никто не располагал) за год образуется лишь 0,02 мг гелия. Вскоре уже не оставалось сомнения в том, что гелий является продуктом превращения радия. В ряду распада урана образуются радон и гелий из альфа-излучающего радия. Радиоактивный радон также распадается с испусканием альфа-лучей, то есть с отщеплением гелия. На основе этого можно считать, что гелий, заключенный в урановых рудах, получается за счет альфа-превращений урана и продуктов дальнейшего распада. Напомним, что альфа-лучи являются ядрами атомов гелия. "Торий Х и ... глупость" В самый разгар радиевого бума появилось известие об открытии еще одного радиоактивного элемента. Сначала об этом объявили английские научные журналы, затем, в марте 1905 года, в одной лондонской газете можно было прочесть под рубрикой "Новый элемент" следующее сообщение: "Скоро научную литературу привлечет новое открытие, которое встанет в один ряд со многими блестящими достижениями на Гауэр-стрит. Д-р Отто Хан, работающий в университетском колледже, открыл новый радиоактивный элемент, извлеченный из цейлонского минерала торианита; предполагается, что этот элемент обладает радиоактивностью, подобной торию, однако большей, по крайней мере, в 250 000 раз". Это открытие имеет небольшую предысторию. В возрасте 25 лет Отто Хан принял приглашение сэра Вильяма Рамзая поработать некоторое время в Лондоне в его институте на Гауэр-стрит. Хан только что кончил совершенствоваться по органической химии и хотел за время пребывания за границей улучшить знание иностранного языка, крайне необходимое в его будущей деятельности. По прибытии в Лондон к профессору Рамзаю Хан рассказал о своем научном пути и попросил дать ему задание. После краткого размышления известный профессор сказал: "Вы будете работать по радиоактивности". Для химика-органика такое предложение было весьма неожиданным. На лекциях в Марбургском университете он не слышал ни единого слова о радиоактивности. Хан был достаточно честным чтобы не признаться Рамзаю, что он ничего в этом не понимает и не имеет никакого опыта в исследованиях по радиоактивности. Однако Рамзай был хорошим психологом: "Это как раз то, что нужно. У вас нет еще своего мнения, и потому вы можете подойти совершенно непредвзято к этим довольно непонятным вещам". Затем он в захватывающей форме познакомил своего подопечного с его исследовательскими задачами. Англичанин добыл 5 ц редкого минерала, именуемого торианитом. Последний находили только на острове Цейлон, и даже там запасы его были скудны. Знали об этой породе, что она очень радиоактивна. Одна английская фирма уже перерабатывала ее для Рамзая. От 5 ц осталось 18 г белой соли -- в основном карбоната бария,-- которая должна была содержать все количество радия, вызывающего радиоактивность: это составляло около 9 мг. Рамзай предложил отделить ценный радий по методике мадам Кюри, а именно: перевести его в некоторые органические соли, с тем, чтобы определить их молекулярную массу. Таким путем он рассчитывал установить еще не уточненную атомную массу радия. Этими опытами должен был заняться Отто Хан. С горячим энтузиазмом принялся молодой исследователь за эту вдохновляющую работу. За считанные месяцы ему удалось в несколько ступеней выделить источник радиоактивности. Однако, к удивлению его и Рамзая, этот радиоактивный элемент испускал не эманацию радия, а эманацию тория; их можно было прекрасно отличить друг от друга по периодам полураспада. Следовательно, это был не радий. Хан указывал, что новый радиоактивный элемент химически не отличается от тория, но значительно радиоактивнее. Поэтому он назвал его радиоторием. Рамзай был в восторге от того, что в его институте опять открыт новый элемент, и готовился торжественно сообщить об этом событии. По традиции это могло произойти не иначе как в стенах высокоуважаемого Королевского общества. На заседании последнего, 16 марта 1905 года, Рамзай обнародовал открытие радиотория. Впервые имя Отто Хана связывалось с исследованиями радиоактивности, с которыми отныне ему предстояло иметь дело всю жизнь. По рекомендации Рамзая Отто Хан написал письмо Эрнесту Резерфорду в Монреаль. Он очень хотел усовершенствовать свои познания в области радиоактивности и надеялся, что лучше всего это можно сделать в институте Резерфорда. Хан сообщил также известному физику, что он уже открыл новый радиоактивный элемент -- радиоторий. Однако именно это сообщение было принято в Монреале весьма сдержанно, как понял позднее Отто Хан. Новый радиоактивный элемент? Из ториевого минерала? За несколько лет до этого, в 1901 году, американец Баскервиль также решил, что обнаружил новый элемент каролиний в торийсодержащем монацитовом песке Северной Каролины. Сообщение оказалось ложным. Сомнения Резерфорда поддержал его друг Болтвуд, профессор радиохимии в Йельском университете. Болтвуд написал