Радий и научные последствия его открытия 1911 №11

Материал из Niva
Перейти к: навигация, поиск

Радий и научные последствия его открытия.

Очерк Ж. Данича.

(С 1 портр. и 4 рис. на стр. 213, 214 и 215).


В прошлом году в „Лит. Прил.“ (№ 10) я беседовал с читателями „Нивы“ о радии и описал, какими интересными и необыкновенными свойствами обладает это новое тело. В то время самым выдающимся научным событием были опыты Марии Кюри и Дебьерна, которые непосредственно доказывали, что лучи а, один из трех родов лучей, испускаемых радиоактивными телами, не что иное, как атомы гелия, самаго легкаго из газов после водорода. С тех пор Марии Кюри первой удалось, тоже при сотрудничестве Дебьерна, получить чистый металлический радий. Таким образом существование этого новаго металла так яге несомненно, как существование самых общеизвестных металлов, например, железа или меди. Этот результат является в некотором смысле завершением целаго ряда блестящих изследований и открытий, которые, начиная с 1898 года, непрерывно следовали одно за другим. Поэтому неудивительно, что в последнее время многие академики сами сильно настаивали, чтобы знаменитая ученая поставила свою кандидатуру в Парижскую Академию Наук на место, освободившееся после смерти физика Гернеза. Уступая их просьбам, она согласилась, несмотря на свое равнодушие к почетным отличиям; таким образом в первый раз женщина выступала кандидаткой в Парижскую Академию Наук. По этому поводу возникли оживленные споры среди всех классов общества. Весь вопрос сосредоточился на том, может ли женщина заседать в Академии. Многим это казалось нежелательным, но единственным их аргументом была традиция: они утверждали, будто выбор женщины противится обычаям и уставам Академии.

На этот раз победа оказалась на стороне традиции; как известно, Марии Кюри нехватило двух голосов, чтобы быть избранной. Мария Кюри, не удостоенная избрания в Академию Наук только потому, что она женщина, давно уже признана мировою наукою крупнейшей ученой величиной в области физики.

Мария Складовская-Кюри, как известно, по происхождению полька (ее отец был учителем физики и математики в Варшаве). Можно предполагать, что и это обстоятельство имело сильное влияние на результат последних выборов в Академию.

Интересно заметить, что Складовская-Кюри является второй женщиной, достигшей мировой известности за свои научные труды. Первою была София Ковалевская: она жила в половине XIX века, и ее имя связано с решением самых важных вопросов математическаго анализа. С. Ковалевская нашла благоприятную почву для своей научной деятельности в Швеции: она читала лекции по математике при Стокгольмском университете.

1. Лучи радия. В настоящей статье я намерен объяснить читателям „Нивы“, какое важное значение для современной науки имело открытие радия: многия свойства этого тела на первый взгляд противоречат основным законам природы, вследствие чего явилось необходимым разсмотреть подробнее те принципы, которыми выражаются эти законы, и вникнуть глубже в их сущность. Как сказано было в предыдущей статье, для объяснения свойств радиоактивных тел предполагают, что атомы этих тел постоянно подвергаются взрывам, вследствие которых каждый атом распадается на три части: 1) на так называемые электроны, которых заряд всегда отрицателен и представляет самое малое количество электричества, существующее отдельно в свободном виде. Эти электроны выбрасываются с неимоверной скоростью, которая достигает почти скорости света, т.-е. 300.000 клм. в секунду, и образуют лучи 2) Вторая часть распавшагося атома не что иное, как атом гелия; заряжен он положительным электричеством, и скорость его гораздо меньше; тем не менее она достигает 40.000 клм. в секунду. Он образует собою лучи а. Наконец оставшаяся часть, это — новый преобразованный атом, который в некоторых случаях может подвергаться еще дальнейшим преобразованиям.

