Солнечное вещество и другие повести, а также Жизнь и судьба Матвея Бронштейна и Лидии Чуковской (сборник)

– Поиски гелия напоминают мне поиски очков, которые старый профессор ищет на ковре, на столе, под газетами и находит наконец у себя на носу. Гелий очень долго искали. А он был в воздухе!

Компания лентяев

Целых три года изучал Рамзай новооткрытые газы. Помощник Рамзая, Трэверс, построил машину, способную производить еще больший холод, чем машина Хэмпсона. Хэмпсон добился мороза в сто девяносто два градуса, а в машине, построенной Трэверсом, стоял двухсотпятидесятитрехградусный мороз. У Хэмпсона в жидкость превращался воздух, а у Трэверса не только воздух, но и водород. Аргон у Хэмпсона был жидким, как вода, а у Трэверса он замерзал и становился твердым, как лед.

Рамзай и Трэверс стали выпаривать твердый аргон и собирать первые порции пара отдельно от последующих.

Первым всегда уходил гелий. А когда мороз делался слабее, начинал улетучиваться и неон. За ним испарялись аргон и криптон. А в самых последних пузырьках пара Рамзай и Трэверс отыскали еще один неизвестный газ. Его они назвали ксеноном. По-гречески это значит «чуждый».

Каждый новый газ они очищали и взвешивали на точных весах.

Наконец работа была закончена.

Когда-то, до Рэлея и Рамзая, ученые были уверены, что воздух состоит только из кислорода и азота. Потом был открыт аргон. А Рамзай и Трэверс доказали, что к каждому литру воздуха подмешано кроме аргона восемнадцать кубических миллиметров неона, пять кубических миллиметров гелия, один кубический миллиметр криптона, одна десятая кубического миллиметра ксенона.

Добыв из воздуха эти газы, Рамзай принялся проделывать с ними всевозможные опыты. Он хотел узнать, вступают ли они в какие-нибудь химические соединения.

Оказалось, что не вступают. Не только аргон и гелий, но и неон, криптон и ксенон не захотели соединяться ни с одним веществом.

Гелий, аргон, неон, криптон, ксенон – все они оказались инертными, ленивыми, газами. Целая компания лентяев! И всех их Рамзай выделил из воздуха, очистил и изучил. Он изучил их спектры, измерил их плотности, температуры замерзания и кипения[18 - За одним лишь исключением: измерить температуру замерзания и кипения гелия Рамзаю не удалось. Для этого нужно было бы превратить гелий в жидкость и затем узнать, при какой температуре жидкий гелий кипит, а при какой замерзает. Но холод, который создавала построенная Трэверсом машина, был недостаточно силен. Гелий в этой машине не хотел делаться жидким.Превратить гелий в жидкость удалось впервые не Рамзаю, а другому ученому – голландцу Камерлинг-Оннесу. Произошло это в 1908 году. Для превращения гелия в жидкость понадобилось создать мороз в двести шестьдесят девять градусов. – Прим. автора].

Первое время эти ленивые газы были большой редкостью в лабораториях. Очень немногие химики могли похвастаться тем, что держали в руках хотя бы крохотный пузырек неона или гелия. А криптон и ксенон еще и в наше время редко можно найти в химической лаборатории, несмотря на то что после их открытия прошло уже немало лет. И это понятно: на литр воздуха приходится криптона всего только один кубический миллиметр, а ксенона еще того меньше. И добыть их из воздуха очень трудно.

Только аргон и неон давно перестали быть редкостью. Их добывают из воздуха на химических заводах. В Москве на заводе «Сжатый газ» есть машина, выпускающая две с половиной тысячи литров аргона в час.

Скоро станут добывать на заводах и криптон и ксенон. В 1934 году Парижская академия наук напечатала статью французского химика Клода. Клод пишет, что его ассистент Гомонэ построил машину для добывания криптона и ксенона. В свою машину он наливает жидкий воздух. Сквозь этот жидкий воздух насосы гонят струю обыкновенного – газообразного – воздуха. Из этой струи капельками выпадают криптон и ксенон и оседают в жидком воздухе. Чем дольше работает машина, тем богаче криптоном и ксеноном становится жидкость. Машина Гомонэ извлекает из воздуха пол-литра криптона в час. Это не очень много. Но Клод и Гомонэ уже начали строить машину, которая будет добывать каждый час сто литров криптона и десять литров ксенона[19 - Опыты по извлечению больших количеств криптона и ксенона из жидкого воздуха стоили жизни сотруднику Клода – Рибо: во время одного опыта он погиб. Однако работы Клода, Гомонэ, Линде и их сотрудников привели к тому, что в распоряжении ученых оказались большие количества криптона – и скоро в Западной Европе вошли в употребление криптоновые лампы.В 1936 году Академии наук СССР еще приходилось обращаться за ксеноном и криптоном в лабораторию Клода, но с 1938 года промышленность СССР сама стала производить эти газы.].