Резерфорду в сентябре 1905 года, что "элемент" Хана представляет собой, вероятно, соединение уже известного радиоактивного элемента тория Х c... глупостью. Однако, когда Хан, оказавшись уже в Монреале, открыл еще несколько радиоактивных элементов, которые "прозевал" сам Резерфорд, физик только покачал головой: "У Хана особый нюх на открытие новых элементов". Элемент и все же не элемент Среди многочисленных открытий Отто Хана особенное значение имел радиоактивный элемент мезоторий. Это был второй после радия радиоактивный элемент, который можно было получать в заметных количествах промышленным путем. В качестве исходного материала использовали импортный монацитовый песок. Мезоторий нашел наиболее широкое применение в медицине -- как ценный заменитель все более дорожавшего радия: его излучение, как и излучение радия, могло излечивать злокачественные опухоли. Долгое время врачи не знали, что собственно представляет собой мезоторий, хотя в его действии они и не сомневались. Поэтому Хан опубликовал подробное сообщение "О свойствах мезотория, получаемого в технике, и его дозировке", из которого все заинтересованные лица с удивлением смогли узнать, что новый препарат, собственно говоря, вовсе не является стопроцентной заменой радия. Первооткрыватель мезотория допускал, что в нем обычно содержится 25 % радия "в качестве примеси". Специалисты были поражены, ибо они ценили Хана как первую величину в радиохимии, и потому не могли поверить, что ему не удалось разделить мезоторий и радий. Давая объяснения в газете "Хемикер цейтунг" от 3 августа 1911 года, Хан указывал, что получение мезотория в чистом виде нельзя осуществить, потому что радий и мезоторий обладают одинаковыми химическими свойствами, однако весьма заметно отличаются своими радиоактивными константами. Поэтому пришлось принять, что они -- разные элементы. Однако по химическим свойствам они абсолютно сходны, как если бы являлись одним и тем же элементом. Как объяснить такой факт? Даже после появления теории радиоактивного распада явление радиоактивности оставалось для многих ученых непонятным, необъяснимым, просто сверхъестественным. Когда Отто Хан в 1907 году на защите своей диссертации говорил о том, что можно обнаружить 10[-10] радиоактивного вещества на основе его излучения, ему не поверил даже всеми уважаемый Эмиль Фишер -- первый нобелевский лауреат среди немецких химиков. Фишер высказал мнение, что, по его убеждению, нет более чувствительного прибора обнаружения, чем.... его собственный нос, который смог бы уловить некоторые вещества в еще меньших количествах. Конечно, не стоило особенно обижаться на критику Эмиля Фишера, ибо обычно он поддерживал и выдвигал работы Хана в Берлинском университете С другой стороны, Хан чувствовал порой, что многие сомневаются в перспективности радиоактивных исследований, даже пытаются их дискредитировать. Остановимся несколько подробнее на особенно характерном случае, поскольку он весьма наглядно показывает, перед какой дилеммой стояли в то время многие ученые. Мы располагаем дословным описанием этого события -- протоколами доклада и дискуссии, происходившего на заседании немецкого Бунзеновского общества по прикладной и физической химии в мае 1907 года в Гамбурге Председательствовал известный физико-химик, профессор Вальтер Нернст. Тема: "Радиоактивность и гипотеза распада атома". Отто Хан сделал вводный доклад о теории радиоактивного распада и привел примеры последних данных по применению его в науке. Его коллега, венский радиохимик Лерх, дал слушателям иллюстрацию чувствительности радиоактивного излучения: "Количество радиоактивного элемента радия, необходимое для разрядки электроскопа за 1 с, оказывается, составляет 10[-10] г... Если же разделить 1 мг радия на всех живущих в мире людей -- около двух миллиардов -- то количества вещества, полученного каждым, хватило бы для опадания листочков пяти электроскопов за 1 с". Это явно произвело впечатление на присутствовавших. Однако тут профессор неорганической химии Тамман, всемирно известный ученый, задал провокационный вопрос: "Меня поразило, что сегодня несколько раз говорилось о том, что эманация относится к благородным газам. Я не могу полностью к этому присоединиться, ибо для всех известных благородных газов до сих пор не было доказано, что они способны как-либо распадаться и могли бы считаться соединениями, а не элементами. Возникает вопрос: являются ли радиоактивные элементы вообще элементами, господа? Судя по тому, что мы знаем, радию нет места в периодической системе...". Послышались возмущенные возгласы, однако можно было услышать и одобрение, порой легкий смех. В качестве председательствующего Нернст наконец установил порядок и попытался уладить спор соломоновым решением: "Вся суть в определении. Можно дать такое определение: элемент, остающийся постоянным по своей