С открытием этих лучей а и β в первый раз пришлось иметь дело с частицами материи, обладающими столь неимоверной скоростью; оказывается, что тогда частицы материи приобретают совершенно новые свойства, до сих пор не наблюдаемые в материи; например, никакия препятствия не в состоянии задержать ее движения: когда частица а встречает молекулу какого-нибудь тела, она проникает насквозь и мчится далее, почти не сворачивая со своего пути, и таких встреч может быть сотни тысяч, прежде чем она будет замедлена в своем движении! Явления, которым дают начало лучи β, еще поразительнее, и для их объяснения оказалось необходимым подвергнуть пересмотру самые основные начала нашего знания, относящияся к таким первоначальным понятиям, как время и пространство. Я к этому вопросу намерен возвратиться в следующей статье, а теперь только вкратце дам несколько примеров, чтобы показать, к каким интересным заключениям приводят опыты над лучами β. Например, приходится изменить понятие длины, так как размеры одного и того же тела не одинаковы, смотря по тому, находится ли оно в движении, или нет: если, например, линейка АВ движется от А до В, то разстояние от А до В тем меньше, чем быстрее движение, при условии, что сама линейка не изменяется. Точно также, если мы имеем два хронометра А и B, которые, как предполагаем, показывают время с совершенною точностью, если первый из них находится в движении, а второй в покое, то после некотораго времени хронометр А будет опаздывать но отношению к хронометру В, несмотря на то, что первоначально оба показывали одно и то же время. Как ни поразительными кажутся на первый взгляд эти заключения, они вытекают очень просто из новаго начала, которое является обобщением общеизвестнаго закона относительнаго движения.

2. Закон сохранения энергии. Сохранение энергии—самый основной закон современной науки, самое важное ее приобретение; тем не менее некоторое время можно было думать, что и от этого закона придется отказаться: его удалось спасти, но очень дорогой ценой, а именно насчет другого закона: закона сохранения химических элементов, который нужно было признать неверным.

Закон сохранения энергии утверждает, что „perpetuum mobile“ невозможно. Внешняя форма этого предложения напоминает известную геометрическую теорему о квадратуре круга, т.-е, что невозможно при помощи циркуля и линейки построение отрезка прямой, длина котораго равнялась бы длине данной окружности. Можно ли утверждать, что оба эти предложения одинаково вероятны? Конечно, нет. Невозможность квадратуры круга, это—геометрическая теорема, и ее можно доказать, тогда как математическаго доказательства, что „perpetuum mobile“ невозможно, — нет. И в геометрии есть истины, которых до-казать нельзя—это аксиомы. Но невозможность „perpetuum mobile“ нельзя считать аксиомой. Она так далеко не очевидна, что даже в последнее время, по опубликованной недавно статистике, Лондонская Академия Наук получает ежегодно в большом количестве описания приспособлений и машин, которые будто должны осуществить „perpetuum mobile“. Трудно сказать, сколько труда и времени изобретатели всех времен и народов посвятили для достижения этой цели. И неудивительно, так как она чрезвычайно заманчива. Все их усилия были направлены к тому, чтобы построить машину, которая могла бы работать даром: раз приведенная в движение, она должна была действовать постоянно, без посторонней помощи и без всяких расходов.

Экономическое значение такого изобретения так велико, что оно повлекло бы за собой переворот всех условий жизни. Однако такой машины не удалось построить никому: все попытки окончились неудачею. Наоборот, если принять а priori, что „perpetuum mobile“ невозможно, то это приводит к заключениям, которые всегда оправдываются опытом и могут быть источником весьма важных открытий, следовательно—очень полезны. Вот почему мы в праве утверждать, что „perpetuum mobile“ невозможно; эту невозможность следует понимать в самом широком смысле, как выражающую существенное свойство всех физических явлений, т.-е.: мы не в состоянии построить „perpetuum mobile“ не потому, что располагаем недостаточными средствами или что не умеем решить слишком трудной для нас задачи, а потому, что это существенно невозможно. Этот взгляд находит строго-научное выражение в принципе сохранения энергии, в силу котораго без потери равнаго количества энергии никак не может быть произведена положительная работа. Возьмем, например, паровую машину: движение поршня взад и вперед приводит в движение все части механизма и, следовательно,производит некоторую работу; но в то же время израсходуется некоторое количество пара, а следовательно—и угля; чем дольше работает машина, тем больше сгорает угля. Итак, работа паровой машины производится насчет химической энергии сгорающаго угля.

