В царствование Людовика XIII некий Дюбуа заявил, что ему известен секрет получения философского камня, и он знает теперь, как добывать золото искусственным путем. Слух об этом достиг ушей кардинала Ришелье, фактического правителя государства. По этой причине Дюбуа однажды оказался в королевском дворце, где его заставили показать свое умение. Ловкий пройдоха взял у стража мушкетную пулю, что-то там над ней поколдовал, после чего она и впрямь стала... золотой.
Первое, что пришло в голову изумленному королю, – так это сделать Дюбуа казначеем: уж он постарается, и королевская казна никогда не будет пуста. Ришелье рассудил иначе: если он овладеет секретом Дюбуа, то его могущество еще больше возрастет, а если нет – нетрудно догадаться, к кому оно перекочует. Дюбуа поначалу было заупрямился, так ведь с упрямцами и разговор особый, и язык особый – пытки. Каждое добытое таким надежным способом признание тут же проверялось, золота, разумеется, ни разу не получили. И кончил Дюбуа жизнь на виселице как чародей – с чародеями тогда не церемонились.
Почти также отзывался об алхимиках великий Д.И. Менделеев. «Поверхностное знакомство с алхимиками, – писал он, – часто влечет за собой невыгодное о них мнение, в сущности весьма неосновательное... Только благодаря запасу сведений, собранных алхимиками, можно было начать действительные научные изучения химических явлений».
Одна из самых безоговорочно положительных оценок алхимии принадлежит знаменитому химику XIX в. Юстусу Либиху. По его мнению, «алхимия никогда не была чем-либо другим, как химией...»
Отношение арабов к культуре завоеванных государств определялось формулой: «Мудрость мира – заблудшая овца, потерянная верующими; возврати ее хотя бы из рук неверующих». И они черпали эту «мудрость» отовсюду – у народов Средней Азии, Закавказья, Персии, Сирии и Египта, развивали ее и распространяли по всему миру. Созданный арабами Испанский халифат превратился в своеобразные ворога, через которые усвоенная ими греко-восточная культура хлынула в Европу. Гренадский университет украшала надпись: «Мир держится на четырех столпах: на учености мудрого, на справедливости великого, на молитвах праведного и на доблести храброго».
Это арабы к названию науки о веществе и его превращениях добавили приставку «ал» и с тех пор она стала алхимией. Никакого скрытого смысла в этой приставке нет.
В десяти книгах огромного труда «Пиротехния», составленного Ваноччо Бирингуччо и вышедшего в свет в 1540 г., рассказывается о добыче и свойствах руд, купоросов, серы, поваренной соли, на уровне практических знаний того времени приводятся сведения о добыче и очистке золота, описывается литейное дело, обработка металлов, производство стекла, изготовление фейерверков и многое другое. Любопытно, что Бирингуччо приводит наблюдение, которое было научно объяснено только два столетия спустя – в результате рождения, развития и смерти теории флогистона. Речь идет об увеличении веса металлов при их прокаливании.
Роль огня становилась все значительнее и все разнообразнее, а сам он долгое время оставался таинственным и непознанным. До поры до времени это не очень беспокоило, хотя, конечно, о его природе задумывались всегда.
Рост промышленности и металлургического производства, особенно заметный, как уже отмечалось, с XVI...XVII вв., понуждал заняться этим вплотную. Надо было понять, почему, к примеру, так много теряется металла на окалину; почему вес его увеличивается при нагревании. И вообще, что такое горение?
История открытия химических элементов и создания научной теории горения богата фактами, подтверждающими одну парадоксальную мысль, высказанную современным ученым Джоном Берналом: сделать открытие проще, чем понять, что оно сделано.
Словом, алхимические воззрения не сдавали без боя своих позиций. Правда, о том, что составляло главную страсть алхимиков в прошлом – о золоте, в научной среде теперь говорить было не принято, это считалось дурным тоном, поскольку такое занятие полностью ассоциировалось с шарлатанством. И вот именно в такой обстановке известный ученый, член Лондонского Королевского общества Джемс Прис печатает вдруг отчет об экспериментах, в которых ему якобы удались превращения металлов. Ему тотчас предложили выступить на заседании общества. Он отговаривался, ссылался на то, что весь запас философского камня уже израсходован – ничего не помогло, пришлось выступать. Конечно, ничего вразумительного показать членам общества Прис не смог.