массе, является элементом, а элемент претерпевающий радиоактивное превращение, не является элементом". Сегодня мы знаем, что такое обоснование неверно. Ученые, присутствовавшие на Бунзеновском чтении, тоже не слишком спешили согласиться с мнением Нернста. Вновь взял слово Отто Хан: "Я хотел бы сначала ответить на вопрос о природе радиоактивной эманации. Вообще благородными газами называются такие газы, которые пока не удавалось ввести в реакцию даже с самыми энергичными реагентами. Эманацию радия пропускали над раскаленным магнием, над раскаленной медью, через самые различные реагенты, которые со всеми другими газами, кроме благородных, всегда приводили к образованию соединений. Эманация радия после пропускания через все системы была найдена неизмененной...". Тамман прервал оратора: "Я все же не отнес бы их к числу благородных газов, ибо благородные газы не претерпевают реакции радиоактивного распада". "... Вопрос в различии между радиоактивными эманациями и благородными газами,-- невозмутимо продолжал д-р Хан,-- возникает и отпадает со вторым вопросом профессора Таммана -- является ли радий элементом?.. Радий до сих пор считался элементом и считается таковым большинством исследователей, хотя он испускает лучи. Различия между ним и другими элементами только в степени устойчивости. Уран всегда рассматривался как элемент, а он тоже радиоактивен. Есть элементы, которые распадаются за три секунды, а есть такие, которые распадаются за тысячи миллионов лет, как торий и уран". Во время дискуссии профессор Браунер из Праги предложил свою теорию: "Я представляю себе вопрос таким образом: если могут быть уже мертвые, вымершие элементы, которые более не существуют... почему не может быть короткоживущих элементов, которые когда-то существовали или хотя бы существуют и теперь, но в столь малых количествах, что еще не обнаружены их следы?" На это Нернст немного насмешливо заметил: "Малоутешительной гипотезе коллеги Браунера о том, что существуют уже вымершие элементы, можно противопоставить более жизнерадостную: отдельные элементы еще не народились". Хотя это и была шутка, в словах Нернста заключалось зернышко будущей истины. В оживленной дискуссии на заседании Бунзеновского общества речь зашла об истинно научной проблеме. Обычно открытие новых элементов вызывало воодушевление. Однако обнаружение столь большого числа радиоактивных элементов привело в конце концов к беспомощности и путанице. Причина состояла в том, что радиоактивные элементы уже нельзя было разместить в периодической системе. Оставались еще пустые клетки, но для радиоактивных элементов места больше не было. Их было слишком много. Уже было обнаружено 25 элементов и лишь первые из них -- уран, радий, полоний, торий, актиний -- нашли свои законные места. "Меня очень беспокоит вопрос, что же теперь делать со всеми этими радиоактивными элементами в периодической системе..."-- высказался профессор Браунер. С ним должны были согласиться все собравшиеся ученые. Что же, гениально задуманная и многократно подтвержденная периодическая система элементов утратила свою справедливость для радиоактивных элементов? Уж не назревал ли "кризис в химии"? Либо эти новые радиоактивные вещества все же не были элементами? В элементарном характере радиоактивных веществ мало кто сомневался, хотя их превращения и были вначале непонятными. Беспокоило то, что их не удавалось разместить в периодической системе. Большинство открытых радиоактивных элементов распадались очень быстро и всегда образовывались в неизмеримо малых количествах, поэтому нельзя было и думать об определении их атомной массы, этой основы классификации. Несколько лет спустя положение стало еще более безысходным. Сотрудница Хана, физик Лиза Мейтнер, сообщила в сентябре 1909 года на заседании в Зальцбурге о новых продуктах дальнейшего распада. Дебаты грозили стать очень горячими, подобно тем, которые разразились на заседании Бунзеновского общества за два года до этого. Учитывая солидное число полученных радиоактивных элементов, известный физик Генрих Рубенс высказал сомнение: "Очень приятно и радостно, конечно, что семья радия вновь возросла. Однако со временем это становится немного тревожным и спрашиваешь себя, будет ли это размножение продолжаться?.." Внести ясность смог бы только новый теоретический фундамент. Разрешить вопрос удалось лишь в 1913 году Фредерику Содди теорией изотопии элементов. Согласно ей, один и тот же элемент может состоять из нескольких разновидностей атомов, а именно изотопов, которые имеют различные атомные массы (массовые числа). Некоторые элементы являются чистыми, то есть состоят только из одного рода атомов с твердо определенной атомной массой. Смешанные элементы, напротив, имеют несколько различных по массе изотопов. Изотопы одного и того же элемента химически неразличимы друг от