Текст книги "Солнечное вещество (сборник)"

Автор книги: Матвей Бронштейн

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 12 страниц) [доступный отрывок для чтения: 6 страниц]

Почему Менделеев не верил в гелий?

Открытие гелия было встречено учёными с тем же недоверием, с каким когда-то астрономы отнеслись к утверждению Бэйли о существовании солнечных выступов. Многие серьёзные физики и химики не сразу поверили в гелий, потому что выводы Жансена и Локайера показались им недостаточно обоснованными.

В 1889 году, то есть через двадцать лет после открытия в спектре солнечных выступов жёлтой линии, знаменитый русский химик Менделеев читал в Лондоне лекцию о своих работах. В этой лекции он с негодованием отозвался о «воображаемом гелии».

«Опыт ясно показывает, – сказал Менделеев, – изменчивость напряжённости 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».

Менделеев ошибся. Не прошло и десяти лет, как он был вынужден не только поверить в гелий, но и посвятить ему целую главу в новом издании своего учебника «Основы химии».

Но в одном Менделеев был всё-таки прав: нельзя полагаться всецело на линии спектра. Они могут обмануть, потому что одни и те же вещества дают иногда разные спектральные линии в зависимости от того, находятся ли они на Земле или в составе небесных светил. Это всего лучше доказывает судьба трёх мнимых веществ: небулия, корония и геокорония. История небулия такова. В спектре туманностей нашей звёздной системы астрономы заметили две линии – так называемые линии N₁ и N₂, —происхождение которых они никак не могли объяснить. Поэтому у них возникла мысль, что в туманностях есть какое-то неизвестное вещество, которое и даёт эти линии.

Вещество получило имя «небулий» (от латинского слова nebula – туманность).

История корония и геокорония похожа на историю небулия. В спектре солнечной короны астрономы отыскали зелёную линию, так называемую линию 5303,3, которая тоже не принадлежала ни одному из известных земных веществ. А в спектре полярного сияния физики нашли другую зелёную линию – так называемую линию 5577. Астроном Секки сделал вывод, что в солнечной короне (в самом верхнем разреженном слое солнечной атмосферы) существует неизвестный газ «короний», а геофизик Вегенер пришёл к заключению, что в самом верхнем слое земной атмосферы – там, где происходят полярные сияния, – есть другой неизвестный газ – «геокороний».

Казалось, таким образом, что спектральный анализ открыл в туманностях, в солнечной короне и в верхнем слое земной атмосферы три новых вещества: небулий, короний, геокороний.

Оставалось только открыть эти вещества и на Земле. Но увы! их так и не открыли.

Можно даже сказать: на Земле их не открыли, а «закрыли».

В 1927 году физик Боуэн неопровержимо доказал, что линии N₁ и N₂ принадлежат не какому-то таинственному «небулию», а самому обыкновенному кислороду. Дело в том, что в туманностях кислород находится в особенных условиях – не в таких, как на Земле. Каковы же эти условия? Прежде всего в туманностях кислород очень сильно разрежен (в наших лабораториях его не смог бы разредить до такой степени даже самый могучий воздушный насос). Кроме того, в туманностях сквозь разреженный кислород проходит интенсивный поток ультрафиолетовых лучей, возбуждающих его свечение.

Эти условия совсем не похожи на те, в которых находится кислород, светящийся в спектроскопических трубочках наших лабораторий. Поэтому и спектры получаются разные. Это-то обстоятельство и ввело неосторожных астрономов в заблуждение.

При первом же ближайшем знакомстве загадочный небулий оказался просто-напросто кислородом.

Точь-в-точь та же судьба постигла и короний с геокоронием: физик Гротриан доказал, что линию «корония» тоже испускает кислород, а физики Мак Леннан и Шрем обнаружили, что и линию «геокорония» испускает кислород.

Теперь уже никто из учёных не верит в небулий, короний и геокороний.

Таким образом, возражения Менделеева имели вполне серьёзные основания: открытие новой спектральной линии ещё не доказывает существования нового вещества. Жансен и Локайер были, пожалуй, немного поспешны в своих выводах. И всё же, несмотря на это, оказались правы они, а не Менделеев: в наше время уже нет сомнений, что жёлтая линия D₃ действительно принадлежит гелию – веществу, которого не знали химики до Жансена и Локайера. Гелий, найденный на Земле, даёт в спектроскопической трубочке ту же линию D₃, которую обнаружил Жансен в спектре солнечных выступов.

