Клаус Гофман - Можно ли сделать золото, Мошенники, обманщики и ученые в истории химических элементов
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 Етс[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.