друга, следовательно, их нельзя разделить химическим путем. Однако у них есть вполне определенные физические различия, которые для радиоактивных элементов проявляются в типе распада и в характерном периоде полураспада. Конечно, теперь уже недостаточно было определения атомной массы, чтобы найти место для элемента в периодической системе. Только с введением для каждого элемента еще одной величины -- порядкового номера, позднее названного зарядом ядра, наступил, действительно, "порядок". Водород получил порядковый номер 1, уран как последний элемент - порядковый номер 92, в соответствии с числом электронов в их атоме. Однако оставалось не ясным, почему изотопы одного и того же элемента могут иметь различные массовые числа. Этот вопрос был разъяснен только 20 лет спустя. Новая теория, которая вскоре была экспериментально подтверждена и дополнена, сразу разрешила имевшиеся проблемы: все открытые в последнее время радиоактивные элементы оказывались разновидностями уже известных элементов. Лишь совсем немногие являлись действительно новыми химическими элементами и, следовательно, могли претендовать на свое место в периодической системе. Радиоактивные эманации были не чем иным, как изотопами благородного газа радона. Радиоторий Хана является изотопом тория с массовым числом 218; открытый им же мезоторий -- изотопом радия с массовым числом 228. Следовательно, и радиоторий и мезоторий не представляют собой новых элементов в первоначальном смысле этого слова; это заблуждение простительно, если вспомнить, что теория атома в то время была еще весьма несовершенной. Было также найдено объяснение неудачам, постигшим попытки разделения радия и мезотория. Этот процесс был попросту обречен на провал, ибо речь шла практически об одном и том же химическом элементе. Долгожданная победа XX век начался барабанным боем, который в 1903 году возвестил о возможности превращения радия в гелий. Однако, если быть исторически точным, то была не первая трансмутация, проведенная в XX столетии. За три года до этого, в марте 1900 года, когда еще почти ничего не было известно о радиоактивных превращениях, химик Фиттика из Марбурга поразил своих коллег удивительной статьей. В ней он с полной серьезностью утверждал, что ему удалось на опыте превратить фосфор в мышьяк. Отсюда Фиттика сделал вывод, что мышьяк вовсе не элемент, то есть его не следует помещать в периодическую систему. Мышьяк на самом деле является соединением фосфора, азота и кислорода: As= (PN2O)2O3. "Такое утверждение просто непостижимо,-- возмущался Клеменс Винклер, который своей оценкой уничтожил "открытие" Фиттики. -- Уже по меньшей мере тысячу лет получают мышьяк в технике и в больших масштабах переводят его из одного соединения в другое; до сих пор не было никаких сомнений в его элементарной природе. Несомненно, мышьяк действительно является элементом в современном смысле этого слова... Утверждение Фиттики основывается на колоссальной ошибке, и я весьма сожалею, что эту ошибку приходится обсуждать открыто". А ведь этот Фиттика был не дилетантом, а профессором химии в Марбургском университете. Отто Хан во время своей учебы в 1897/98 годах "имел удовольствие" слушать лекции Фиттики по истории химии. Об этом он оставил нам исчерпывающие сведения, которые как-то характеризуют этого странного ученого. В своих воспоминаниях Хан писал, что Фиттика в лекциях ограничивался оглашением старых алхимических текстов. Очевидно, Фиттика сам не мог избежать влияния этих трактатов. Во всяком случае последние его работы в Марбурге, по словам Хана, касались только собственных опытов по превращению элементов, которые он проделывал в сумеречном состоянии, следовавшем за его эпилептическими припадками. Винклер прочел первую работу марбургского профессора алхимии и подверг ее уничтожающей критике. Он указал на элементарные огрехи Фиттики: конечно, господин профессор Фиттика совсем не учел, что продажный фосфор содержит мышьяк... И тут гнев известного химика излился на ренегата. Словно Зевс с Олимпа, метал он громы и молнии на неверного подданного: "Создается впечатление,-- возмущался Винклер,-- что в неорганической химии теперь появилась опасная склонность ударяться в спекуляции. Немалой причиной является то, что искусство анализа приходит, к сожалению, в упадок. Я подчеркиваю -- "искусство", ибо между анализами может существовать различие, как между работой скульптора и каменотеса". Однако ославленный химик не сразу признал себя побежденным. В "Хемикер цейтунг" выпусков 1900 и 1901 годов, которая одна лишь публиковала работы Фиттики, к тому же на видном месте, можно найти несколько сообщений, примечаний, уточнений, принадлежащих его перу. "Да, я действительно позволил себе выполнять алхимические опыты в Институте химии Марбургского университета,-- пытался оправдаться профессор Фиттика.