Записная книжка Рэмзэя

Сохранилась записная книжка Рэмзэя, по которой можно точно и последовательно восстановить всю историю открытия гелия в клевеите.

Страничка из записной книжки Рэмзэя

Во время опытов получил телеграмму от Крукса: «Криптон – гелий, 58749, приезжайте – увидите». Поехал и увидел. Послал телеграмму Вертело: «Институт, Париж. газ, добытый мною из клевеита, – смесь аргона и гелия. Крукс установил тождество спектров. Сделайте сообщение в академии в понедельник. Рэмзэй».

Письмо от Майерса, которое побудило Рэмзэя заняться клевеитом, он получил в пятницу 1 февраля 1895 года. Весь этот день и два последующих он был занят тем, что исправлял и переписывал на машинке большую статью об открытии аргона, написанную им для Королевского общества. Об этом мы узнаём из записной книжки. Следующая запись гласит:

«Ничего особенного не сделал до пятницы 15-го февраля».

В дальнейших записях говорится об очистке аргона для точного измерения его плотности, об устройстве прибора для измерения его теплоёмкости и о первых опытах с этим прибором. Первые порции гелия были добыты из клевеита, по-видимому, 9-го или 10-го марта (точная дата в книжке не обозначена). Вот что пишет об этом Рэмзэй:

«Было куплено около грамма клевеита на 3 шиллинга 6 пенсов (у Грегори, Фитц Рой Сквер, дом № 88). Мэтьюз кипятил его в разбавленной серной кислоте и добыл немного газа».

Дальше есть такая запись:

«Круксу послана первая порция в субботу 16-го марта, но всю эту неделю он был очень занят и не мог рассмотреть спектр».

Утром 23-го марта Рэмзэй, не дождавшись ответа от Крукса, сам принялся за изучение спектра нового газа. Телеграмма пришла в тот же день. Запись в книжке гласит:

«Во время опытов получил телеграмму от Крукса: „Криптон это гелий, 58749[22]22
  Жёлтая линия D₃ называется также линией 58749.


[Закрыть], приезжайте – увидите“. Поехал и увидел».

Сообщение Королевскому обществу Рэмзэй написал вечером того же дня.

Лучи икс

Первая весть

В январе 1896 года весь земной шар облетело странное известие.

Какому-то немецкому учёному удалось открыть неведомые дотоле лучи, обладающие загадочными свойствами.

Первое загадочное свойство лучей – они невидимы. Сколько бы вы ни напрягали зрение, разглядеть их невозможно. Они никак не окрашены, – цве́та у них нет.

Второе удивительное свойство – они проходят сквозь плотный картон, сквозь алюминий, сквозь толстые доски, сквозь оловянную бумагу. Непрозрачное для них прозрачно. От них не скроешься за деревянной стеной, за дверью. Деревянная дверь пропускает их, как стеклянная.

И третье свойство лучей – везде, куда бы они ни попали, к чему бы ни прикоснулись, они производят необычайное действие. Кристаллы многих веществ – платино-цианистого бария, виллемита, сернистого цинка – внезапно вспыхивают ярким светом, чуть только на них упадут невидимые лучи. Под действием невидимых лучей мгновенно чернеет фотографическая пластинка. И самый воздух чудесно меняется, когда его пронизывают невидимые лучи: он приобретает новое свойство – способность пропускать электрический ток.

Газеты, напечатавшие известие о лучах, только вскользь упомянули имя человека, который совершил необыкновенное открытие: Вильгельм Конрад Рентген.

Впрочем, это имя мало что говорило читающей публике: немногие знали, кто такой этот Рентген. Да не все и поверили газетному известию, – лучи, да ещё и невидимые, да ещё и сквозь стенки проходят, – мало ли что пишут в газетах!

Осторожный учёный

Вильгельм Конрад Рентген был профессором физики в баварском городишке Вюрцбурге.

Застенчивый профессор, тихим голосом читающий свои лекции с кафедры старинного университета, был мало известен даже в своём собственном городе. Зато его хорошо знали учёные всего мира.

Во всех двадцати пяти германских университетах не было учёного, который работал бы добросовестнее, тщательнее, осторожнее, чем физик Рентген. Множество явлений изучил он в своей лаборатории, много произвёл точнейших измерений. Но далеко не обо всех своих работах, не обо всех своих опытах и открытиях сообщал Рентген в научные журналы. У него было строгое правило: он печатал статью о проделанных опытах только тогда, когда был окончательно убеждён в их верности и точности. Если оставалось хоть малейшее сомнение в правильности опыта, осторожный учёный ничего о нём не писал.