К многоцветной дуге на небесном своде, возникающей иногда после дождя, привыкли. Ею восхищались, любовались, иногда и преклонялись, но почему она появляется, – никто ничего сказать не мог и ограничивался ссылкой на волю и дар вседержителя – Бога.
В 1675 г. Ньютон, пропустив луч света через призму, получил радугу на стене. Вместо обычного белого пятна он увидел изображение, окрашенное в переходящие постепенно друг в друга цвета – от фиолетового до красного. Ньютон назвал его спектром. Он обнаружил, что белый свет (и цвет) – это некое сложное образование, которое с помощью очень простых средств легко разложить на составляющие.
Химикам 60-х гг. прошлого столетия стало известно более 60 элементов. Подробно были описаны свойства каждого из них и их соединений, многие имели широкое промышленное значение, ученые находили между ними черты определенного сходства и разительного отличия. Появилась нужда в систематизации элементов, но, несмотря на то, что по сравнению с зоологией и ботаникой химия располагала сравнительно «небольшим хозяйством», привести его в определенный порядок было не так-то просто.
Первая попытка привести элементы в какую-то систему относится еще к тому времени, когда классическая химия только становилась на ноги. Она принадлежит Лавуазье. Разделавшись с флогистоном, он составил таблицу простых тел, основанную на классификации их по химическим свойствам. Сейчас эта таблица вызывает к себе лишь исторический интерес, но в свое время она сыграла важную роль.
Менделеев никак не отрицал спектрального анализа, наоборот, он даже указывал, что такой-то элемент, вероятнее всего, будет обнаружен с помощью этого метода. Однако когда речь шла об открытии гелия, он говорил следующее: «Опыт ясно показывает изменчивость напряженности света спектральных линий простых тел при различии температур и давлений, а потому можно думать, что линия гелия принадлежит одному из давно известных простых тел, поставленному в неизвестное для наших опытов состояние температуры, давления и напряжения тяжести». Доводи довольно веские: кто знает, как космические условия влияют на смещение спектральных линий.
Это слова великого русского ученого М.В. Ломоносова.
Химики нашли общий язык с физиками, по выражению известного современного ученого и писателя Айзека Азимова, еще с первых представлений о существовании атомов вещества, т.е. начиная с Левкиппа и Демокрита. Но химия шла своим путем, физика – своим, их пути пересекались очень часто, и, когда это случалось, рождались новые идеи и открытия.
Химический конгресс в Карлсруэ был столь плодотворен именно потому, что.химики согласились опереться на физическую теорию Авогадро.
Неоценимую помощь химическим исследованиям дал физический метод спектрального анализа.
Физические измерения теплоемкости во многом помогли химикам в установлении атомных весов.
Химию и физику соединил в своих работах Фарадей. Таких примеров можно приводить очень много. Взаимопроникновение этих наук с течением времени все увеличивалось, и это способствовало исключительно быстрому развитию представлений о веществе.
Изучением радиоактивности, как и следовало ожидать, помимо Беккереля и супругов Кюри, занялись многие ученые. Увлекла эта тема и выдающегося физика новозеландца.
В 1892 г. Резерфорд был еще студентом-третьекурсником, когда в научно-студенческом обществе выступил с докладом, который назывался «Эволюция элементов». Точный текст доклада не сохранился, однако уже название говорит само за себя. Надо сказать прямо: для подобного взгляда физика тогда еще не созрела – никаких фактических данных, чтобы рассматривать известные науке элементы с точки зрения их эволюции, не было. Студент Резерфорд проявил незаурядную смелость, очевидно, основательно подогретую идеями Крукса.
Доклад встретили с нескрываемой иронией, пылкому студенту пришлось спуститься с небес на землю и признаться в том, что он «зашел слишком далеко».