-- По существу, мы сегодня еще алхимики, конечно, не в смысле искусства изготовления золота, а потому, что признаем возможность превращения металлов". Далее Фиттика сообщал о новых удачных опытах по трансмутации, на манер древних алхимиков: о превращении элемента фосфора в сурьму, а также бора -- в кремний. Однако после этого он обиженно отошел от дел, ибо нападки на его персону участились и он вызывал лишь насмешки своих коллег. Даже ссылки на его 28-летний стаж химика уже не могли помочь Фиттике. Его последнее выступление, которое опубликовала "Хемикер цейтунг" в ноябре 1901 года, звучало как заклятие: Фиттика обещал вскоре доказать, что большинство сегодняшних элементов не заслуживают вовсе этого названия! И если не он сам, то другие покажут это. Однако вернемся к точной науке. Вернемся к Вильяму Рамзаю, который совместно с Содди действительно впервые указал на превращение элементов. Когда в 1906 году Вильгельм Оствальд посетил англичанина в его лондонской частной лаборатории на Риджент-стрит, Рамзай тотчас же познакомил гостя с результатами своих новых опытов. Оствальд, который приобрел прочную славу как один из основоположников современной физической химии, слушал сообщение Рамзая с возрастающим удивлением. Вещи, излагаемые английским ученым "способны были поднять волосы дыбом у всякого правоверного химика", -- так комментировал Оствальд новейшее открытие своего коллеги в "Хемикер цейтунг" от 24 июля 1907 года в статье под заголовком "Трансмутация элементов". Рамзай тщательно берег несколько белых кристалликов на часовом стекле. Если несколько крупинок этого вещества он помещал в пламя, то спектроскоп обнаруживал характерную красную линию элемента лития. Ну что же, ничего особенного, -- подумал Оствальд. Однако эту соль лития Рамзай получил действием эманации радия на раствор соли меди. Как ни поразительно это было, видимо, эманация, как своего рода философский камень, превратила медь в литий. В этом не было сомнения, ибо Рамзай был убежден, что принял все возможные меры предосторожности, чтобы избежать привнесения лития извне. Через год, в июле 1907 года, после многих дальнейших опытов Рамзай опубликовал это открытие в английском журнале "Нейчур". Немецкий перевод дал журнал "Цейтшрифт фюр ангевандте хеми" 2 августа 1907 года под броским заголовком "Эманация радия. Превращение элементов". Научный мир был ошеломлен, ибо все знали, с какой скрупулезной точностью работает Рамзай. До сих пор его искусство экспериментатора вызывало к нему величайшее уважение. Что же, неужели действительно появился еще один пример превращения элементов с помощью радиоактивных веществ? Конечно, было достаточно критических высказываний, выражавших сомнение. В июле 1908 года мадам Кюри и ее сотрудница Гледич разгадали эту загадку: при воспроизведении опыта Рамзая можно было обнаружить литий, но лишь тогда, когда использовались приборы из обычного лабораторного стекла. В случае платинового оборудования проба на литий оказывалась отрицательной. Следы лития из стекла обманули даже опытного практика, Рамзая, так что ему почудилась трансмутация меди в литий. Что поделать! Рамзай согласился, что превращение в элемент литий не подтвердилось. Однако в остальном он остался верен своему воззрению: в настоящее время принципиально осуществима трансмутация элементов. Возможность для такого превращения он видел в огромной энергии, заключенной в радиоактивном веществе. Если это подтвердится, писал Вильям Рамзай в своих "Опытах" вышедших в свет в 1908 году, то трансмутация элементов уже не покажется бессмысленной мечтой. Тогда окажется, что открыт философский камень; вполне вероятно, что осуществится и другая мечта средневековых философов, а именно: будет получен эликсир жизни, Высказывания такого рода не всегда вызывали сочувствие у собратьев по науке. Рамзая, как, впрочем, и Крукса, упрекали в том, что он хочет придать химии "средневековые черты". Это направление непременно должно было привести к кризису в химии. Не поддаваясь таким высказываниям, сэр Вильям Рамзай разрабатывал дальше свою теорию. На общем заседании химического общества в Лондоне, 25 марта 1909 года, в докладе "Элементы и электроны" он объявил, что, с его точки зрения, все элементы отличаются только различным числом электронов и потому могут превращаться друг в друга. Нужно только либо отщепить, либо присоединить электроны. Рамзай признался, что до последнего времени считал это воззрение утопией, ибо не знал, как его осуществить на практике. Теперь таким средством мы располагаем; по его мнению, это -- радиоактивное излучение, что подтверждается превращением радия в гелий. Рамзай доложил слушателям о своих самых последних экспериментах: попытке перевести серебро в другой элемент с помощью радиоактивного излучения. К сожалению, результат пока что был отрицательным. Рамзай умолчал о