Рентген остерегался скороспелых гипотез, поспешных догадок, фантастических предположений. Он доверялся только опыту.

«Опыт – высший судья, – говорил Рентген. – Только опыт решает судьбу гипотезы, только опыт даёт нам возможность узнать, следует ли сохранить гипотезу или нужно её отвергнуть. В этом-то и заключается главная сила физики: исследователь природы может быть совершенно уверен в себе, потому что у него всегда есть возможность проверить на опыте все свои предположения, все свои догадки. И если опыт не подтвердит догадку, значит, она не верна, как бы ни была она заманчива и остроумна».

Вильгельм Конрад Рентген

В 1895 году Вильгельм Конрад Рентген принялся изучать, как течёт электрический ток сквозь разреженные газы.

Учёные исследовали это явление и до Рентгена. Немецкие физики Гольдштейн и Гитторф задолго до Рентгена пропускали электрический ток сквозь воздух, разреженный сильным воздушным насосом. Они построили специальные приборы, чтобы изучать этот ток, проделали первые опыты. Но многое ещё оставалось неясным. Знаменитый физик Генрих Герц – тот самый Герц, который открыл в эфире радиоволны, – утверждал, что электрический ток, текущий сквозь разреженный газ, это тоже волны в эфире, колебания, похожие на колебания звука. Другую догадку высказал англичанин Крукс. Он говорил, что электрический ток в разреженном газе – это вовсе не эфирные волны, а потоки мельчайших, невидимых глазу частиц – электронов. С чудовищной скоростью – десятки тысяч километров в секунду – летят они сквозь разреженный газ.

Мнения учёных разделились. Одни считали, что прав Генрих Герц, другие – что прав Вильям Крукс. И только недоверчивый Рентген не участвовал в этом споре. Он не был ни на стороне Герца, ни на стороне Крукса.

Он упорно воздерживался от каких бы то ни было предположений и догадок: он утверждал, что для них ещё не наступило время и что нужно проделать как можно больше опытов, накопить как можно больше достоверных фактов. В 1895 году, в последних числах октября, Рентген собрал у себя в лаборатории все нужные материалы и приборы и приступил к опытам.

Начало опытов

Рентген взял стеклянный шар с двумя впаянными внутрь металлическими пластинками. К обеим пластинкам было приделано по проволочке. Концы проволочек торчали наружу сквозь стеклянную стенку шара.

Затем Рентген взял сильный воздушный насос и принялся выкачивать из шара воздух. Воздух уходил прочь, и его оставалось всё меньше и меньше. Когда в шаре осталась одна миллионная часть всего воздуха, Рентген перестал выкачивать воздух и запаял шар.

Прибор для пропускания электрического тока сквозь разреженный газ был готов.

Теперь сто́ит только соединить концы проволочек, выходящих из шара, с полюсами машины, подающей электрическое напряжение, – и ток потечёт внутрь шара, сквозь разреженный воздух, от одной металлической пластинки до другой.

Машина, дающая сильный электрический ток, у Рентгена была. Это была индукционная катушка – прибор, изобретённый в середине XIX столетия парижским механиком Румкорфом. С виду этот прибор похож на катушку с нитками, но только он гораздо больше обыкновенной катушки, и вместо ниток на него намотана проволока: десятки тысяч витков тончайшего электрического провода, покрытого надёжной изоляцией.

Катушка Румкорфа

Катушка Румкорфа внутри не пустая. В неё вставлена другая катушка – несколько сот витков проволоки, и уже не тонкой, а толстой. Две обмотки – наружная и внутренняя – предназначаются для того, чтобы повышать напряжение электрического тока. Если во внутреннюю обмотку впустить переменный, прерывистый электрический ток, то и по наружной обмотке потечёт прерывистый ток, но напряжение его будет уже гораздо больше – в десятки, в сотни раз больше! Катушка Румкорфа – это преобразователь электрического тока: токи низкого напряжения она преобразует, превращает в токи высокого напряжения. С помощью катушки Румкорфа можно создавать мощные электрические разряды, электрические искры.

Индукционная катушка, которая была у Рентгена, давала электрические искры длиной в десять-пятнадцать сантиметров.

Её-то он и соединил с концами проволочек своего стеклянного шара. Послышался сильный и частый треск – это в катушке Румкорфа задрожал молоточек, размыкающий и замыкающий прерывистый ток во внутренней обмотке. И сейчас же по всем виткам наружной обмотки пробежал другой ток – ток высокого напряжения. Он устремился по проволочкам в стеклянный шар и проложил себе дорогу сквозь разреженный воздух. Он тёк от одной металлической пластинки до другой, и вот на стеклянных стенках шара вспыхнуло слабое зеленоватое сияние. Так начались опыты Рентгена.

