Текст книги "Рождение миров"
Автор книги: Михаил Ивановский
сообщить о нарушении
Текущая страница: 10 (всего у книги 25 страниц)
Урановые часы
Ученые продолжали свои поиски.
Превращение урана, актиноурана и тория протекает по-разному, но заканчивается одинаково – образованием свинца. Этот последней отпрыск трех семейств радиоактивных элементов устойчив и дальше не распадается. По своим химическим свойствам все три разновидности свинца – урановый, актиниевый и ториевый – друг от друга не отличаются. Но все же они не одинаковы, а разнятся атомным весом. Урановый свинец имеет атомный вес – 206, актиниевый – 207 и ториевый – 208. Это их «фамильная» особенность.
Поэтому, обнаружив в какой-либо горной породе присутствие свинца, по его атомному весу можно определить из какого семейства он произошел.
И вот эта-то особенность свинца привела ученых к важному открытию.
Физики изучают распад радиоактивных элементов уже свыше полувека. Доказано, что ни высокая температура, ни большое давление и никакие другие условия, возможные на Земле, не могут ускорить или замедлить распад радиоактивных элементов.
В земных условиях атомы радиоактивных элементов распадаются с одинаковой скоростью. И скорость радиоактивного распада известна.
В 1902 году П. Кюри посоветовал геологам взять кусок какой-либо горной породы, содержащей уран, тщательно исследовать его химический состав и определить, сколько в нем сохранилось урана и сколько накопилось свинца.
Очевидно, когда-то, очень давно, в этой породе совсем не было уранового свинца.
Но прошел миллиард лет, и от каждого грамма урана осталось 0,863 грамма, и одновременно образовалось 0,116 грамма свинца.
Затем минул еще миллиард лет. Урана уцелело 0,747 грамма, а свинца накопилось 0,204 грамма.
В конце третьего миллиарда лет урана сохранилось 0,646 грамма, а свинца стало 0,306 грамма. (Недостающие 0,048 грамма составляют массу той порции гелия, которая выделилась при радиоактивном распаде, и массу, израсходованную ураном на излучение).
С каждым миллиардом лет урана на Земле становится все меньше и меньше, а количество уранового свинца соответственно увеличивается.
Следовательно, радиоактивные элементы, указывал П. Кюри, могут послужить превосходными геологическими часами. Они равномерно отсчитывают время в течение многих миллиардов лет. Надо только правильно истолковать их показания.
Ученые незамедлили воспользоваться замечательными часами природы.
Из всех горных пород, какие только найдены до сих пор учеными, самыми древними являются некоторые породы, например, канадские граниты. Чтобы накопилось то количество уранового свинца, какое обнаружено в этих минералах, должно было пройти около 1850 миллионов лет.
Тогда – почти два миллиарда лет назад – через какую-то расщелину в земной коре из глубины на поверхность вытекла расплавленная магма.
На Земле, в отдельных местах, и сейчас существуют очаги огненно-жидкой магмы. Над такими очагами образуются огнедышащие горы-вулканы или даже лавовые озера, в которых бурлят и пузырятся расплавленные минералы.
Пока горные породы находятся в огненно-жидком состоянии, они непрерывно перемешиваются. Из них выделяются пары и газы. Они не оставляют лаву в покое, и, следовательно, свинец, образующийся из урана, неминуемо разлучается со своим «родителем».
Но как только изверженная лава начнет окаменевать, свинец уже не может покидать места своего рождения. Он остается рядом с ураном. В охлажденной изверженной породе начинается накопление свинца.
Так руды, содержащие уран, становятся геологическими часами.
1850 миллионов лет – это не возраст Земли и даже не возраст земной коры. Это только возраст древних гранитов, и он указывает геологам на то, что земная кора не может быть моложе 1850 миллионов лет.
Ученые продолжали свои исследования и стали определять возраст Земли не только по урану, но и по актиноурану и торию; сопоставляли количество актиниевого свинца с урановым и ториевым; совершенствовали приемы определения малых количеств свинца и гелия.
Так к концу 1948 года геологи и астрономы пришли почти к единогласному решению, что наш земной шар возник примерно три с половиной или четыре миллиарда лет тому назад.