том, какой именно элемент он надеялся получить из серебра. Однако многим было ясно, что это могло быть лишь золото! Было ли это желанной "реабилитацией" классической алхимии? Такой поворот был неожиданным -- ведь алхимия, казалось, давно была выброшена на свалку истории. Ее последние приверженцы, махнув рукой, сознавались, что тайна получения философского камня безвозвратно ушла из этого мира вместе с последним умельцем. А то, что было написано в старых алхимических рукописях, как известно, мало чего стоило. И вот теперь наступила великая победа. Радиоактивность привела к возрождению алхимии -- так, по крайней мере, считали ее приверженцы. Высокочтимые ученые должны были признать, что химические элементы можно на практике превратить друг в друга. Публикация Рамзая о "трансмутации" меди в литий вначале тоже послужила для современных алхимиков "доказательством" того, что обычные металлы ведут себя так же, как радиоактивные элементы. А уж к твердо установленному факту превращения радиоактивных элементов ничего не добавишь: образуется же радий из урана, который сам, проходя через ряд превращений, становится свинцом. Это ли не долгожданное подтверждение алхимического учения? Истолкование радиоактивного превращения элементов было для поруганной алхимии вопросом чести. Принципиально было безразлично, превращается ли уран в радий, медь в литий или ртуть в золото. Старые и новые алхимики победно заявляли: ведь достаточно было нескольких миллиграммов радия, чтобы разрушить ту искусно созданную стену предрассудков, которая была воздвигнута против святого учения о превращении элементов. "Забавно наблюдать, как в газетах и иллюстрированных еженедельниках в рубрике "Наука и техника" весьма осторожно подготавливают непосвященную публику к назревающему повороту",-- эти слова появились в 1908 году в статье одного из энтузиастов под вызывающим заголовком "Триумф алхимии. (Трансмутация металлов)". Приверженцы алхимии аргументировали в споре по-своему. Каждому, мол, известно, что наука развивается бурно. Следовательно, овладение произвольным превращением элементов является лишь вопросом времени, и тогда мы узнаем, как искусственно получить золото в любых количествах. Предсказание Гиртаннера было-де справедливым, однако оно относится к XX столетию, а не к XIX. А что такое сто лет по сравнению с почти трехтысячелетней историей алхимии? Исследователи атома или алхимики? Фредерик Содди, один из великих пионеров исследования атома, в докладе на заседании британских естествоиспытателей в 1913 году будто предугадал тайные чаяния алхимиков. "Нельзя считать невозможным превращение таллия или ртути в золото,-- писал исследователь радия.-- Проблема состоит лишь в том, чтобы удалить альфа-частицу из таллия либо альфа- и бета-частицы -- из ртути. Подобным же образом можно было бы получить золото из свинца, удалив из него одну бета-частицу и две альфа-частицы". Таким образом, "рецепт", столь открыто предложенный Содди, сводился к простому, на первый взгляд, превращению атома с выделением альфа- или бета-излучения. Вопрос заключался лишь в том, можно ли это вообще осуществить на практике? Сам Содди считал, что для проведения таких превращений достаточно применения высокого электрического напряжения -- порядка нескольких миллионов вольт. Однако в те времена еще не располагали такой энергией. Значит, следовало подождать с получением золота. Да и было ли это вообще целью исследователей атома? Когда в 1903 году была впервые научно доказана реальность превращения элементов и вечно неисправимые спорщики кричали о триумфе алхимии, исследователей атома меньше всего волновала проблема искусственного получения золота. Обосновать явление радиоактивных превращений, сопровождающееся выделением огромных запасов энергии,-- вот в чем исследователи видели свою непосредственную задачу. Новые пути для ученых открыла знаменитая формула Эйнштейна Е=тс[2], полученная в 1905 году, которая объясняла взаимосвязь между энергией и массой. Из формулы следовало, что теоретически возможно из 1 г вещества при полном его превращении высвободить энергию в 25 миллионов киловатт. Это -- колоссальная величина. Такое количество энергии получается при сгорании 250 железнодорожных вагонов высокосортного каменного угля. Ученые пытались ответить на вопрос, как можно осуществить превращение массы в энергию, иначе говоря: искусственно вызвать процесс радиоактивного распада. Им всегда приходилось брать в качестве примера радий. Содди очень метко сравнил бурлящий энергией атом радия с волшебной лампой Аладина из сказок 1001 ночи. Из радия тоже можно извлечь неиссякаемое богатство, если знать "фокус". Такое сравнение Содди привел, читая в 1908 году лекции в Глазго, которые в следующем году были напечатаны под названием "The Interpretation of Radium[54]". Примечательно также предсказание