5. Совершенный элемент
На заре научной фантастики, когда писатели относились к науке с ребяческой наивностью, они разрешали себе гораздо большую свободу действий — включали в повествование «новый элемент», который обеспечивал успех произведения или по крайней мере спасал его от провала. При помощи «новых элементов» преодолевалось тяготение, атомы увеличивались до видимых размеров, осуществлялись любые превращения материи.
«Новые элементы» стали фетишизировать главным образом после того, как в 1898 году супруги Кюри открыли в урановой руде необычный элемент — радий. Но в том же десятилетии при более драматических обстоятельствах в той же урановой руде был найден еще один элемент. Хотя этот элемент и не произвел такого фурора, как радий, он оказался, как впоследствии выяснилось, самым необычным и обладал такими удивительными свойствами, о которых ни один научный фантаст не смел и мечтать.
В последние годы значение этого элемента для человека стало огромным. Размышляя об этом, я пришел к весьма занятным выводам, о которых вы узнаете в конце главы.
В 1868 году в Индии наблюдалось полное солнечное затмение, и жаждавшие открытий астрономы собрались, чтобы опробовать новый прибор.
Это был спектроскоп, созданный в конце 50-х годов прошлого века немецкими учеными Густавом Робертом Кирхгофом и Робертом Вильгельмом Бунзеном. Принцип действия спектроскопа заключался в том, что при пропускании сквозь стеклянную призму света, который излучают раскаленные пары элементов, образуется спектр, по частям которого можно было определить длину световой волны. Каждый элемент излучает свет с характерным для него набором длин волн, и таким образом у всех элементов удалось «взять отпечатки пальцев».
Значение нового, аналитического метода исследования было наглядно продемонстрировано в 1860 году, когда Кирхгоф и Бунзен, раскалив образцы некоторых руд, получили спектральные линии, не совпадавшие с уже известными, и в результате открыли редкий элемент — цезий. На следующий год они доказали, что их успех не был случайным, открыв еще один элемент — рубидий.
Убедившись в огромных возможностях нового прибора, астрономы с нетерпением ждали случая опробовать его для исследования атмосферы Солнца (тайну происхождения которой можно было раскрыть только во время затмений), чтобы определить ее химический состав сквозь всю космическую бездну.
Почти сразу же французский астроном Пьер Жюль Жансен обнаружил в спектре желтую линию, которую он не мог отождествить с известными ему спектральными линиями. Английский астроном Норман Локьер, особенно интересовавшийся спектроскопией, сделал вывод, что желтая линия принадлежит новому элементу. По имени греческого бога солнца Гелиоса Локьер назвал этот элемент гелием.
Итак, события развертывались весьма благоприятно, если не считать того, что очень немногие из земных химиков решились поверить в неземной элемент, открытый при помощи какой-то обыкновенной полоски света. К предположению Локьера одни отнеслись безразлично, другие насмешливо.
Конечно, сейчас такой консерватизм кажется позорным, хотя, в сущности, именно в наши дни мы можем найти оправдание этому скептицизму: ведь не обязательно каждая новая линия спектра принадлежит новому элементу.
В конце концов существование гелия было доказано, и, подстегнутые этим успехом, астрономы стали находить в космосе все «новые элементы». Появление таинственных линий излучения в спектрах некоторых туманностей было приписано элементу, названному небулием (от латинского
Однако все эти «открытия» оказались заблуждением. «Новые» линии были обусловлены излучением старых, хорошо известных элементов, находившихся в необычных условиях, которые спустя много лет удалось воспроизвести в лабораториях. «Небулий» и «геокороний» оказались просто высокоионизированными смесями кислорода и азота. Линии «корония» свойственны высокоионизированным металлам (например, кальцию). Как видите, одно лишь существование линии «гелия» ни в коей мере не доказывало существования нового элемента.
Теперь, для того чтобы не нарушать логики в ходе наших рассуждений, придется углубиться в историю еще на один век и встретиться с человеком, который опередил свое время даже больше, чем Локьер.
В 1785 году английский физик Генри Кавендиш исследовал воздух, так как именно в то время было сделано открытие, что воздух состоит из двух газов — кислорода и азота. Азот — инертный газ, то есть он не соединяется с другими веществами так активно, как кислород.
В действительности азот «особо отличался» тем, что в нем обнаружили ряд отрицательных свойств. Оказалось, что он без цвета, запаха и вкуса, не растворяется и не горит. Установили также, что хотя сам по себе он не ядовит, но жизни не поддерживает.
Кавендиш открыл, что, пропуская через воздух электрические разряды, можно заставить азот соединяться с кислородом. Полученное соединение — окись азота — ему удалось отделить при помощи соответствующих химикалий. Добавляя к воздуху кислород, ученый удалял из него все большее и большее количество азота, пока наконец у него не остался крохотный пузырек газа, который составлял всего сотую часть объема воздуха, первоначально взятого для опыта. С этим пузырьком он ничего не мог поделать и заявил, что, по его мнению, в атмосфере присутствует небольшое количество неизвестного газа, еще более инертного, чем азот.
Это был четкий эксперимент, проделанный выдающимся ученым, который сделал, как мы теперь знаем, совершенно правильный логический вывод. Тем не менее работу Кавендиша игнорировали целое столетие.
В 1882 году английский физик Джон Уильям Стретт (более известный под именем Рэлея) измерял плотность газообразных водорода и кислорода, с тем чтобы уточнить их атомные веса; заодно он решил исследовать и азот. Каждый из этих элементов был получен различными способами, и всякий раз плотности водорода и кислорода оставались одними и теми же. Совсем иначе обстояло дело с азотом.
Рэлей получил азот из аммиака и обнаружил, что удельный вес его равен 1,251 грамма на литр. Затем он выделил азот из воздуха, удалив из него кислород, двуокись углерода и водяные пары; этот азот имел удельный вес 1,257 грамма на литр. Несмотря на все попытки, Рэлею не удавалось устранить выявившееся расхождение.
Отчаявшись найти решение, он опубликовал результаты своих опытов в научном журнале и попросил читателей высказаться по этому поводу, однако никто не откликнулся. Сам Рэлей выдвинул несколько возможных объяснений: атмосферный азот мог содержать примеси более тяжелого кислорода или трехатомные молекулы N3, то есть что-то вроде азотного аналога озона; азот из аммиака мог быть загрязнен более легким водородом или атомарным азотом. Он проверил свои предположения, но все они не подтвердились.
Лет десять спустя шотландский химик Рамзай начал работать в лаборатории Рэлея и, взявшись за раскрытие тайны азота, вернулся к опытам Кавендиша. Он предположил, что в атмосфере имеется небольшое количество газа, который остается с азотом, после того как все прочие компоненты удалены, и, поскольку этот газ, очевидно, тяжелее атмосферного азота, он-то и вызывает «незаконное» повышение удельного веса.
В 1894 году Рамзай повторил опыт Кавендиша, применив более совершенную методику. Он пропускал атмосферный азот над раскаленным магнием. Азот оказался не настолько инертным, чтобы не вступить
