ровно на четверть — двадцать пять лишних на каждую сотню.
Это значило, что водород вылетал из азота!
Это значило, что ядра атомов водорода входят в состав ядер атомов других элементов.
И еще: не значило ли это, что Уильям Праут 100 лет назад верно угадал, из чего состоят атомы?
Но за эти 100 лет люди узнали о природе вещей больше, чем за два тысячелетия, прошедшие со времен Демокрита и Аристотеля. И потому Эрнст Резерфорд, раздумывая о том, что он увидел, в конце концов пришел к выводам, которые Прауту показались бы абсурдом. Касались они устройства атомного ядра.
…Как же устроено атомное ядро, если из него могут вылетать ядра водорода? Ну, хотя бы самое простое после водородного — ядро гелия?
Оно в четыре раза тяжелей — следовательно, в нем четыре водородных ядра. Но зарядов у него не четыре, а всего два. Не значит ли это, что четыре водородных ядра удерживаются вместе двумя электронами, находящимися внутри ядра гелия? В таком случае на два водородных ядра приходился бы один электрон. Но если электрон может удерживать в одном ядре два водородных ядра, то тем легче ему удерживать в ядре одно водородное ядро… И тогда получится удивительное ядро, состоящее из ядра водорода и электрона — ядро, не имеющее заряда. Получится как бы нулевой атом — атом с пулевым зарядом ядра и, следовательно, без электронной оболочки. Он не сможет химически взаимодействовать с другими атомами. Но зато ни одно ядро не оттолкнет его. Идеальный снаряд для обстрела ядер!
Так Резерфорд предсказал нейтрон — правда, еще не названный этим словом.
А самому водородному ядру, составной части всех прочих атомных ядер, Эрнст Резерфорд и английский физик Оливер Лодж дали имя "протон", от греческого "протеос" — "первичный, первоначальный".
БЕРИЛЛИЕВЫЕ ЛУЧИ
Бериллий, тот самый элемент, что поначалу причинил столько беспокойств Менделееву, в дальнейшем ничем особенно не выделялся. При добавлении его к меди получали твердый упругий сплав — бериллиевую бронзу; вот, пожалуй, и все.
И вдруг немецкие физики Вальтер Воте и Ганс Беккер обнаружили бериллиевые лучи? Они обстреливали листок бериллия альфа-частицами, и на экране никаких вспышек не появилось, но золотые листочке электроскопа, стоявшего за экраном, опали. Значит, что-то спокойно проходило через экран. Боте и Беккер попробовали отклонить это "что-то" магнитом. Не вышло.
Бериллиевыми лучами заинтересовались французские физики Фредерик Жолио и его жена Ирен Кюри, дочь Марии и Пьера Кюри. Они проверили сообщение немцев и убедились — так оно и есть: под ударами альфа-частиц бериллий дает мощное излучение без признаков электрического заряда. Они решили подставить под бериллиевые лучи водородную мишень. И сразу же обнаружили за ней поток ядер водорода.
Ирен Кюри и Фредерик Жолио не читали журнала, в котором было напечатано предсказание Резерфорда. И сами не догадались, в чем тут дело.
Но Джеймс Чедвик, который помогал Резерфорду расщеплять ядра азота и не раз обсуждал с ним возможные последствия их алхимического эксперимента, понял, что Боте и Беккер наткнулись на нейтрон. А 27 февраля 1932 года он подтвердил это опытом.
В этот день стала известна вторая составная часть атомного ядра. Протон и нейтрон — вот блоки, из которых природа соорудила атомные ядра; электрон в этом случае был не нужен.
Ядро водорода? Один протон: масса 1, заряд 1.
Ядро гелия? Два протона плюс два нейтрона: масса 4, заряд 2.
Ядро урана? Девяносто два протона плюс сто сорок шесть нейтронов: масса 238, заряд 92.
Теперь, правда, затуманивалось дело с бета-лучами. Как могут вылетать из ядер электроны, если их там нет, а есть лишь протоны и нейтроны?