Содди о том, что источники энергии урана "еще удивительнее", чем для радия. Надо только найти пути для искусственного инициирования и ускорения распада урана, который протекает в течение миллионов лет и потому не может использоваться. По мнению Содди, такой процесс будет осуществлен лишь тогда, когда мы сможем превращать элементы по нашему желанию. Совершенно поразительное высказывание, сделанное за тридцать лет до первого реального его осуществления. Однако Содди в своих выступлениях в 1908 году не сомневался в том, что придет день, когда в лаборатории можно будет расщеплять и создавать элементы. Тогда энергия будет в избытке. Человечеству, которое способно превращать элементы, не потребуется зарабатывать хлеб в поте лица своего. Легко представить себе, что такие люди смогли бы сделать плодородными пустыни, растопить лед полюсов и превратить весь земной шар в рай. Как мы видим, исследователи атома, современные "алхимики" XX века, всегда преследовали совсем иные цели, чем погоню за обманчивым золотом алхимии. Разрешить вопрос о превращении элементов как проблему ядерной физики -- вот их истинная задача. Однако этот вопрос рассматривался также с трезвой научно-практической стороны, о чем свидетельствует высказывание химика Вилли Марквальда. Процитируем строки из его доклада Немецкому химическому обществу в мае 1908 года: "Превратить неблагородные металлы в благородные было мечтой алхимиков. Мы узнали из свойств радиоактивных веществ, что если бы этот процесс удался, то при этом либо выделилось бы столько энергии, что по сравнению с этим цена полученного благородного металла стала бы незначительной; либо, наоборот, затраты энергии сделали бы облагораживание металла практически бессмысленным". Глава 4 СОВРЕМЕННЫЕ АЛХИМИКИ -- УЧЕНЫЕ ИЛИ ШАРЛАТАНЫ? Вдохновляющие открытия "Теперь я знаю, как он выглядит..."-- обратился к своим сотрудникам Эрнест Резерфорд в один прекрасный день в начале 1912 года. На удивленный вопрос, что же, собственно, он имеет в виду, физик ответил: "...Атом!" Видимо, Резерфорд открыл нечто значительное. Ведь до той поры ни один человек не имел истинного представления о том, что же такое атом. Сначала думали, что это своего рода биллиардный шар. После открытия электрона полагали, что это, скорее, электрически нейтральное образование, на поверхности которого размещены электроны, способные отщепляться. У Резерфорда тоже была своя точка зрения. Еще в мае 1911 года в работе, помещенной в лондонском "Философикл мэгэзин", он приписывал атому "центральный заряд". Ныне исследователь атома поразил своих сотрудников из Манчестерского университета новым вариантом: "Теперь я знаю, как выглядит атом в действительности: атом имеет ... ядро!" Атомное ядро? Это было поистине нечто новое. К этому выводу Резерфорд пришел экспериментальным путем; основываясь на опытах своих сотрудников Гейгера и Марсдена, он бомбардировал платиновую фольгу альфа-частицами. При этом удалось показать, что приблизительно одна частица из 8 000 ударившихся о фольгу отклонялась, даже отбрасывалась назад. Что же могло задерживать частицу, имеющую значительную собственную массу и мчащуюся сквозь атомы со скоростью 15 000 км/с? Это могло быть только препятствие, которое было еще более плотным, чем альфа-снаряды, и при этом столь малым по размеру, что попадания были весьма редкими,-- а именно ядро атома. Дальнейшие опыты привели Резерфорда к выводу, что ядро атома заряжено положительно и величина заряда ядра совпадает с порядковым номером соответствующего элемента. Следовательно, ядро является центром мощно сжатого заряда, в котором сконцентрирована вся масса атома. Здесь находится источник невообразимой атомной энергии! Уточненную теорию существования атомного ядра Резерфорд опубликовал в августе 1912 года в "Философикл мэгэзин". Известному исследователю атома вновь удалось прорваться сквозь застывшие теоретические представления, за которыми скрывалась тайна атома. Датский физик Нильс Бор, ставший вскоре ведущим теоретиком в области атомного учения, подхватил мысли английского коллеги и в 1913 году в нескольких работах "On the Constitution of Atoms and Molecules[55]" высказал свои представления о новой модели атома. Атом состоит из положительно заряженного ядра, сосредоточившего в себе всю массу; ядро окружено электронами, число которых компенсирует заряд ядра и которым предписаны вполне определенные орбиты. Теперь представление об атоме становилось четким. Конечно должно было пройти некоторое время, прежде чем появились конкретные данные о строении атомного ядра. Однако уже сейчас можно было сделать ценные выводы. Источником радиоактивного излучения и местонахождением таинственной энергии атома могло быть только ядро. Напротив, за поглощение и излучение световых и рентгеновских лучей, а также за реакционную способность атомов