Клаус Гофман - Можно ли сделать золото, Мошенники, обманщики и ученые в истории химических элементов
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.
Новые открытия пошатнули представления о механистической картине мира и подготовили полное их крушение. С открытием Х-лучей Рентгена отпала догма о непроницаемости атомов. Очевидно, вещество уже не являлось препятствием для этих таинственных лучей. С открытием электрона Томсоном потерял силу постулат, согласно которому атом является мельчайшей частицей материи. Неизбежно вытекало допущение, что атомы состоят из еще более мелких частичек.
Весьма загадочной казалась спонтанность, с которой распадаются радиоактивные вещества. К всеобщему удивлению, было обнаружено, что радий при радиоактивном распаде превращается в другие элементы, в конечном счете в свинец, сам же возникает из урана. Была сокрушена другая догма: трансмутация элементов, о которой столетиями мечтали алхимики в своих попытках изготовить золото, стала явью, хотя лишь в масштабе атомов.
Радий представлялся исследователям прямо-таки неисчерпаемым источником энергии. Как же это согласовать с классическим законом сохранения энергии? Создавалась ли энергия излучавшего радия из ничего? Наука стояла перед загадкой. Французский физик Пуанкаре в 1905 году привел в беспокойство общественность своими сомнениями о "ценности науки". Так называлась его статья, в которой говорилось, что налицо серьезный кризис в физике. "Великий революционер радий" ставил под сомнение не только принцип сохранения энергии, но и все другие научные законы. Пуанкаре жаловался: "Перед нами -развалины старых принципов физики, всеобщий крах которой мы переживаем".
Что же, физика попала в безвыходное положение? Многие ученые являлись сторонниками идеалистической философии и считали, что теперь "материя исчезла" либо "растворилась в электричестве или энергии".
В. И. Ленин проанализировал это положение в естествознании в том виде, как оно сложилось к началу XX столетия, и сделал теоретико-познавательные заключения. В своей работе "Материализм и эмпириокритицизм", опубликованной в 1909 году, В. И. Ленин критикует мировоззрение Маха и разоблачает несостоятельность всеобщих толков о кризисе в физике. Ленин признает, что большинство ученых пришли в противоречие с новейшими экспериментальными фактами о радиоактивности и строении атома: это произошло только потому, что они упорно оставались на позиции устаревших идеалистических представлений, которые не допускали дальнейшего творческого развития физики. Эти новые факты могли быть объяснены и обобщены только на основе диалектического материализма. По убеждению В. И. Ленина, распад и превращение радиоактивных элементов блестяще подтверждает учение К. Маркса и Ф. Энгельса о диалектике природы. Поясняя это, он развивает мысль: "Разрушимость атома, неисчерпаемость его, изменчивость всех форм материи и ее движения всегда были опорой диалектического материализма. Все грани в природе условны, относительны, подвижны, выражают приближение нашего ума к познанию материи"[53].
Прежнее натурфилософское понятие материи оказалось неверным в результате открытия явления радиоактивности. В естествознании появились новые диалектические представления о структуре материи и формах ее движения.
Современная алхимия?
При изучении радиоактивных явлений Резерфорд и другие ученые обнаружили, что радиоактивные элементы торий, радий и актиний выделяют газообразные продукты, называемые эманациями. Они также радиоактивны и через короткое время распадаются. Рамзай заинтересовался явлением радиоактивности, когда появилось сообщение о том, что радиоактивные эманации химически так же индифферентны, как и благородные газы. Ученый как раз находился в поисках благородного газа, для которого еще имелось свободное место в последней клетке нулевой группы. Его занимало также разрешение другой научной загадки. Стало известно, что гелий встречается не только в содержащем уран минерале клевеите, но также и во всех минералах, в состав которых входит уран. Какого-либо объяснения этому факту не было.
Рамзай совместно с Содди, который в 1903 году вернулся в Англию, попытались разрешить этот вопрос экспериментально. К началу 1903 года были впервые выделены лишь малые количества редкого радия. Во всем мире был один-единственный его источник: это профессор Гизель в Брауншвейге, для которого извлечение радия было нечто вроде хобби. Рамзай и Содди получили от него 30 мг этого элемента. Сначала выделение чистой эманации потерпело неудачу из-за неправдоподобно малых количеств, которые могли быть получены из миллиграммовых количеств соли радия. Наконец обоим исследователям удалось уловить в крошечные капилляры, доли кубического миллиметра эманации и отделить ее от газообразные составных частей воздуха путем конденсации. С помощью газоразрядной трубки объемом 4 мм[3], в которую были впаяны электроды, тонкие, как волос, ученые получили спектр эманации. Спектр состоял из ярких красных линий. Ученые окрестили новый газ нитон (сверкающий) за то, что он светился в темноте. Позднее это название было заменено на радон.
Для того чтобы охарактеризовать нитон как новый элемент и найти ему место в таблице, недоставало важных данных, прежде всего атомной массы. Надежда на то, что когда-либо они будут обладать достаточным количеством нитона для проведения такого рода опытов, исчезала; Рамзай и Содди прикинули, что для получения 1 л газа необходимо около 500 кг радия. Уже тогда представлялось безнадежным получить такое количество радия. В настоящее время мировой запас радия оценивается, в лучшем случае, тысячной долей этой величины, то есть составляет приблизительно 500 г.
В конце концов Рамзай с удивительной экспериментальной ловкостью определил-таки плотность нитона и смог рассчитать, исходя из нее, его атомную массу. Радон нашел свое место в последней свободной клетке группы благородных газов, после ксенона.
При анализе радиоактивных минералов ученые всегда получали гелий в качестве побочного вещества. Поэтому уже в 1902 году Резерфорд при толковании радиоактивного распада высказал предположение, что гелий является продуктом распада радия. При выяснении этого вопроса так же приходилось работать с минимальными количествами веществ. Вся аппаратура, изготовленная Рамзаем, отличалась крошечными размерами. Она состояла из капиллярных трубочек диаметром менее полумиллиметра. В такие "сосуды" Рамзай и Содди поместили очищенную эманацию радия, исследовали ее спектр и, к своему радостному изумлению, обнаружили, что через несколько дней стали вдруг видны линии гелия. Это было доказательством превращения радона в гелий. Рамзай сделал сообщение о сенсационном открытии 16 июня 1903 года на ежегодном собрании Химического промышленного общества в Брэдфорде. В том же месяце появилась статья Рамзая и Содди в научных журналах: "Опыты с радием и о выделении гелия из радия".
Таким образом, впервые было экспериментально доказано превращение одного элемента -- радия в другой -- гелий. Естественно, что пресса всего мира быстро оповестила об этом событии в сообщениях, откликах и комментариях. Ведь это было первое удачное превращение элементов, которого ожидали алхимики целые столетия. Конечно, не было недостатка и в скептических высказываниях. Рамзая и Содди упрекали в том, что их лаборатория настолько заражена гелием, что любой чувствительный спектроскоп всегда обнаружит следы привнесенного газа.
Научно-популярный журнал "Умшау" 4 февраля 1905 года, отдавая должное гениальному искусству экспериментаторов Рамзая Содди, все же отмечал: "...еще не настало время выбрасывать за борт испытанное старое и безоговорочно становиться на сторону учения о превращении элементов".