Возраст Земли, который установили геофизики, совпал с возрастом Луны, который определили астрономы.
Важный, многозначительный вывод.
Два различных исследования привели к одному и тому же результату. Это подтверждает его безусловную правильность.
«Взвешивание» солнечного света
В первые десятилетия нашего века физики одержали несколько крупных побед. Они научились в своих лабораториях создавать искусственные радиоактивные элементы, раскалывать атомы, один элемент превращать в другой и освобождать энергию, скрытую в недрах атомов.
Эти успехи убедили всех здравомыслящих ученых, что свет, излучение является только одной из форм проявления движущейся материи. Свет, теплота, так же как и всякий иной вид материи, обладают совершенно определенной массой. Так же как различные виды энергии могут переходить друг в друга, так и вещество может преобразоваться в излучение, а излучение – в вещество.
В недрах Солнца, где царит жара в несколько миллионов градусов, а давление достигает миллиардов атмосфер, происходит выделение энергии, скрытой в ядрах атомов.
Вещество в солнечных недрах преобразуется в свет, теплоту, в излучение. Какое или какие именно вещества служат на Солнце атомным «топливом» – еще окончательно неизвестно. Но энергия Солнца – атомная энергия.
Тогда ученые поняли, что можно «взвесить» солнечный свет, то есть определить сколько вещества тратится на Солнце для поддержания его излучения.
Солнце расходует ежеминутно 546,1·1022 килокалорий.
Каждая калория составляет 4,67·1011 грамма массы. Следовательно, Солнце теряет в минуту в виде излучения 254,8 миллиона тонн своего вещества. Но это расход одной минуты. В сутках 1440 минут. Значит каждый раз, когда восходит Солнце, мы видим его уменьшившимся на 367 миллиардов тонн.
Чудовищно огромное число.
Солнце тратит на излучение ежесекундно количество вещества, равное пяти самым большим египетским пирамидам.
Вещества, которое составляет Уральский хребет, хватило бы Солнцу на несколько недель. Однако такой расход вещества только кажется нам огромным. Он велик по нашим земным масштабам.
Зачерпнув из Ладожского озера кружку воды, не следует думать, что озеро от этого обмелеет. Не «худеет» и Солнце, теряя в сутки по 367 миллиардов тонн.
За время существования Земли, то есть за 3,5 миллиарда лет, Солнце истратило на излучение всего лишь одну четырехтысячную долю своей массы.
Столь незначительная убыль не могла изменить температуру и светимость Солнца.
Замедление вращения Солнца
Академик Г. А. Шайн доказал, что звезды вращаются и скорость их вращения можно измерить. При этом Г. А. Шайн установил, что все горячие белые и голубоватые звезды вращаются гораздо быстрее Солнца.
Каждая точка на солнечном экваторе пробегает в секунду всего лишь около двух километров, а на одном из наших соседей – звезде Альтаир из созвездия Орла – экваториальная скорость достигает 200 километров в секунду. Альтаир вращается в 100 раз быстрее Солнца. Есть еще более горячие голубоватые звезды – они вращаются так, что каждая точка на их экваторе пробегает до 400 километров в секунду!
Невольно напрашивается вывод, что наше Солнце, когда оно было моложе, тоже вращалось очень быстро.
Иначе говоря, распределение момента количества движения между планетами и Солнцем тоже было иное.
Ленинградский астроном профессор В. А. Крат нашел причину, почему горячие звезды вращаются быстрей Солнца. Они массивнее к, может быть, немного моложе Солнца. С возрастом они теряют массу и приобретают важную медлительность.
В. А. Крат доказал, что у Солнца и у солнцеподобных звезд, кроме излучения света, есть еще одна статья расхода: они выбрасывают в пространство частицы своего вещества – отдельные атомы и осколки атомов, условно называемые корпускулами. Выброс частичек в пространство стал называться корпускулярным излучением.
Частицы, извергнутые Солнцем, разлетаются во все стороны. Потоки корпускулярного излучения нередко достигают Земли, и мы видим их действие: над полюсами полыхают полярные сияния, нарушается нормальная работа компасов и других магнитных приборов, прерывается на время радиосвязь.