ответственны электронные оболочки, находящиеся вокруг этого ядра. Ученые получили теперь отчетливые представления и о размерах атома: "измерив" диаметр атома, его оценили в 10[-8] см, то есть стомиллионной частью сантиметра. Неизмеримо крошечным было ядро, которое оказалось в десять тысяч раз меньше, чем весь атом. Еще одно значительное открытие было сделано в эти годы в физической лаборатории Резерфорда в Манчестерском университете. Молодой сотрудник Г. Мозли, работавший у Резерфорда с 1910 года, занялся определением частот рентгеновского излучения, испускаемого различными химическими элементами. Волновая природа Х-лучей была установлена в 1912 году работами Макса Лауэ и физиков отца и сына Брэггов. Был также найден способ определения их длин волн при прохождении через решетки кристаллов. Отсюда можно было рассчитать частоту излучения. Опыты Мозли заслуживают более подробного описания. Они могут дать некоторое представление о той классической простоте, с которой физики-экспериментаторы делали в то время фундаментальные открытия. Чтобы получить желаемое рентгеновское излучение, нужно было катодные лучи, возникающие в эвакуированной газоразрядной трубке, направить на антикатод, изготовленный из соответствующего элемента или его соединений. Уже эта проблема была практически не простой. Кроме того, Мозли предполагал брать один за другим различные антикатоды, чтобы легче было сравнивать спектры испускаемого рентгеновского излучения. Как это осуществить? После многих попыток Мозли наткнулся на оригинальное решение. Он изготовил разрядную трубку из стеклянного цилиндра длиной около 1 м и диаметром 30 см. Эвакуировать воздух из трубки таких размеров было весьма затруднительно, учитывая маломощные вакуумные насосы того времени. Это удалось Мозли лишь после многих неудач. В трубку Мозли запаял рельсы игрушечной железной дороги! Пробы исследуемых веществ он поместил в маленькие вагончики, которые можно было передвигать взад и вперед и тем самым по желанию подвергать действию катодных лучей. Рентгеновское излучение, возникающее под воздействием последних, проходило через окошко, заклеенное фольгой, и падало на кристалл. Спектр рентгеновского излучения физик фиксировал непосредственно на фотопластинке. При расшифровке рентгеновских спектров различных материалов молодой исследователь получил весьма неожиданный результат: каждому элементу можно было приписать характеристическое рентгеновское излучение, частота которого прямо пропорциональна квадрату порядкового номера соответствующего химического элемента. Когда Мозли сопоставил частоты рентгеновского излучения элементов с порядковым номером оказалось, что они возрастают от элемента к элементу на постоянную величину. В декабре 1913 года в своей первой работе "О высокочастотных спектрах элементов", опубликованной в "Философикл мэгэзин", физик писал: "Мы получили доказательство, что атом обладает какой-то основной характеристикой, которая равномерно возрастает при переходе от одного элемента к другому. Эта величина может быть только зарядом положительного ядра". Во второй статье в апреле 1914 года Мозли указал уже на всеобщую применимость новой закономерности: для всех элементов можно однозначно определить порядковый номер на основе их рентгеновского спектра. Даже трудноразделимые редкоземельные элементы, столь схожие друг с другом, что зачастую ученые не знали, какой порядковый номер им принадлежит в периодической системе, Мозли надеялся теперь классифицировать. Он с воодушевлением сообщал Резерфорду: "Я не сомневаюсь, что мне удастся каждый редкоземельный элемент засунуть в свою дырку". Действительно, с помощью открытой Мозли фундаментальной закономерности удалось ограничить число редкоземельных элементов до 14 -- элементы от 57 до 71-го. Повсюду, где в периодической системе недоставало элементов, обнаруживались и пустоты в диаграмме Мозли: между 42-м элементом (молибденом) и 44-м (рутением), между 60-м (неодимом) и 62-м (самарием), между 71-м (лютецием) и 73-м (танталом), 74-м (вольфрамом) и 76-м (осмием). К этим еще не известным элементам с порядковыми номерами 43, 61, 72, 75 позднее добавились еще элементы с номерами 85, 87 и 91. Теперь их можно было бы очень точно обнаружить с помощью линий рентгеновского спектра. Все сделанные раньше сообщения о новых открытиях также можно было точно проверить с помощью закона Мозли. Английский физик нашел решающий критерий для классификации элементов. Бор высказал одобрение: "Работу Мозли по ее важности и значению можно поставить в один ряд с открытием периодической системы, в некотором отношении она даже более фундаментальна". Резерфорд присоединился к этому мнению. Французский химик Ж. Урбэн, открывший некоторые редкоземельные элементы и хорошо знавший всю сложность их природы, заявил, пораженный: "Закон Мозли заменяет несколько р