Можно ли сделать золото? Мошенники, обманщики и ученые в истории химических элементов

Гофман Клаус

Смелые теории

Радий начал завораживать мир. Его способность к излучению была во много раз большей, чем у других радиоактивных веществ. Новый элемент, казалось, являлся неиссякаемым источником энергии. Даже спустя длительное время нельзя было заметить уменьшения интенсивности его излучения. В настоящее время мы знаем, что активность радия падает наполовину только по прошествии 1590 лет.

Величайшая заслуга английского физика Резерфорда состоит в том, что он внес ясность в наблюдения и раскрыл тайну радиоактивности. За короткое время, работая со своей исследовательской группой в Монреале, куда он был приглашен в качестве профессора, Резерфорд пришел к научным выводам, изменившим всю физическую

картину мира. Прежде всего, ему удалось показать, что существуют три различных вида радиоактивного излучения, которые он назвал альфа-, бета- и гамма-излучением. Сначала была установлена природа бета-лучей: оказалось, что они состоят из тех же отрицательно заряженных элементарных частичек (электронов), что и катодные лучи. Скорость их очень велика: она превышает 200 000 км/с, то есть приближается к скорости света.

Альфа-частицы, из которых состоят альфа-лучи, обладают значительно большей массой и выбрасываются из атома радия со скоростью 15 000--20 000 км/с. Несмотря на длину пробега всего в несколько сантиметров, одна-единственная альфа-частица ионизирует на своем пути до 100 000 молекул воздуха. Такую бомбардировку альфа-частицами трудно было себе представить; к тому же стало известно, что 1 мг радия выделяет в секунду свыше 36 миллионов альфа-частиц.

Окончательное разъяснение природы этих лучей заняло около десяти лет. Только тогда было установлено, что альфа-частицы являются ядрами атомов гелия, а гамма-лучи -- особым родом рентгеновского излучения.

Особенно плодотворной оказалась совместная работа Резерфорда с химиком Содди, который с мая 1900 года работал у него в Монреале в качестве ассистента. Фредерик Содди, как и Резерфорд, был увлеченным экспериментатором. В совместных работах "Причина и природа радиоактивности" (1902 год) и "Радиоактивные превращения" (1903 год) Резерфорд и Содди опубликовали теорию радиоактивного распада, явившуюся основополагающей для дальнейших исследований. Они определили радиоактивность как результат процесса, который полностью находится вне сферы действия всех известных сил и к тому же не может быть вызван, изменен или уничтожен. Согласно этой "теории дезинтеграции", атомы радиоактивных элементов неустойчивы и потому имеют лишь определенную, характеристическую продолжительность жизни. Позднее это выразилось в понятии "период полураспада". Он характеризует время, за которое распадается половина атомов радиоактивного вещества. При этом радиоактивные элементы распадаются на ряд других веществ, химически уже не похожих на исходное вещество. Резерфорд и Содди установили, что радиоактивный распад не зависит от внешних условий. Радиоактивность остается даже после экстремальных температур и химических реакций. "Все эти соображения приводят к заключению,-- писали исследователи,-- что энергия, скрытая в атоме, должна быть очень мощной по сравнению с энергией, выделяющейся при обычных химических превращениях". В качестве примера они приводили солнечную энергию, происхождение которой было бы разгадано, если предположить, что причиной являются процессы внутриатомных превращений. Для тогдашнего уровня знаний то были поразительные высказывания.

Удивительное вещество -- радий

Опубликование теории радиоактивного распада было сенсацией. Она встретила как воодушевленное одобрение, так и резкое отрицание. В газетах можно было прочесть фантастические вещи о радии и радиоактивности. Больше всего ломали голову над неисчерпаемой, по-видимому, энергией радиоактивных элементов. Исходящее от них постоянное излучение без подвода энергии извне, их свечение в темноте, повышенная температура растворов солей радия -- все это казалось необъяснимым чудом.

При толковании радиоактивности необходимо было привыкнуть к совершенно новым величинам. Было обнаружено, что в 1 г урана в секунду радиоактивно

распадаются 10 000 атомов, а в 1 г радия -- свыше 30 миллиардов атомов. Однако эти значения невелики по сравнению с общим числом имеющихся атомов. 1 г радия содержит несколько тысяч триллионов, точнее 2,66 * 10[21] атомов. Таким образом, доля атомов, распадающихся в секунду, очень мала, так что потребовалось бы много тысячелетий, чтобы радий полностью распался.

Вскоре многих исследователей атома, прежде всего Резерфорда и Содди, стала одолевать мысль, нельзя ли как-нибудь использовать фантастическую энергию радия. В 1904 году Содди в книге "Радиоактивность" указал, какой "путь" должен привести к использованию этого вечно неиссякаемого источника энергии: известно, что радиоактивные элементы, такие, как радий и уран, по прошествии тысяч, даже миллионов, лет распадаются с выделением энергии своего излучения; отсюда Содди делает проницательный вывод: эта энергия смогла бы в будущем служить людям, если ускорить время превращения элементов: тогда эти огромные количества энергии, сейчас выделяющиеся за тысячелетия, можно было бы использовать сразу, непосредственно.

Аналогичные рассуждения выдвинул и берлинский профессор Марквальд, когда на заседании Немецкого химического общества 2 мая 1908 года сделал сообщение о чуде радиоактивности. "Мы не знаем средства для ускорения радиоактивного распада,-- заметил он.
– Если бы мы таким средством располагали, то с его помощью, вероятно, смогли бы превращать и другие простые вещества. При этом следовало бы ожидать образования элементов с более низкой атомной массой и одновременного выделения колоссальных количеств энергии. Если бы такое превращение смогло произойти внезапно, то оно сопровождалось бы страшнейшими взрывами: если бы, напротив, оно стало управляемым, то хватило бы 1 кг урановой смолки, чтобы большой пароход смог пересечь Атлантический океан".

Такое предвидение кажется сегодня поразительным. Однако высказывалось достаточно опасений, что освободившаяся атомная энергия сможет служить не только источником вечного благоденствия. В лекции о радии в декабре 1903 г. перед Американской ассоциацией научного прогресса Резерфорд, между прочим, развил следующую мысль: вполне возможно, что волна атомного распада распространится с таким взрывом, что наша старенькая Земля превратится в золу... Какой-нибудь простофиля в лаборатории сможет нечаянно заставить весь мир взлететь на воздух.

Теория распада Резерфорда и Содди оказалась плодотворной и в области теории познания. Она перетряхнула все классические представления натурфилософии и поколебала ее доселе прочный теоретический фундамент. До конца прошлого века считалась нерушимой та физическая картина мира, основу которой разработал еще Ньютон. Пространство и время являлись абсолютными понятиями, а все физические процессы протекали по жестким основным законам механики. Мир построен из материальных частиц -- элементов и атомов. "Атом" производится от греческого atomos, что означает неделимый. Тем самым хотели показать, что атомы неделимы и не могут быть превращены друг в друга.

С другой стороны, даже в начале XX века еще оспаривалось реальное существование атомов. Большинство ученых ругали физика и философа Эрнста Маха за его субъективно-идеалистические представления. Он считался основателем так называемого эмпириокритицизма -- разновидности реакционной философии позитивизма. Мах отрицал существование объективной реальности. Только то реально, что может быть непосредственно наблюдаемо или ощущаемо, либо подтверждено "чистым опытом". В такой философии, естественно, не находилось места для материальных кирпичиков нашего мироздания -- атомов и молекул, ибо их, по Маху, нигде нельзя ощутить. Спор о существовании атомов перерастал в спор по поводу основ мировоззрения в естествознании.