Валентин Рич - Виток спирали

Куда менее заметным для современников Йозефа Фраунгофера было другое его открытие — на этот раз не в лучах солнца, а всего лишь в тусклом язычке пламени обыкновенной спиртовки. В спектре этого пламени Фраунгофер обнаружил ярко-желтую двойную линию — в том месте, где в спектре Солнца он всегда видел такую же двойную, но только черную полоску. В 1814 году Фраунгофер опубликовал свое наблюдение, предоставляя коллегам возможность поломать голову над этим необъ-яснимым совпадением. Сорок три года на это явление никто не обращал внимания. В 1858 году английский физик Уильям Сван обнаружил, что двойная желтая линия в пламени спиртовки появляется только тогда, когда в спирте или и фитиле присутствует элемент натрий. Сван рассказал о своих опытах другим физикам, написал статью — и на этом счел инцидент исчерпанным. Он не догадался, что совершил чрезвычайно важное открытие.

Впрочем, увидеть что-либо новое или необычайное — еще не значит открыть.

Есть люди, которые смотрят на вещи и события, но… не видят их. Таких, к сожалению, больше всего.

Другие многое видят, но не всегда понимают увиденное. Это ужо нужные науке люди.

Но больше других пауке нужны те, кто не только видит явления, но и начинает задавать нм вопросы и заставляет их отвечать себе.

Волластон, Фраунгофер, Сван сумели увидеть загадочные явления. Но заставили их рассказать о себе другие естествоиспытатели.

В начале пятидесятых годов прошлого века в маленьком немецком городке Гейдельберге, знаменитом своим университетом, физик Густав Роберт Кирхгоф и химик Роберт Вильгельм Бунзен получили ответ на некоторые исключительно важные вопросы, касающиеся фраунгоферовых линий.

Повторим вкратце условие задачи — то, что им было "дано".

В спектре пламени спиртовки иногда появляется двойная желтая линия.

Она возникает только в присутствии натрия.

В спектре Солнца есть точно такая же двойная, но темная линия.

Рассуждение Кирхгофа и Бунзена сводилось к следующему" Они предположили, что желтая двойная линия в пламени спиртовки, появляющаяся только в присутствии натрия, принадлежит не спирту, а натрию…

Кирхгоф, и Бунзен взяли кристаллик поваренной соли, раскалили его, и свет раскаленных паров направили на призму спектроскопа. И получили первый ясный ответ: на шкале спектроскопа появился сплошной, без каких-либо темных полосок, спектр раскаленного вещества, и на нем виднелась та самая ярко-желтая линия.

Предположение подтвердилось — это была линия натрия.

Дальше Кирхгоф и Бунзен рассуждали так. Если двойная желтая линия принадлежит натрию, то и находящаяся в спектре Солнца на том же месте двойная черная линия могла бы тоже принадлежать ему. Что если при прохождении света от раскаленного натрия через более холодные пары того же натрия ярко-желтая линия поглощается и в спектре остается как бы ее тень?..

Исследователи опять раскалили кристаллик поваренной соли, но преградили путь его лучам к призме бледным язычком пламени спиртовки. И натрий ответил: да, это так! Пары натрия в пламени спиртовки поглотили двойную желтую линию, посланную парами натрия из кристаллика поваренной соли, и на спектре возникла двойная черная линия.

Но если в спектре Солнца есть та же двойная черная линия, то не означает ли это, что на Солнце происходит то же самое?

И они направили на призму спектроскопа одновременно два луча — луч Солнца и луч от пламени спиртовки. На шкале спектроскопа появилась все та же двойная черная линия. Тогда Кирхгоф и Бунзен поставили на пути солнечного луча непрозрачный экран — и на шкале, на месте двойной темной линии, засветилась ярко-желтая…

Итак, ответы, полученные от природы, были такими:

двойная линия принадлежит натрию;

на Солнце есть натрий;

фраунгоферовы линии образуются раскаленными парами элементов, находящихся на Солнце.

Но на основании этих трех ответов Кирхгоф и Бунзен сумели найти еще и четвертый, самый важный: у каждого элемента есть в спектре свой, индивидуальный набор линий.

Эта работа — в виде коротенькой заметки, всего две страницы — была обнародована в 1859 году.

А уже через год начались триумфальные открытия новых элементов с помощью спектроскопа.

Спектральный анализ оказался замечательным методом исследований мира веществ, он вел от одного открытия к другому.