Неожиданная находка

А через несколько дней, 8 ноября 1895 года, Рентген обнаружил замечательное явление.

Случилось это так.

Был вечер. Ассистенты, целый день трудившиеся над своими измерениями, усталые разошлись по домам. Ушёл и старик служитель. Рентген остался в лаборатории один. Он собирался работать до поздней ночи. Трещал молоточек индукционной катушки, зеленовато-жёлтый свет струился от стенок стеклянного баллона. Это был уже не первый баллон, не тот стеклянный шар, с которым Рентген начал свои опыты. В течение последней недели он изготовил несколько стеклянных баллонов, и все они были разные. Одни имели форму шара, другие – форму груши, третьи были узкими и длинными стеклянными трубками. В одних баллонах был разреженный воздух, в других – разреженный азот, водород, кислород. Но в каждый баллон – и в шар, и в трубку, и в грушу, и в баллон с кислородом, и в баллон с азотом – были одинаково впаяны металлические пластинки, и изо всех баллонов торчали наружу тонкие проволочки.

Баллоны с разреженным газом (Разрядные трубки), которыми пользовался Рентген.

В этот вечер Рентген занимался тем, что по очереди придвигал свои баллоны к индукционной катушке и пропускал сквозь них электрический ток. Он хотел выяснить, как отражается на электрическом токе степень разреженности газа, форма баллона, форма и расположение металлических пластинок.

Результаты своих наблюдений Рентген аккуратно вносил в лабораторный дневник.

Часы пробили одиннадцать. Рентгена клонило ко сну. Он накрыл свой последний баллон плотным картонным футляром. Оставалось только разомкнуть ток в индукционной катушке, погасить свет и уйти. Но по рассеянности Рентген позабыл выключить катушку. Он погасил свет и уже направился к дверям, когда треск молоточка вывел его из задумчивости. Рентген вернулся, и вот тут-то его глазам представилось удивительное зрелище.

На столе, – не на том столе, где стоял стеклянный баллон, а на соседнем, – мерцало странное сияние. Тусклым зеленовато-жёлтым огнём горел какой-то маленький предмет. Рентген в темноте направился к столу, чтобы посмотреть, в чём там дело.

Оказалось – это светится кусочек бумаги. Бумага была не простая: она была покрыта с одной стороны толстым слоем платино-цианистого бария. Это вещество имеет обыкновение светиться, если на него упадут солнечные лучи. Но ведь на дворе ночь, в комнате полная тьма. Почему же светится платино-цианистый барий?

В полной тьме Рентген нащупал рубильник и разомкнул ток.

Бумага, которую он держал в руке, сейчас же перестала светиться.

Он снова включил ток. Бумага засверкала снова. Снова выключил. И бумага опять погасла. Рентген уже и не думал уходить из лаборатории.

Ночь без сна

Рентген решил исследовать непонятное явление.

Что заставляет бумагу светиться? Индукционная ли катушка, по обмотке которой бежит электрический ток, или стеклянный баллон, в котором тот же самый ток проходит сквозь разреженный газ? Для проверки Рентген решил убрать баллон и соединить катушку с чем-нибудь другим – ну хотя бы с двумя металлическими шариками, которыми пользуются в лаборатории для изучения электрических искр. Так он и сделал. Опять затрещал молоточек, и снова побежал по катушке ток, но теперь уж он не уходил в баллон с разреженным газом, а проскакивал электрической искрой между металлическими шариками.

Рентген посмотрел на бумагу с платино-цианистым барием. Бумага как бумага. Никакого сияния.

Тогда он снова соединил катушку с баллоном, и бумага вспыхнула снова.

Сомнений больше не оставалось. Индукционная катушка тут ни при чём. Она одна не в силах заставить бумагу светиться. Всё дело в разреженном воздухе: когда сквозь разреженный воздух проходит электрический ток, – тогда-то и светится платино-цианистый барий.

Значит, под действием тока стеклянный баллон с разреженным газом приобретает какую-то особую, таинственную силу.

Что же это за невидимая сила, проходящая не только сквозь стеклянные стенки баллона, но и сквозь картонный футляр, прикрывающий этот баллон?

Всю ночь с 8-го на 9-е ноября 1895 года Рентген провёл без сна у себя в лаборатории.