Теплота—также один из видов энергии; она чаще всего образуется насчет механической энергии (трение) или химической (напр., горение), как это приходилось наблюдать каждому в обыденной жизни. Поэтому, в силу нашего принципа, мы в праве утверждать, что не может существовать тело, выделяющее постоянно теплоту, если это явление не сопровождается никаким другим явлением, например, изменением самого тела. Однако такое тело, оказывается, существует: радий, как показали Пьер и Мария Кюри, постоянно выделяет теплоту; мало того, он является источником не только тепловой, но и электрической энергии, несмотря на то, что сам радий, повидимому, нисколько от этого не изменяется: самые точные взвешивания не обнаружили ни малейшей потери веса; вообще не удалось в продолжение целаго ряда лет заметить никакого изменения в его свойствах. Английский физик Штрет построил прибор, который, повидимому, доказывает, что возможно осуществить „perpetuum mobile“ при помощи радия. Этот прибор состоит из стекляннаго баллона A, в котором сверху находится углубление в форме трубки В; вокруг этой трубки находится медный цилиндр С на подножке из кварца D, который, как известно, не проводник. Цилиндр С и стеклянная трубка В не должны соприкасаться. К боковой стенке цилиндра привешен листок алюминия F, напротив котораго находится платиновая проволока Е. Из баллона A старательно выкачан воздух. Если в трубку В бросить кусочек радия R, то оказывается, что листок алюминия F приходит в движение—от стенки цилиндра до платиновой проволоки и обратно. Это движение объясняется тем, что алюминиевый листок и медный цилиндр заряжаются отрицательным электричеством от электронов радия; вследствие этого алюминиевый листок F отталкивается от цилиндра С, приходит в прикосновение с платиновой проволокой Е, теряет свой заряд и возвращается к начальному положению: но тогда он опять отталкивается от цилиндра, и т. д. Необходимо из баллона А выкачать воздух, потому что от лучей радия воздух делается проводником электричества,—следовательно, цилиндр С не был бы изолирован и также, как и листок алюминия F, постоянно терял бы сообщаемый ему радием заряд.

Такой прибор находится, между прочим, в лаборатории Марии Кюри, в Париже. Он был построен шесть лет тому назад и теперь действует так же хорошо, как и в первый день: достаточно впустить радий в трубку, чтобы привести алюминиевый листок в движение: для того, чтобы листок не испортился слишком скоро, после каждаго опыта радий из трубки вынимают, так что на практике этот прибор не действовал без остановки с того времени, как был построен, но это— подробность, которая, в сущности, не имеет никакого значения.

Следует ли заключить из этого опыта, что радий — неизсякаемый источник даровой энергии, или же возможно иное заключение? Затруднение, оказывается, очень серьезное: приходится или признать принцип сохранения - энергии неверным, или же предположить, что описанное выше явление сопровождается другим, но что это другое явление для нас незаметно, т.-е. мы его наблюдать непосредственно не можем или не умеем. Это последнее предположение, конечно, очень возможно, так как по всей вероятности весьма многия явления нам еще совершенно неизвестны; с другой стороны, признать закон сохранения энергии неверным, значит—разрушить все основы современной физики; а на это можно решиться только в том случае, когда никакого другого выхода нет. Итак, следует предположить, что радиоактивность—проявление новаго вида энергии: источником энергии может быть незаметное по своей незначительности изменение самого радия, или же радий не подлежит никакому изменению, а энергию заимствует от среды, в которой находится. Обе гипотезы были сделаны Кюри одновременно. Первая из этих гипотез с каждым днем становится все более и более вероятной, она в настоящее время является основанием всех наших познаний, касающихся радиоактивности. Этой теории будет посвящена последняя часть этой статьи. Тем не менее скажем несколько слов и о второй гипотезе. Кюри предположил, что радий заимствует энергию от неизвестных нам лучей, которые поглощаются только радиоактивными телами: эта энергия превращается затем в электрическую и тепловую. Следовало поэтому ожидать, что глубоко под землей радий станет выделять менее теплоты, так как по крайней мере часть энергии, которую радий получает от предположенных нами лучей, должна быть поглощена землею. Для проверки Пьер Кюри спускался в самые глубокия копи, но его ожидания не оправдались, и это объяснение пришлось отбросить. Оно имеет теперь только исторический интерес.

Преобразование материи. Как объяснить радиоактивность? Где источник, откуда радий заимствует обнаруживавшую им энергию? Отказаться от решения этого вопроса, значит—отбросить принцип сохранения энергии со всеми его последствиями. К счастью, можно найти другой выход. Достаточно предположить для этого, что атомы радия подвергаются постоянному разрушению, так что радиоактивность—явление, которое только сопровождает преобразование самого атома: мы этого преобразования наблюдать непосредственно не можем, потому что оно происходит очень медленно, так что на вид радий никакому изменению не подвергается. Лучи а и β—не что иное, как продукт разрушения атома.