А для чего нужны эти ленивые газы? Стоит ли их добывать?

Стоит. Они нужны электротехникам. Электротехники наполняют ими электрические лампочки. Лампочка накаливания, наполненная аргоном или неоном, горит ярче обыкновенной, дольше служит и расходует меньше энергии. А если ее наполнить криптоном или ксеноном, то она будет еще ярче, еще долговечней. Обыкновенная лампочка, рассчитанная на сто десять вольт, мгновенно перегорает, если пустить в нее ток с напряжением двести вольт. А лампочка, наполненная криптоном, выдерживает такую перегрузку много часов и не портится.

Всем, кто бывал в большом городе, случалось видеть электрическую рекламу. В окнах больших магазинов, на вывесках кинематографов горят узоры и надписи, составленные из стеклянных светящихся трубок.

Знаете ли вы, что светится в этих трубках? Трубка, горящая синим светом, наполнена разреженным аргоном; трубка, дающая красновато-оранжевый свет, – неоном.

Это те самые газы, которые добыл из воздуха профессор Рамзай. Светятся они потому, что через них проходит электрический ток.

Вглядитесь в трубку, наполненную неоном, когда она светится. Многие говорят, что этот свет неприятен, что он режет глаза. Но у него есть чудесное свойство: он далеко виден даже в тумане.

В лондонском предместье Кройдон стоит маяк для самолетов и дирижаблей. Это железная башня, на которой укреплены шестнадцать стеклянных трубок. Каждая трубка длиной в шесть метров. Все они наполнены неоном.

В туманные ночи, когда не видно ни луны, ни звезд, ярко светятся неоновые трубки, указывая дорогу воздушным кораблям.

Поиски во всех направлениях

Солнечный газ гелий был найден трижды: сначала в солнечных выступах, потом в клевеите и наконец – вместе с другими ленивыми газами – в воздухе. Но ученые на этом не остановились.

Если ленивые газы растворены в воздухе, то почему бы им не быть растворенными также и в воде? Химики принялись искать ленивые газы и в дождевой воде, и в речной, и в морской, и в ключевой, и в водопроводной. И действительно они их там обнаружили, но в ничтожном количестве: вода содержит еще меньше ленивых газов, чем воздух. Одно только нашлось исключение – минеральная вода. В некоторых минеральных источниках было обнаружено довольно много гелия. Немецкий физик Кайзер нашел гелий в воде одного источника в горах Шварцвальда, Рамзай отыскал гелий в целебном источнике Котре в Пиренейских горах, а Рэлей – в водах, бьющих из-под земли в известном английском курорте Бат.

Нет такого вещества, в котором химики не искали бы гелия, аргона и других ленивых газов. Они исследовали и вулканическую лаву, и всевозможные руды, и падающие с неба метеориты. Одному химику даже пришла в голову мысль поискать эти газы в растениях и животных. Он растолок горох и подверг исследованию его химический состав, чтобы узнать, нет ли в горохе гелия. Потом он захлороформировал двух мышей, а когда они умерли – высушил их тела в электрической печке, тоже растолок и занялся изучением порошка: нет ли в мышах гелия?

Но самый тщательный химический анализ не мог обнаружить в мышах ни гелия, ни аргона[20 - Эти опыты делал химик Макдональд. Другие химики подтвердили вывод Макдональда: в животных и растениях нет ленивых газов. Но два немецких химика – Шлезинг и Рихард – сделали другой вывод. Им пришла в голову фантазия добыть воздух из плавательного пузыря рыб и посмотреть, много ли там аргона и других ленивых газов. Как и следовало ожидать, оказалось, что у всех пород рыб в плавательном пузыре содержится самый обыкновенный воздух: в нем ровно столько же аргона, как и в воздухе, взятом из атмосферы. И только у одной породы рыб – у хищных рыб мурен, которые водятся в Средиземном море, – воздух плавательного пузыря почему-то оказался в полтора раза богаче аргоном, чем обыкновенный воздух. До сих пор никто не знает, почему мурены имеют такую странную особенность. Но может быть, что Шлезинг и Рихард просто ошиблись. Это очень вероятно, потому что их опытов никто не проверял. – Прим. автора].

А вот во многих минералах действительно удалось найти гелий. Гелий давно уже был найден в клевеите – почему бы не поискать его и в других минералах? Рамзай и Трэверс принялись за работу. И вскоре гелий был найден в уранините, фергусоните, самарските, колумбите, монаците.

Но больше всего гелия оказалось в одном минерале, который добывают на острове Цейлон[21 - Современное название острова – Шри-Ланка.]. Называется этот минерал «торианит». Если килограмм торианита раскалить докрасна, то он отдаст около десяти литров гелия.