Как велика потеря Солнца на корпускулярное излучение в точности неизвестно. Она, повидимому, невелика – не больше того, что уносит излучение света. Но в прошлом она могла быть очень чувствительна для Солнца. Чем горячей звезда, тем больше она расходует вещества на разные виды излучения.
В прошлом, когда Солнце было массивной и очень яркой молодой звездой, этот выброс частичек имел характер грандиозного истечения газа из звезды.
Член-корреспондент Академии наук СССР В. А. Амбарцумян, профессор Б. А. Воронцов-Вельяминов определили, что есть звезды, которые за один месяц теряют вещества больше, чем современное Солнце за 10 миллионов лет.
Свет и корпускулярное излучение уносят с собой часть массы звезд. Вместе с утраченной массой уходит и момент количества движения. Звезды замедляют свое вращение.
Ведь и потоки света и корпускулярное излучение вырываются из наружных слоев Солнца и звезд, а наружные слои вращаются гораздо быстрее внутренних. Они несут больший момент количества движения. Поэтому даже небольшая потеря массы из внешних слоев Солнца сильно сказывается на скорости его вращения.
Нет ничего удивительного, что планеты сохранили свой момент количества движения; они не светятся, не излучают, не теряют вещество, их запас количества движения остается неприкосновенным. Солнце же растрачивает его, и соотношение изменяется в пользу планет.
Это исследование В. А. Крата опровергло одно из самых серьезных возражений против гипотезы Лапласа. Он объяснил странное распределение момента количества движения между Солнцем и планетами. Но спасти гипотезу это уже не могло.
Водородное «отопление» Солнца
Что же все-таки питает Солнце? Там несомненно происходят превращения одних химических элементов в другие. Но какие именно? Распад тяжелых элементов – урана, радия, тория – мало вероятен. Их на Солнце мало. Незаметно и признаков такого распада.
Ученые, стремившиеся проникнуть в тайну солнечной кочегарки, сделали противоположное предположение. Атомы на Солнце не распадаются, а, наоборот, создаются. В недрах Солнца, где царит температура в миллионы градусов и давление в миллиарды атмосфер, происходит «упаковка» атомов, там из легких веществ образуются более тяжелые элементы. При таких превращениях в некоторых случаях выделяется большое количество энергии.
В своих лабораториях физики выполняют много подобных превращений.
Еще в 1919 году удалось «столкнуть лбами» атом азота с ядром атома гелия, и в результате получился атом кислорода и ядро атома водорода. Из алюминия таким же путем был приготовлен кремний, из бериллия – углерод.
За 20 лет напряженной работы физиков всех стран к 1939 году, было найдено 600 различных реакций между ядрами атомов. Сейчас таких реакций известно гораздо больше. Возникла новая отрасль науки – ядерная физика, которая изучает превращения элементов.
Физики научились не только переделывать атомы, существующие в готовом виде, но и создавать новые. К 1951 году в лабораториях получили десять новых химических элементов, которых до этого не было среди минералов земной коры.
При ядерных реакциях выделяется энергии в тысячи и сотни тысяч раз больше, чем при обычных химических реакциях. Например, при превращении одного грамма алюминия в кремний выделяется энергии в 700 тысяч раз больше, чем при сгорании одного грамма угля.
И ученые пришли к согласному решению, что в недрах Солнца происходит слияние атомов – из нескольких легких атомов образуется один, но более тяжелый атом. Оставалось проверить это предположение и найти – какие именно химические элементы участвуют в этих превращениях.
Если в каком-либо помещении окажется много мешков с мукой, то можно подумать, что там либо мельница, либо пекарня, то есть на этом предприятии или муку мелют, или из нее пекут хлеб.
Примерно в таком же положении оказались астрономы, когда с помощью спектроскопа заглянули на Солнце. Там обнаружено поразительно много водорода и гелия. В атмосфере Солнца почти 82 % объема занимает водород, а остальные 18 % – гелий. На долю остальных элементов приходятся сотые доли процента.
