Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева - Кин Сэм (читать хорошую книгу TXT) 📗
Это был триумф человеческого разума, но полученный Кельвином результат был практически так же безнадежно неверен, как и цифра Ашшера. К 1900 году Резерфорд, в частности, уже сознавал, что физика, считавшаяся в те годы значительно более престижной и светской, чем все другие науки, в данном случае дает явно ошибочную оценку. Кстати, Резерфорд однажды заявил: «В науке существует только физика; все остальное – коллекционирование марок». По иронии судьбы, в 1908 году он получил Нобелевскую премию не по физике, а по химии. Действительно, Чарльз Дарвин горячо отстаивал точку зрения о том, что человек не мог развиться из примитивной бактерии за какие-то 20 миллионов лет, а последователи шотландского геолога Джеймса Хаттона утверждали, что горы и каньоны также не могли образоваться за столь краткое время. Но никто не мог опровергнуть грандиозные вычисления лорда Кельвина до тех пор, пока Резерфорд не начал экспериментировать с образцами урановых пород и с пузырьками гелия.
Содержащиеся в некоторых горных породах атомы урана испускают альфа-частицы (в каждой из которых содержится по два протона) и превращаются в торий – элемент № 90. Затем атом тория испускает еще одну альфа-частицу, превращаясь в радон. После этого по такому же принципу радон рождает радий, радий рождает полоний, а полоний рождает стабильный свинец. Такая цепь последовательных распадов была широко известна. Но Резерфорд, как и Глазер впоследствии, испытал научное озарение и понял, что эти альфа-частицы скапливаются в горных породах, образуя пузырьки гелия. Затем Резерфорд уловил еще более важный факт: ведь гелий никогда не реагирует с другими элементами и не образует с ними какие-либо связи. Поэтому, в отличие от углекислого газа в составе известняка, гелия в горных породах быть не должно, и весь гелий, содержащийся в горных породах, появился там в результате радиоактивного распада. Если в породе много гелия, то она очень старая, если небольшие количества – сравнительно молодая.
К 1904 году Резерфорд уже успел несколько лет поразмышлять над этим процессом. В тот год ему исполнилось 33, а лорду Кельвину – 80. Несмотря на весь огромный вклад Кельвина в науку, в таком почтенном возрасте его ум уже потерял остроту. Прошли дни, когда он мог одну за другой выдвигать захватывающие теории. Например, Кельвин полагал, что тяжелые элементы из нижних областей периодической системы в основе своей состоят из «узлов эфира», имеющих различную форму. Наиболее пагубно на научные представления Кельвина повлияло то, что он так и не смог вписать в свою картину мира неудобные, даже устрашающие факты, связанные с радиоактивностью. Именно поэтому Мария Кюри однажды затащила его в чулан, чтобы он смог своими глазами посмотреть на сияющий в темноте элемент. Резерфорд, напротив, понял, что из-за радиоактивного распада в земной коре выделяется дополнительная теплота, что совершенно дискредитирует прежние теории о равномерном излучении земного тепла в космическое пространство.
Резерфорду не терпелось во всеуслышание объявить о своих идеях, и он решил прочитать лекцию в Кембридже. Но Кельвин, даже потерявший хватку, по-прежнему играл важную роль в научной политике. Если бы Резерфорд осмелился развенчать те расчеты, на которых этот патриарх сделал себе имя, то карьера Резерфорда могла оказаться под угрозой. Итак, новозеландец начал свое выступление осторожно, но, к счастью, сидевший в первом ряду Кельвин почти сразу же стал клевать носом. Резерфорд воспользовался этим и, не теряя времени, стал обрисовывать свои выводы. Но, как только он начал сотрясать основы работ Кельвина, старик взбодрился и стал внимательно следить за рассказом.
Отступать было некуда, и Резерфорд вдруг припомнил одно замечание, высказанное Кельвином в его книге. Эта мысль, выраженная в типичном «кабинетном» научном стиле, сводилась к тому, что расчеты возраста Земли верны, если «никто не откроет дополнительные источники тепла», скрытые в глубинах планеты. Резерфорд упомянул об этом уточнении, отметив, что именно радиоактивность может быть этим скрытым источником тепла, и виртуозно сымпровизировал, заявив, что лорд Кельвин предвидел открытие радиоактивности уже несколько десятков лет назад. Ну не гений ли? Старик просиял и торжествующе взглянул на собравшихся. Он уже готов был считать Резерфорда болтуном, но не собирался отказываться от комплимента.