Много минералов изучил Рамзай, ища в них гелий. Из своих наблюдений он вывел странное правило: гелий всегда оказывается в тех минералах, которые содержат металлы уран и торий. Если в состав минерала входит металл уран или металл торий, то в нем наверняка можно рассчитывать найти и гелий. А если в минерале нет ни урана, ни тория, то из него не удастся выжать ни одного пузырька гелия.

Долго думал Рамзай о том, что бы это могло означать. Гелий не соединяется ни с ураном, ни с торием, ведь он ленивый газ. Так почему же он всегда встречается там, где встречаются уран и торий? Что общего у него с ними?

Но как Рамзай ни старался, как ни ломал себе голову, ему не удалось разрешить эту загадку.

Загадку разрешили другие – физик Резерфорд и химик Содди.

Невидимые лучи

Металл уран был известен химикам давно – еще с XVIII века. Химики изучили и чистый уран, и разнообразнейшие соединения урана с другими веществами. Но никому из них не приходило в голову, что в уране есть что-то необыкновенное. И в самом деле, на первый взгляд ничего необыкновенного в уране нет. По виду он похож на серебро, по тяжести на платину, а химические свойства у него почти такие же, как у металла вольфрама. Химики были твердо убеждены, что уран – заурядный металл, металл, каких много.

Но в марте 1896 года парижский химик Беккерель[22 - Антуан Анри Беккерель (отец и дед которого тоже были известными учеными) занимался и химией, но самые знаменитые его открытия относятся к физике.] неожиданно обнаружил, что этот заурядный металл имеет странное свойство: он испускает лучи. Прошло несколько месяцев, и другой химик, Шмидт, заметил, что такие же лучи испускает другой металл – торий. Потом в Париже двое ученых – Пьер Кюри и его жена Мария Кюри – открыли в урановой руде примесь третьего металла, испускающего лучи, – металла радия. А в Канаде, в городе Монреаль, два молодых человека – физик Резерфорд и химик Содди – нашли еще одно вещество, испускающее лучи. На этот раз вещество оказалось не металлом, а газом. В металле радии были обнаружены крохотные пузырьки нового газа, испускающего лучи. Резерфорд и Содди собрали пузырьки и изучили их. Оказалось, что это ленивый газ, такой же, как аргон, гелий, неон, криптон, ксенон. Резерфорд и Содди дали новому ленивому газу имя «нитон». По-гречески это значит «сияющий»[23 - Название «нитон» не прижилось, нынешнее имя этого газа – «радон».].

Эрнест Резерфорд

Фредерик Содди

Уран, торий, радий, нитон – четыре вещества, испускающие лучи. Из них первые два – уран и торий – были известны уже целое столетие. Почему же так долго никто не замечал, что они испускают лучи? Почему это было открыто только в конце XIX века?

Да потому, что эти лучи – невидимые.

Раскаленный уголь, раскаленное железо, расплавленная платина испускают лучи, которые можно увидеть глазами. А торий, уран, радий, нитон испускают лучи, которые увидеть невозможно.

А если так, то каким же образом физики все-таки заметили эти лучи?

Фотография, снятая лучами радия

Фредерик Содди сделал такой опыт: он взял стеклянную трубочку, в которой было немного радия, и фотографическую пластинку, запертую в кассету, в которую не проникает ни один луч света. Содди стал водить трубочкой, как карандашом, по кассете. Лучи, испускаемые радием, прошли через кассету, и на пластинке отпечатались те самые слова – Radium writing («писание радием»), – которые Содди вывел на кассете своей трубочкой. После этого Содди проявил пластинку, отфиксировал ее и приготовил позитив.

Лучей урана, тория, нитона, радия не видит человеческий глаз. Но их видит фотографическая пластинка. Пластинка чернеет, когда на нее падают невидимые лучи.

Но есть и еще способ заметить их безо всякой фотографической пластинки. Существует такое вещество: сернистый цинк. Когда на сернистый цинк падают невидимые лучи, он начинает светиться.

Английский физик Крукс, тот самый Крукс, который когда-то телеграфировал Рамзаю, что «криптон – это гелий», захотел узнать, что происходит с сернистым цинком, когда на него падают невидимые лучи.

Он взял маленький медный стаканчик. Дно стаканчика он обмазал сернистым цинком. А внутри на высоте нескольких миллиметров над дном он прикрепил к стенке иголочку. На острие иголочки была насажена крохотная, невидимая пылинка радия. Потом он пошел в темную комнату и принялся смотреть на дно стаканчика сквозь увеличительное стекло.

Прибор Крукса для наблюдения вспышек на сернистом цинке и его схема (А – пылинка радия на кончике иглы, В – сернистый цинк, С – лупа)

Сперва он не видел ничего, но потом, когда его глаза привыкли к темноте, он обнаружил удивительное явление.