Возможно, что недра Солнца более богаты тяжелыми элементами, но все же водород и гелий на Солнце преобладают. Тоже самое наблюдается и на звездах. Эти газы, видимо, самые главные строительные материалы в мире звезд.
И очень может быть, что один из этих газов является «топливом», а другой «золой» или «дымом».
Опыты, поставленные в лабораториях, показали, что атомы водорода могут сливаться друг с другом и образовывать атомы гелия. При этом выделяется 162 миллиона килокалорий на каждый грамм израсходованного водорода или в 20 миллионов раз больше, чем дает грамм горящего угля.
По предположению ученых, в недрах Солнца царит жара в 20 миллионов градусов. При такой температуре атомы движутся с громадными скоростями. Они постоянно и с большой силой сталкиваются друг с другом. Соударения не проходят для атомов бесследно. Их ядра сливаются и образуются новые атомы.
Так, например, в бешеной сутолоке атомов солнечных газов может происходить такая реакция: атом углерода сталкивается с ядром атома водорода, которое называется протоном. Ядра столкнувшихся атомов сливаются в одно целое, и образуется атом нового вещества – радиоактивного азота.
Радиоактивный азот неустойчив. Он, как и все другие радиоактивные элементы, распадается. Развалившийся атом радиоактивного азота превращается в атом тяжелой разновидности углерода.
Этот новорожденный атом углерода при очередном столкновении с протоном поглощает его и становится атомом обычного азота.
Атом азота, в свою очередь встретившись с протоном, сливается с ним и превращается в атом радиоактивного кислорода.
В том, что все атомы сталкиваются обязательно с протонами, ничего необычного нет: водородных ядер в Солнце больше всего. При встрече с ядром атома гелия никаких превращений не происходит – у гелия очень прочные ядра. Они не вступают в реакции и при столкновениях с другими атомами отскакивают, как мячики; жертвой всех столкновений становятся преимущественно протоны.
Радиоактивный кислород, получившийся при последнем превращении, неустойчив. С течением некоторого времени он распадается и становится атомом разновидности азота – тяжелого азота.
В результате очередного столкновения с протоном – четвертого по счету – протон проникает в ядро тяжелого азота, и оно распадается на две неравные части – на атом гелия и на атом углерода.
Вся эта цепь превращений атомов, по расчетам физиков, длится пять миллионов лет. В результате же «гибнет» четыре протона, из которых постепенно складывается ядро атома гелия, а атом углерода из всех этих переделок выходит невредимым. При первом же столкновении с протоном он начинает новую цепь превращений.
Каждое слияние ядер, распад неустойчивых радиоактивных атомов, все их преобразования сопровождаются выделением энергии. И эта энергия подогревает Солнце, поддерживая его жар и светимость.
Такова последняя гипотеза, объясняющая почему светит и греет Солнце.
Строительные леса науки
Гипотеза преобразования водорода в гелий при содействии посредника-углерода разработана американским физиком Бете. Она проверена несколькими лабораторными опытами. Некоторые астрономы принимают ее как истинную, но большинство считает гипотезу Бете только временной, рабочей гипотезой.
Когда строится дом, его обносят лесами. Постройка заканчивается, и леса снимают. Они больше не нужны. Рабочие гипотезы в науке – те же леса. Они дают временную опору исследованиям.
Осторожность ученых объясняется тем, что науке в этой области еще многое неясно, многое неизвестно. Никто пока не может сказать – возобновляются ли каким-либо образом запасы водорода на звездах или в межзвездном пространстве. Нет также никаких сведений и о дальнейшей судьбе гелия. Сомнительно, что он не способен якобы ни к каким ядерным реакциям. Ведь не случайно же и на Земле, и в метеоритах, и на Солнце преобладают элементы с атомным весом кратным четырем: углерод, атомный вес которого – 12, кислород – 16, кальций – 20, магний – 24, кремний – 28, железо – 56 и так далее. Ядра атомов этих элементов явно сложены из гелиевых ядер, так как атомный вес гелия – 4.
Навряд ли, в ядерных реакциях участвуют только 8 «избранных» элементов: водород, гелий, литий, бериллий, бор, углерод, азот и кислород, а остальные 90 присутствуют в недрах звезд только в качестве безразличных свидетелей.