Впрочем, появление бета-лучей можно было объяснить, предположив, что сами по себе нейтроны способны в определенных условиях превращаться в протон, остающийся в ядре, и электрон, покидающий ядро.
А вот как объяснить, что за сила удерживает в ядре положительно заряженные протоны? Пока считалось, что в ядре находятся протоны и электроны, можно было думать, что отрицательные электроны склеивают положительные протоны электрическими силами. Но если электронного клея в ядрах не существует, то что же тогда противодействует отталкиванию одинаково заряженных протонов, что превращает их в монолит чудовищной прочности?
Это очень трудный вопрос, но мы забрались уже туда, где простых ответов не знает никто.
В самом деле, что происходит, когда притягиваются два разноименных заряда? Что их тянет друг к другу? Или — когда одноименные отталкиваются. Что их оттаскивает?
В учебниках пишут, что притягивание и отталкивание — суть действия электромагнитного поля. Но что такое это поле? Не последний ли потомок последней тонкой материи — эфира?
…Когда в 1923 году шведский король вручал Нобелевскую премию физику Роберту Милликену за многочисленные успехи в изучении природы электричества, Милликен сказал: "Я прошу вас выслушать ответ экспериментатора на основной и часто предлагаемый вопрос: что такое электричество? Ответ этот наивен, но вместе с тем прост и определенен. Экспериментатор констатирует прежде всего, что о последней сущности электричества он не знает ничего".
А другой известный ученый Герман Вейль утверждал, что "…различие между обоими видами электричества (положительным и отрицательным) представляет собой еще более глубокую загадку природы, нежели различие между прошлым и будущим…"
Глава седьмая,
в которой Севре делает первый искусственный элемент, Ферми разбивает ядро урана пополам, а Петржак и Флеров доходят до границы Менделеевской системы
Последним из предсказанных Менделеевым элементов, который удалось открыть обычным химическим путем, был элемент номер 75, или, по терминологии Менделеева, двимарганец.
Открыть его было чрезвычайно трудно.
Во-первых, выше двимарганца стоял в таблице еще один неоткрытый элемент — номер 43, И потому о свойствах двимарганца нельзя было судить так, как о свойствах экасилиция (германия) но свойствам кремния и олова или о свойствах экаалюминия (галлия) по свойствам алюминия и индия.
Во-вторых, находясь в восьмой группе элементов и считаясь аналогом марганца, двимарганец на самом деле, как потом обнаружилось, походил на него мало. И потому, сколько ни искали его в марганцевых минералах, так и не нашли.
Эту особенность элемента номер 75 удалось разгадать немецким химикам — супругам Иде и Вальтеру Поддан.
Но, пожалуй, слово "разгадать" неверно. Ида Ноддак рассказывала, что они с мужем целый год по десять — двенадцать часов в день читали отчеты о всех исследованиях всех соединений тяжелых элементов пятой, шестой, седьмой и восьмой групп таблицы Менделеева.
Они выяснили, как изменяются их свойства сверху вниз и слева направо. И поняли, что двимарганец должен во многом походить на осмий, рутений, молибден и другие тяжелые металлы. И что надо искать его не в марганцевых минералах, а в платиновых или в ниобиевом минерале колумбите.
Предположение подтвердилось. В 1922 году они обнаружили в русской платиновой руде новый окисел, а в 1926 году выделили из норвежского колумбита первые миллиграммы нового металла — рения.
Между прочим, деньги на эти исследования Ноддакам дали владельцы электроламповых заводов, которые надеялись, что металл, расположенный между вольфрамом и осмием, сможет заменить вольфрам в лампочках и будет служить дольше. К двадцатым годам XX века менделеевскую таблицу знали уже все.
После того как клетка номер 75 была заполнена, внутри таблицы остались только четыре пустые клетки.
Клетка номер 43 — над рением. Там было место предсказанного еще Менделеевым экамарганца.
Клетка номер 85 — под йодом. Ее должен был занимать предсказанный Менделеевым экайод, самый тяжелый галоген.
Клетка номер 87 — под цезием. Менделеев называл этот элемент экацезием. Это должен был быть самый тяжелый щелочной металл.