Но почему?

Не потому ли, что, не ведая того, люди проникли в заповедные глубины вещества?

И еще вопрос: если спектры могут служить визитными карточками элементов, атомов одного и того же сорта, то откуда их сложность, откуда эти многочисленные полосы?

Сложные спектры намекали на то, что атомы устроены далеко не просто; даже у самого легкого атома — водорода — в спектре оказались четыре темные полоски.

Но расшифровывать иероглифы спектральных линий еще никто не умел.

В 1885 году швейцарский учитель Йогам Бальмер заметил, что четыре линии водородного спектра расположены не как попало, а в определенной математической последовательности. И предсказал, что должны быть еще и другие линии, и вычислил, где именно — в видимой и в невидимом части спектра.

Эти дополнительные линии действительно нашлись.

В строгом порядке линий, свойственных спектрам элементов, угадывался смысл. И хотя никому не удавалось перевести его на человеческий язык, стало ясно, что атом не сплошной однородный шарик, каким он представлялся со времен Демокрита.

Электрон свидетельствовал о том же самом.

Есть ли связь между темными полосками спектров и электронами атомов? И если есть, то какая?

Знания, накопленные к 1896 году учеными, но позволяли получить ответ на вопрос о строении атома. Но они свидетельствовали о том, что какое-то строение у атома есть.

Надо было искать новые факты. И никто, конечно, не предполагал, что до их открытия оставались считанные дни.

Глава третья,

в которой элементы начинают превращаться друг в друга

В конце 1895 года пятидесятилетний профессор Вюрцбургского университета Вильгельм Конрад Рентген, занявшись катодными лучами, с которыми уже лет двадцать работали десятки исследователей, обнаружил еще одни невидимые лучи. Они появлялись в круксовой трубке — в том месте, куда ударялись катодные лучи, представлявшие собой, как объяснил Томсон, поток электронов.

Если поток электронов врезался в анод, то новые невидимые лучи расходились от светящегося анода. Если поток электронов отклоняли магнитом и он врезался в стекло трубки, то новые невидимые лучи расходились на светящегося пятна на стекле.

Сперва Рентген думал, что это те же катодные лучи, только изменившие свое направление. Но ничего подобного: они совершенно не отклонялись магнитом! И к тому же проходили через непрозрачные предметы. И к тому же, оставаясь невидимыми, засвечивали фотографические пластинки. Рентген сфотографировал руки своей жены и гирьки, помещенные в закрытую деревянную коробку. Эти фотографии — первые в мире рентгеновские снимки — вместе с отпечатанной десятистраничной брошюрой "О новом роде лучей" он послал наиболее авторитетным физикам.

Один из конвертов прибыл в Париж, и его содержимое было оглашено на первом же заседании Французской академии наук в январе 1896 года.

На этом заседании среди других французских ученых присутствовал профессор Антуан Анри Беккерель — сын профессора Эдмона Беккереля и внук профессора Антуана Сезара Беккереля, занимавшихся всю жизнь изучением фосфоресценции — свечения разных веществ. Эти исследования продолжал и Анри Беккерель — быть может, единственный случай, когда три поколения в семье изучали одно и то же явление природы.

Беккереля, конечно, заинтересовала связь рентгеновых лучей с фосфоресценцией. Если они появляются в фосфоресцирующем пятне, то не может ли давать такие же лучи и какое-нибудь самосветящееся вещество? Такой вопрос возник совершенно естественно, и Анри Беккерель взялся за опыты, которые должны были на него ответить.

Опыты были очень простыми. Он брал способное к фосфоресценции вещество, освещал его солнечными лучами, а потом клал на фотографическую пластинку, завернутую в черную бумагу. Для рентгеновых лучей черная бумага не была преградой, и если бы они возникли, пластинка непременно оказалась бы засвеченной.

Одно за другим ложились на черную бумагу разные вещества, а пластинки ничего не регистрировали. Наверное, другой исследователь уже не раз бы махнул рукой на это дело. А Беккерель продолжал опыт. И в одни прекрасный день, зафиксировав очередную неудачу, он достал очередное вещество — двойную сернокислую соль калия и урана, — положил его на завернутую в черную бумагу фотопластинку, открыл окно, чтобы ультрафиолетовые лучи попали на препарат, а потом закрыл окно и пошел в фотолабораторию проявить пластинку…