Непонятно почему на некоторых звездах, непохожих на Солнце, кроме водорода и гелия наблюдается избыток других элементов. Есть, например, звезды, накопившие в своем составе много азота, есть также звезды богатые углеродом. Известно несколько звезд с обильным содержанием титана. Найдены «железные», «циркониевые», «стронциевые» звезды.
Наконец, наблюдения, которые непрерывно ведутся за солнечной деятельностью, показывают, что энергия в недрах Солнца вырабатывается не спокойным, равномерным процессом, а отдельными вспышками или взрывами, причина которых пока еще не раскрыта.
По всей вероятности в недрах Солнца и звезд происходит не одна ядерная реакция, а самые разнообразные. В них участвуют не только восемь наиболее легких элементов, а все химические элементы, какие только существуют в природе. Одни из них создаются, другие – распадаются; одни при своих реакциях выделяют энергию, другие – участвуют в реакциях, которые протекают с поглощением энергии.
В зависимости от условий в каких формировалась звезда, то есть от того, как быстро она накапливала массу в период своего роста, и от того, какое количество вещества ей удалось собрать, одна из разнообразных ядерных реакций становится преобладающей и поставляет наибольшее количество энергии, остальные реакции занимают второстепенное положение. На Солнце и солнцеподобных звездах, возможно, такой главенствующей реакцией является образование гелия из водорода.
Возрождение порочной теории
Некоторые американские и западноевропейские астрономы стараются на основании гипотезы Бете сделать желательные для них выводы.
По мысли Бете, в недрах Солнца и большинства звезд водород гибнет безвозвратно. Он превращается в инертный, «ленивый» газ – гелий, который уже не способен к дальнейшим превращениям. На Солнце, таким образом, ежесекундно исчезает 564 миллиона тонн водорода и взамен образуется 560 миллионов тонн гелия.
Солнце очень велико, но оно не бесконечно. Через двадцать миллиардов лет, запас водорода на Солнце уменьшится более чем вдвое. Рано или поздно, но водороду на Солнце придет конец.
Тоже самое происходит и на звездах. И они подогреваются водородом. Всюду якобы исчезает водород и образуется гелий. Когда прогорают дрова, костер тухнет. Когда иссякнут запасы водорода, в звездном мире наступит «топливный голод». Звезды, задушенные избытком гелия, одна за другой начнут угасать, наша Галактика превратится в кладбище потухших светил. При тусклом красноватом свете догорающих звезд в пространстве, как темные призраки, будут носиться холодные шары мертвых солнц. Так американские ученые толкуют о неизбежности «водородного истощения» Вселенной, о неминуемости конца света.
В этой гипотезе снова оживает старая реакционная «теория» немецкого физика Клаузиуса о «тепловой смерти» Вселенной.
Клаузиус рассуждал так: все виды энергии могут преобразовываться в теплоту: свет, падая на какое-либо тело, нагревает его; электрический ток, протекая по проводнику, тоже превращается в теплоту, механическое движение всегда сопровождается выделением тепла. Теплота – непременный участник всех переходов из одного вида энергии в другой.
Но когда надо преобразовать теплоту в какой-либо иной вид энергии, возникает непреодолимое затруднение – в свет, в электричество, в механическое движение теплота целиком не переходит. Некоторая ее часть неизбежно теряется без всякой пользы. Рассеяние составляет как бы неотъемлемое свойство теплоты. Она всегда стремится от нагретого тела к более холодному.
Это положение совершенно справедливо для паровых машин, всякого рода двигателей, печей. Но Клаузиус распространил его на Солнце, звезды, на всю Вселенную.
Звезды светят, потому что они раскалены. Свою теплоту они расходуют на излучение. Потоки света устремляются в холод и мрак космического пространства. Звезды остывают, их запас энергии истощается, теплота бесследно рассеивается. В конце концов температура во всей Вселенной выравняется. Звезды погаснут. Наступит «тепловая смерть» Вселенной, конец света, мир погибнет.
