Виток спирали
Шрифт:
Пока Резерфорд занимался открытым им элементом — впоследствии он был окрещен радоном, — Уильям Крукс натолкнулся на другое замечательное явление.
Крукс предпочитал сам проверять открытия. Он купил окиси урана и подверг ее тщательной химической очистке, чтобы быть совершенно уверенным в чистоте препарата. Очистив окись урана, Крукс положил ее на фотопластинку. И пластинка осталась незасвеченной! Выходило, что Беккерель ошибся, Чистый уран не излучал.
Зато примесь, которую Крукс отделил от урана, — вот она излучала! Крукс назвал ее ураном-икс, и принялся изучать ее химическую
Как только об атом узнал Беккерель, он немедленно стал проверять Крукса. И выяснил, что Крукс прав.
Беккерель был способен на удивительные догадки, Через несколько дней после этого опыта ему пришла такая мысль: что если очищенный уран лишь на время потерял свою активность, а теперь она снова появилась?
Беккерель положил ранее очищенный препарат урановой соли на пластинку и пошел в фотолабораторию. Пластинка оказалась сильно засвеченной!
Беккерель проделал то же самое с примесью. Странно, но теперь примесь перестала засвечивать пластинку.
Они поменялись местами, как в бальном танце.
Об этом непонятном явлении Беккерель немедленно известил коллег-физиков. Резерфорд, разумеется, повторил опыты Крукса — Беккереля с торием, и у него получился торий-икс. По химическим свойствам он ничем не отличался от… радия. И Резерфорд тоже наблюдал странный танец с переменой мест.
Не означало ли все это, что в тории, от которого отделили торий-икс, этот "икс" появляется почему-то снова?
Тончайшие химические манипуляции — и вот в одном сосуде торий, совсем переставший засвечивать пластинку, а в другом сосуде возродившийся торий-икс, радий.
Но что значит — возродившийся? "Из ничего даже волей богов ничего не творится", не возродившийся — а родившийся!
Атомы одного элемента превратились в атомы другого элемента!
С этого момента началась эпоха "новой алхимии", нового утверждения идеи о возможности превращения элементов.
Но мысль человеческая не шла по кругу, новое утверждение не означало возврата к фантастическим представлениям искателей философского камня, Мысль шла по восходящей спирали. Новые "алхимики" знали, из каких элементов состоят сложные вещества, и понимали, что ни растворение, ни расплавление, ни возгонка, ни соединение с другими элементами не могут заставить атом одного сорта стать атомом другого сорта. Но теперь им был известен совершенно новый способ взаимодействия вещества, при котором чудо превращения элементов происходило.
Новая эпоха только еще начиналась. Первые парадоксальные факты еще не расшатали все огромное здание привычных представлений.
И потому, например, Беккерель, узнав о превращении тория, не спешил согласиться с Резерфордом. Почему непременно превращение атомов? Может быть, превращение молекул? Может быть, действовали обычные химические силы?
Тогда Резерфорд поручил своему помощнику Фредерику Содди попытаться повлиять на ход этих превращений. Ведь на химические превращения, когда атомы соединяются друг с другом или, напротив, разъединяются, можно влиять. И Содди заставил торий пройти сквозь огонь, воду и медные трубы всевозможных реакций. Но торий, продолжая излучать, с завидным постоянством превращался
Впрочем, Резерфорд уже подозревал, что превращение и излучение есть, вероятнее всего, один и тот же, единый, процесс. И появление альфа-частицы свидетельствовало о превращении атома тория в атом радия.
Но предположение — это еще не доказательство.
Чтобы найти доказательства, надо было установить природу альфа-лучей.
Что же такое альфа-лучи?
Мария Кюри выяснила, что это несущийся с неимоверной скоростью ноток положительно заряженных частиц.
Но что это за частицы? На что они похожи? На электрон? Или на что-то иное?
Когда превращение более тяжелого тория в торий-икс, обладавший всеми химическими свойствами более легкого радия, стало свершившимся фактом, Резерфорд задался вопросом: а что, если альфа-частицы — это какие-то очень легкие атомы? Он вспомнил и о том, что знали все химики, — в урановых минералах всегда есть гелий. Помните, как Гиллебранд принял его за азот, а Рамзай исправил ошибку в выделил из редкого минерала клевеита солнечный газ?
Газ этот оказался чрезвычайно легким, всего в четыре раза тяжелей водорода. И был вполне подходящим кандидатом на занятие должности альфа-частицы.
Теперь следовало определить массу альфа-частицы и сравнить ее с массой атома гелия. Задача была похожа на ту, что Резерфорд помогал решить своему учителю Томсону — определение массы электрона. Нужно было отклонить поток альфа-частиц в магнитном поле. Величина отклонения будет зависеть от заряда и массы частицы. Чем меньше заряд и чем больше масса, тем трудней частицу отклонить: ведь заряд это как бы локомотив, а масса — весь остальной поезд.
Но как у состава не может быть меньше одного локомотива, так и у заряженной частицы не может быть меньше одного заряда.
А больше — может. Когда надо преодолевать сильный подъем, прицепляют в голову состава не один, а два локомотива. Два заряда имеют, например, ионы магния.
Никто не мог сказать заранее, сколько зарядов у альфа-частицы. Резерфорд предположил, что один заряд, как у электрона, как у иона водорода.
Когда поток альфа-лучей пересек магнитное ноле, они почти не отклонились. И только в поле очень сильного электромагнита отклонение стало довольно заметным, но все же в два миллиона раз меньшим, чем отклонение катодных лучей — электронов, и вдвое меньшим, чем отклонение ионов водорода.
То есть альфа-частицы отклонялись так, будто они были вдвое тяжелей атомов водорода, и это было очень плохо… Плохо потому, что атомы гелия в четыре раза тяжелей атомов водорода. В четыре, а не в два.
Но что если не состав вдвое легче, а локомотив вдвое сильней? Ведь два заряда будут тянуть атом учетверенной массы именно так, как один заряд — атом удвоенной массы…
Резерфорд засел за расчеты. Ему нужно было вычислить полный электрический заряд альфа-частиц, выстреленных граммом урана за секунду, и число атомов гелия в этом объеме. И потом поделить полный электрический заряд на число атомов.