Фредерик Содди с большим интересом следил за всеми работами Рамзая по инертным газам. С весны 1903 г. Содди стал работать в лаборатории Рамзая. Здесь он продолжил исследования, начатые еще в Мак-Гилле. После долгих и «придирчивых» экспериментов Рамзай, непререкаемый авторитет в области инертных газов, мог с удовлетворением подтвердить вывод Резерфорда и Содди: эманация радия – благородный газ.
Но это произошло позже, через пять лет, а начало совместной работы Рамзая и Содди ознаменовалось экспериментальным подтверждением того факта, что гелий – результат превращения эманации радия. Едва ли нужно подробно описывать знаменитый опыт. Достаточно сказать, что бромид радия (мизерные количества!) был растворен в воде, а выделившийся при этом газ скапливался в колбах. Затем его сушили и переводили в трубку Плюккера, с помощью которой исследуют спектр газа.
Пьер Кюри не сразу признал теорию превращения элементов. Ему казалось, что тем самым признается непостоянство материи. Он первоначально склонялся к мысли объяснить временную радиоактивность процессом передачи энергии. Однако, повторив опыты Рамзая и Содди по образованию гелия из эманации радия, он успокоился и начал измерять альфа-активность так же, как это делал Резерфорд. Эманация, или радон, распадалась и превращалась в какое-то вещество A, но и оно не оставалось стабильным, а также распадалось, давая вещество B в свою очередь и это вещество распадалось, давая некое C. Резерфорд ко всему этому отнесся с большим вниманием и, не мудрствуя лукаво, обозначил эти вещества: радий-A; радий-B; радий-C. Он детально изучил все относящееся к радиоактивности этих новых элементов, установил период полураспада для каждого – 3, 21, 28 минут.
Альфа-частицы заявили о себе не только косвенно, через показания электрометра или какого-нибудь другого прибора, а ощутимо, зримо. Резерфорд, встретившись с супругами Кюри у них дома еще в июне 1903 г., был восхищен зрелищем, которое показал ему Пьер Кюри. В трубке, часть которой покрыта сернистым цинком, находился раствор радия, и трубка в темноте светилась удивительным светом. Это было эффектно, впрочем, не так уж и ново.
Это становилось ясным по мере уточнения и развития резерфордовской модели. В 1913 г. датский физик предложил свою модель атома, опираясь на идеи Резерфорда и квантовую теорию Макса Планка. Модель Н. Бора сложна для описания, и поэтому мы изложим ее так, как это принято в популярных изданиях. В ней, в модели Н. Бора, электрон вращается не на любой орбите, а только на определенной, «разрешенной» и при этом никакого излучения не наблюдается. Излучение происходит только тогда, когда электрон «перескакивает» с одной орбиты на другую, выделяя или поглощая порцию, квант, энергии.
Бериллиевое излучение, как стали его называть, заинтересовало многих физиков, так как, по всей видимости, свидетельствовало о том, что альфа-частицы захватываются ядром без выбивания из него протонов.
Один грамм радия, хранившийся в подвалах физического института, непрерывно отделял при своем распаде благородный и радиоактивный же газ радон. Его-то и отдал «божий промысел» Ферми и его группе. Трубочку, в которой был бериллий, заполняли радоном, погружали конец ее в жидкий воздух, чтобы газ сконденсировался; после этого трубочку запаивали, и она становилась источником нейтронов. Так как активность радона через несколько дней исчезала, трубочки приходилось все время изготовлять заново.
Бор был еще в пути, когда Фриш повторил опыты Гана и Штрассмана с использованием осциллографа, регистрирующего электрические импульсы. Этот прибор был своеобразным атомным термометром; высота импульса на его экране характеризовала выделившуюся энергию. Сомнения не было, таких всплесков на экране Фришу никогда не приходилось наблюдать ранее.
На следующий день Фриш и Мейтнер послали в английский журнал статью «Деление урана с помощью нейтронов – новый тип ядерной реакции». В статье указывалось на возможность деления ядра урана после захвата нейтрона на два ядра других элементов. Так как они первоначально будут находиться в непосредственной близости и оба несут большие положительные заряды, то последует их взаимное отталкивание с огромной кинетической энергией. Она в 20 миллионов раз превосходит взрывчатую силу тротила.