Резерфорд не возвращался к этой теме вплоть до смерти Кельвина, скончавшегося в 1907 году, а вскоре после этого доказал взаимосвязь между гелием и ураном. Теперь уже никакая научная политика не могла ему помешать – к этому времени сам Резерфорд уже стал живым классиком науки (а позже вошел в число тех немногих ученых, чьи имена увековечены в периодической системе – элемент № 104 называется резерфордием). Будущий лорд Резерфорд исследовал образец древней ураносодержащей породы, извлек из нее микроскопические пузырьки гелия и пришел к выводу, что Земля имеет возраст не менее 500 миллионов лет. Эта цифра более чем в двадцать пять раз превышала оценку Кельвина и отличалась от истинной величины всего на порядок. За дело взялись геологи, умевшие оценивать возраст пород гораздо лучше Резерфорда, и через несколько лет пришли к выводу, что, исходя из содержания гелия в уране, возраст Земли должен составлять как минимум два миллиарда лет. Эта цифра все-таки наполовину меньше верной, но благодаря крошечным пузырькам, засевшим в радиоактивных минералах, человек впервые смог оценить ошеломляющую древность Космоса.
После опытов Резерфорда поиск мельчайших вкраплений элементов в горных породах стал общепринятым методом. Особенно плодотворен такой метод с цирконом – минералом, содержащим цирконий. Как известно, цирконий – гроза ломбардов и беспроигрышный вариант для подделки драгметаллов.
По химическим причинам цирконы очень твердые – в периодической системе цирконий находится прямо под титаном, – и из него получаются отличные фальшивые алмазы, почти неотличимые от настоящих. В отличие от рыхлых пород, таких как известняки, цирконы сохранились со времени формирования нашей планеты и часто присутствуют в других минералах в виде крошечных прочных зерен. Благодаря их уникальной химии кристаллы циркона еще на этапе своего образования всасывали в себя рассеянный уран и заключали его в виде атомных пузырьков. В то же время цирконы отторгают свинец и выдавливают из себя атомы этого металла (как вы помните, в метеоритах протекает ровно противоположный процесс). Разумеется, от свинца они избавляются только до поры до времени, так как свинец является продуктом распада урана, но от таких глубоких свинцовых вкраплений циркону уже очень сложно избавиться. В результате любой свинец, обнаруженный внутри циркона, является продуктом распада урана. Читатель уже понимает, к чему я клоню: измеряя соотношение свинца и урана в цирконе, мы словно рисуем обратный график до нулевого года. Всякий раз, когда вы слышите или читаете в новостях, что «ученые обнаружили рекордно древнюю породу» – вероятно, в Австралии или в Гренландии, где цирконы сохранились лучше всего, – можете быть уверены, что при датировке использовались циркониево-урановые пузырьки.
В других научных областях изучение пузырьков также стало настоящей исследовательской парадигмой. Глазер начал экспериментировать со своей пузырьковой камерой в 1950-е годы. Примерно в то же время физики-теоретики, в частности Джон Арчибальд Уилер, стали выдвигать идеи о том, что на самом фундаментальном уровне Вселенная напоминает пену. По мнению Уилера, на этом уровне, состоящем из частиц, в миллиарды и триллионы раз меньших, чем атомы, «гладкое как стекло пространство-время, состоящее из атомного и субатомного миров, отступает… вместе с ним буквально исчезают привычные нам феномены “слева”, “справа”, “до”, “после”. Обычные представления о расстоянии исчезнут, обычные представления о времени испарятся. Я не могу подобрать для такого состояния более точного названия, чем “квантовая пена”». Согласно расчетам некоторых современных космологов, вся наша Вселенная возникла, когда из этой пены выскользнул единственный субмикронанопузырек и стал расширяться с экспоненциальной скоростью. Эта красивая теория многое объясняет, кроме, к сожалению, причины, по которой все это могло произойти.