Лучи икс

Рентген решил назвать неизвестную, вновь открытую им силу «лучами икс». Икс – это латинская буква. В алгебре этой буквой принято обозначать неизвестные величины.

И в самом деле, обнаруженная Рентгеном сила была совершенно неизвестной величиной.

Много ли знал о ней сам Рентген?

Всего только три вещи: он знал, что для того, чтобы вызвать её, нужно сквозь баллон с разреженным газом пропустить электрический ток.

Ещё он знал, что эта сила заставляет платино-цианистый барий светиться.

И ещё он знал, что она свободно проходит сквозь картон: ведь платино-цианистый барий был отделён от баллона картонным футляром, и всё-таки лучи икс, испускаемые баллоном, достигли бумаги.

Вот и всё, что Рентген знал о лучах икс. И он решил продолжать свои опыты до тех пор, пока неизвестная сила не превратится в известную.

Новые опыты

Наступили беспокойные для Рентгена дни. Он всё ещё не был уверен в том, что его наблюдения верны. А что, если всё это ему только показалось? Что, если он поддался оптическому обману, самовнушению? Действительно ли лучи икс существуют?

Долгое время Рентген, по своему обыкновению, никому не рассказывал о неожиданном открытии. Его близкий друг, профессор зоологии Бовери, впоследствии вспоминал, что в ноябре 1895 года Рентген как-то вскользь сказал ему:

«Кажется, я сделал интересное открытие, но нужно ещё проверить правильность моих наблюдений».

А своим ассистентам Рентген не сказал даже и этого.

Он запирался один в своей лаборатории и с самого раннего утра до позднего вечера ставил опыт за опытом. Иногда он и ночи проводил за работой, только изредка урывая часок-другой для сна. После достопамятной ночи с 8-го на 9-е ноября у него в лаборатории появилась складная походная койка.

Окна в лаборатории он завесил тяжёлыми тёмными шторами, опасаясь, что дневной свет может помешать ему увидеть слабое зелёно-жёлтое свечение платино-цианистого бария.

Рентген изучал действие загадочных лучей.

Он прикрыл свою светящуюся бумажку толстой книгой, в которой было больше тысячи страниц.

Бумажка продолжала светиться.

Значит, икс-лучи проникают не только через тонкий картон, но и через толстый слой бумаги, через книгу в тысячу страниц.

Рентген заменил книгу колодой карт. Икс-лучи победили и колоду. Тогда Рентген поставил между бумажкой и баллоном две колоды сразу. Лучи взяли и это препятствие: бумажка по-прежнему светилась, хотя и не так сильно, как раньше.

Множество веществ испытал Рентген. Он испробовал еловую доску толщиной в полтора дюйма, эбонитовую пластинку, лист оловянной бумаги.

Икс-лучи прошли и через доску, и через эбонит, и через оловянную бумагу.

И только тридцать листов этой оловянной бумаги, сложенных вместе, оказались для икс-лучей труднопреодолимой преградой: свечение платино-цианистого бария почти совсем померкло.

Значит, заключил Рентген, икс-лучи застряли в олове. Только ничтожная часть их прошла олово насквозь и достигла платино-цианистого бария, а все остальные поглощены оловом.

Рентген испытал и другие металлы: медь, серебро, золото, свинец. Оказалось, что через тонкие слои металлов икс-лучи проходят свободно, а через толстые слои проходит только их ничтожная часть.

Вывод был ясен: все вещества проницаемы для икс-лучей, но только в различной степени. Бумага, дерево, эбонит прозрачны для них, как для солнечных лучей стекло. А толстые слои металлов почти непроницаемы.

Убедившись в этом, Рентген решил усложнить свой опыт: взять какой-нибудь предмет, в котором были два вещества сразу: и проницаемое для икс-лучей и поглощающее их. Ну, хотя бы дерево и металл.

Для опыта он выбрал деревянную шкатулку, в которой хранился целый набор латунных гирек. Рентген поставил шкатулку на пути икс-лучей.

Справятся ли лучи и с этой преградой?

Справились. Зелёно-жёлтый свет немедленно вспыхнул. Икс-лучи прошли через шкатулку также, как они только что прошли через картон и еловую доску.

Но в зелёно-жёлтой полосе светящегося бария Рентген разглядел какие-то тёмные пятна. Вглядевшись повнимательнее, он отчётливо разобрал очертания пятен.

Пятна имели форму латунных гирек. Это была тень латунных гирек, спрятанных в деревянной шкатулке.