Эта гипотеза удовлетворительно объясняет все наблюдаемые явления и служит основанием теории преобразования радиоактивных элементов. Между прочим, эта теория позволила вычислить, что радий теряет половину своего веса в 2.000 лет: поэтому неудивительно, что ст, тех пор, как радий подвергнут наблюдениям, т.-е. в сравнительно короткое время (десять лет), никаких изменений не замечалось.

С течением времени новые факты все более и более подтверждали эту теорию: но самым блестящим подтверждением было открытие сэра Рамзая, который обнаружил постоянное образование гелия насчет радиоактивных тел. Это явление, очевидно, не имеет ничего общаго с химической реакцией, так как радий не сложное тело, а элемент, точно также, как и сам гелий. Следовательно, здесь происходит совершенно новое явление, из котораго, между прочим, можно заключить, что химические элементы нельзя считать последними пределами разложения материи. Таким образом научному изследованию открывается новая, неизследованная область: между химическими элементами оказываются связи и зависимости, которые можно изучать экспериментально. Следует ожидать, что в недалеком будущем удастся значительно расширить наши теперешния сведения, касающияся строения материи, и построить целое новое учение о химических элементах и о их сродстве.

Итак, мы знаем, откуда берется энергия радия: она утаена в самом атоме и обнаруживается тогда, когда атом подлежит преобразованию. Таким образом удалось сохранить один принцип, но зато пришлось признать неверным принцип сохранения химических элементов, в силу котораго невозможным являлось уничтожение или сотворение химическаго элемента, например, превращение железа в золото.

Оказывается, что цель, которую преследовали алхимики, находит отчасти оправдание в современной науке, но не вполне, потому что алхимики старались найти, какими средствами можно достигнуть преобразования одного элемента в другой, тогда как мы совершенно не в состоянии иметь ни малейшаго влияния на процесс преобразования радия в гелий: мы не можем ни ускорить ни замедлить его никакими внешними средствами. Напрасно Кюри нагревал радий до белаго каления, охлаждал его до температуры жидкаго водорода. Ни температура ни высшее напряжение электрической или магнетической силы не оказывают ни малейшаго действия, так что можно высказать закон, что преобразование атомов радия, т.-е. его радиоактивность, ничуть не зависит от внешних, физических условий.

Не может быть, конечно, и речи о том, чтобы в краткой статье исчерпать такой обширный предмет, как учение о радиоактивности, которому посвящены целые томы и даже специальные периодическия издания. Каждый день приносит новые результаты; производятся новые опыты; открываются новые пути применения радия, например, в геологии, в медицине. Цель нашей статьи—доказать, что открытие радия можно поставить на ряду с самыми важными открытиями прошлых столетий. Перед нами открылся, благодаря трудам Пьера и Марии Кюри, целый неведомый мир новых явлений, и уже многие научные взгляды подверглись, благодаря им, коренному перевороту. Поэтому неудивительно, что желание изучить эти новые явления привлекает целыми массами молодых ученых из всех стран Европы. Все они в праве надеяться, что их усилия увенчаются успехом, так как поле для изследований громадное.

Niva-1911-11-cover.png

Содержание №11 1911г.: ТЕКСТЪ. Сфинкс. Одна из легенд русской истории. П. П. Гнедича.—Из новых стихотворений Д. Ратгауза.—Часы с будильником. Разсказ из духовнаго быта. И. Н. Потапенко. — Радий и научные последствия его открытия. Очерк Ж. Данича. — Бюджетные прения в Гос. Думе (Вопросы внутренней жизни).—Пожар в кинематографе на ст. Бологое.—К рисункам.—„Ужасы“.—Заявление.—Объявления.

РИСУНКИ. Этюд.—Выставка картин московских любителей-коллекционеров (14 рисунков),—Король Фридрих пред умершей св. Елисаветой.—Лаборатория Марии Кюри в Париже (1 портрет и 4 рисунка). — „19 февраля 1861 г.“. Крестьяне-члены Г. Думы во главе с председателем А, И. Гучковым и товарищами председателя кн. В. М. Волконским и М. Я. Капустиным, и председатель Совета министров П. А. Столыпин на открытии памятнику Царю-Освободителю.—Пожар кинематографа на ст. Бологое (2 рисунка).—Ф. П. Чумаков.

К этому № прилагается „Полнаго собрания сочинений Л. А. Мея“ кн. 2.

г. XLII. Выдан: 12 марта 1911 г. Редактор: В. Я. Светлов. Редактор-Издат.: Л. Ф. Маркс.