Рассчитывая, что США в самом ближайшем времени будут располагать невероятной силы боевым средством, Трумэн стал под любыми предлогами уклоняться от запланированных встреч с руководителями государств-союзников. Дважды ему это удавалось. Но наступил момент, когда развитие международных событий исключало возможность дальнейшей оттяжки такой встречи. Работы по созданию атомного оружия стали вестись в лихорадочном темпе. Роберт Оппенгеймер, возглавлявший всю научную и техническую программу проекта, вспоминал потом: «Я не думаю, что мы когда-нибудь работали быстрее, чем в период капитуляции Германии».
К двадцатым годам нашего столетия ученым были неизвестны элементы №43, №61, №75, №85 и №87. Поиски велись очень интенсивно, с применением новейших по тому времени средств, но элементы эти, можно сказать, не столько открывали, сколько закрывали.
Задолго до появления периодического закона было заявлено, что найден элемент с атомным весом около 104. Русский химик и минералог Г.Р. Германн извлек его из минерала, найденного в Ильменских горах, и назвал ильмением. Химик Г. Розе не замедлил опровергнуть новое открытие, хотя Германн энергично его отстаивал. Менделееву при составлении таблицы очень хотелось заполнить этим элементом клетку под марганцем, но он удержался от соблазна, и клетка осталась пустой с пометкой, что в ней должен находиться эка-марганец.
В 1886 г. Керн сообщил, что удалось найти в платиновой руде с острова Борнео элемент дэвий, напоминающий по свойствам марганец и имеющий подходящий атомный вес – около 100. Через 10 лет подобное открытие было сделано Баррером. Но ни первое, ни второе открытие не были подтверждены.
Сейчас даже трудно поверить в то, что послужила ему в этом всего лишь книжечка из папиросной бумаги.
На первый ее листок ученый нанес слои окиси урана, а затем использовал ее в качестве мишени в циклотроне. После обстрела нейтронами Макмиллан извлек книжечку из установки и с помощью счетчика Гейгера стал измерять радиоактивность каждого ее листика. Нужные данные были получены, но выявились и некоторые побочные результаты, значительно более важные, нежели те, ради которых был поставлен эксперимент.
Главным было то, что первый листок бумаги содержал какое-то вещество, имевшее совершенно непохожий (по сравнению с другими листиками) период полураспада. Если бы это было более легкое вещество, то ничто не мешало бы ему пройти через толщу листка с остальными продуктами. Наблюдалась радиоактивность, с которой Макмиллан ранее не встречался. Прежде всего это было бета-излучение, приводившее к повышению заряда ядра, а стало быть, к появлению нового более тяжелого элемента.
Руководящих исходных данных для поисков почти не было. Существовала лишь одна гипотеза шведского ученого Юханнесена о том, что время жизни элемента №104 должно составлять всего лишь 0,014 секунды.
Неуловимый миг, который, казалось, зафиксировать просто невозможно. Сама гипотеза не располагала к тому, чтобы полностью на нее положиться, но другой не было, и Флеров решил ею руководствоваться.
Этот завет стал соблюдаться еще при жизни великого ученого и в последующее время привел к таким результатам, которые и фантастическими романами не были предусмотрены.
Создание целого ряда заурановых элементов можно, пожалуй, назвать научной героикой.
Теоретическая физика тоже пришла к великим результатам.
И тут не постесняемся задать один, как говорят ученые, некорректный вопрос: ну и что? зачем все это нужно? Какая нам польза от элементов-призраков, жизнь которых определяют даже не в прямую, на ощупь, а по каким-то следам? А ведь все это денег стоит – и, по всему, немалых!
Просто поразительна интуиция алхимиков средневековья: ведь в качестве материала для изготовления золота они всегда предлагали не какие-нибудь металлы, а близлежащие к нему ртуть и свинец. Хотя и с трудом верилось, но чем черт не шутит: ведь с 1924 г. не только была установлена эмиссия электронов (т.е. потеря атомом какой-то своей части), но даже осуществлено настоящее превращение. Резерфорд получил из азота кислород путем обстрела его альфа-частицами. Правда, и азот и кислород – газы. А с другой стороны, что мешает допустить, что в металлах процесс превращения облегчен, и электрические поля большой мощности способны осуществить трансмутацию?