Все, что имеет конец, имеет и начало. Следовательно, – утверждал Клаузиус, – было время, когда некая сверхъестественная сила создала неравенство температур, зажгла Солнце и звезды – завела пружину мировых часов. Часы пошли и будут идти до тех пор, пока не придут в равновесие, и тогда только чудо может вывести их из этого состояния и снова пустить в ход.
«Теория» Клаузиуса была придумана для того, чтобы доказать бытие бога, внушить людям, что мир создан богом и предсказанный библией конец света неизбежен. «Теория» Клаузиуса – одна из наиболее ядовитых и реакционных произведений буржуазной науки.
Фридрих Энгельс в «Диалектике природы» писал по поводу «теории» Клаузиуса:
«Вопрос о том, что делается с потерянной как будто бы теплотой, поставлен, так сказать, в чистом виде лишь с 1867 г. (Клаузиус). Неудивительно, что он еще не решен; возможно, что пройдет еще немало времени, пока мы своими скромными средствами добьемся решения его. Но он будет решен; это так же достоверно, как и то, что в природе не происходит никаких чудес и что первоначальная теплота туманности не была получена ею чудесным образом из внемировых сфер».[12]12
Ф. Энгельс, Диалектика природы, 1950 г., стр. 228.
[Закрыть]
Предвидение Энгельса полностью оправдалось. Действительно, прошло немало времени, пока ученью нашли выход из тупика. Доказано, что свет и вообще всякое излучение материальны. Вещество в результате ядерных реакций преобразуется в излучение. Излучение в определенных условиях превращается в частицы вещества. И ничто не пропадает.
Под ударами науки «теория тепловой смерти» Вселенной рухнула. Теперь на смену ей выдвигают гипотезу «водородного истощения», разработанную американскими физиками одновременно и попутно с изобретением и изготовлением человеконенавистнического оружия – атомной бомбы.
Американские астрономы уже «нашли» несколько десятков звезд, якобы лишившихся водорода и умирающих на наших глазах. В популярных книжках по астрономии уже нарисованы красочные картины последних звезд. Звезда, исчерпав последние крохи водорода, ярко вспыхивает. Вспышка умирающей звезды в последний раз озаряет мир своими лучами.
Это «открытие» приводит к мысли о сотворении мира. Бог будто бы создал Солнце и звезды, снабдил их водородом и дал им способность упаковываться в гелий. Бог сказал: «да будет свет» – и водородные шары-звезды вспыхнули, как фонари на улице, когда их включает диспетчер электротока.
Так под научными расчетами ядерных реакций скрывается старая обветшалая сказка о сотворении мира и конце света.
Повторяя слова Фридриха Энгельса, можно сказать, что мы еще не знаем, как и где возобновляются запасы водорода и других видов атомного топлива, не знаем, куда исчезает гелий. Пройдет немало времени прежде чем ученые добьются решения этих вопросов. Но они будут решены. Это так же достоверно, как и то, что в природе не бывает чудес.
И Солнце и видимые нами звезды не вечны, но на смену погибшим возникают новые солнца, новые звезды. Вселенная вечна. И никакое «водородное истощение» или «гелиевое удушье» не может погубить Вселенную.
И в этом вопросе, как и во всех остальных, единственно правильный ответ дает диалектический материализм: «…круговорот, в котором каждая конечная форма существования материи – безразлично, Солнце или туманность, отдельное животное или животный вид, химическое соединение или разложение – одинаково преходяща и в котором ничто не вечно, кроме вечно изменяющейся, вечно движущейся материи и законов ее движения и изменения. Но как бы часто и как бы безжалостно ни совершался во времени и в пространстве этот круговорот; сколько бы миллионов солнц и земель ни возникало и ни погибало…
…у нас есть уверенность, что материя во всех своих превращениях остается вечно одной и той же, что ни один из ее атрибутов[13]13
Атрибут – постоянный, характерный признак предмета или явления.
[Закрыть] никогда не может быть утрачен».[14]14
Ф. Энгельс, Диалектика природы, 1950 г., стр. 18, 19.
[Закрыть]
Все, что нам пока еще неизвестно, в конце концов настойчивым трудом ученых будет раскрыто и объяснено. Подлинная, передовая советская наука выбьет из рук религии оружие, которое ей предложили американские физики.
