Радій и научныя послѣдствія его открытія 1911 №11

From Niva
Jump to: navigation, search

Радій и научныя послѣдствія его открытія.

Очеркъ Ж. Данича.

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


Въ прошломъ году въ „Лит. Прил.“ (№ 10) я бесѣдовалъ съ читателями „Нивы“ о радіи и описалъ, какими интересными и необыкновенными свойствами обладаетъ это новое тѣло. Въ то время самымъ выдающимся научнымъ событіемъ были опыты Маріи Кюри и Дебьерна, которые непосредственно доказывали, что лучи а, одинъ изъ трехъ родовъ лучей, испускаемыхъ радіоактивными тѣлами, не что иное, какъ атомы гелія, самаго легкаго изъ газовъ послѣ водорода. Съ тѣхъ поръ Маріи Кюри первой удалось, тоже при сотрудничествѣ Дебьерна, получить чистый металлическій радій. Такимъ образомъ существованіе этого новаго металла такъ яге несомнѣнно, какъ существованіе самыхъ общеизвѣстныхъ металловъ, напримѣръ, желѣза или мѣди. Этотъ результатъ является въ нѣкоторомъ смыслѣ завершеніемъ цѣлаго ряда блестящихъ изслѣдованій и открытій, которыя, начиная съ 1898 года, непрерывно слѣдовали одно за другимъ. Поэтому неудивительно, что въ послѣднее время многіе академики сами сильно настаивали, чтобы знаменитая ученая поставила свою кандидатуру въ Парижскую Академію Наукъ на мѣсто, освободившееся послѣ смерти физика Гернеза. Уступая ихъ просьбамъ, она согласилась, несмотря на свое равнодушіе къ почетнымъ отличіямъ; такимъ образомъ въ первый разъ женщина выступала кандидаткой въ Парижскую Академію Наукъ. По этому поводу возникли оживленные споры среди всѣхъ классовъ общества. Весь вопросъ сосредоточился на томъ, можетъ ли женщина засѣдать въ Академіи. Многимъ это казалось нежелательнымъ, но единственнымъ ихъ аргументомъ была традиція: они утверждали, будто выборъ женщины противится обычаямъ и уставамъ Академіи.

На этотъ разъ побѣда оказалась на сторонѣ традиціи; какъ извѣстно, Маріи Кюри нехватило двухъ голосовъ, чтобы быть избранной. Марія Кюри, не удостоенная избранія въ Академію Наукъ только потому, что она женщина, давно уже признана міровою наукою крупнѣйшей ученой величиной въ области физики.

Марія Складовская-Кюри, какъ извѣстно, по происхожденію полька (ея отецъ былъ учителемъ физики и математики въ Варшавѣ). Можно предполагать, что и это обстоятельство имѣло сильное вліяніе на результатъ послѣднихъ выборовъ въ Академію.

Интересно замѣтить, что Складовская-Кюри является второй женщиной, достигшей міровой извѣстности за свои научные труды. Первою была Софія Ковалевская: она жила въ половинѣ XIX вѣка, и ея имя связано съ рѣшеніемъ самыхъ важныхъ вопросовъ математическаго анализа. С. Ковалевская нашла благопріятную почву для своей научной дѣятельности въ Швеціи: она читала лекціи по математикѣ при Стокгольмскомъ университетѣ.

1. Лучи радія. Въ настоящей статьѣ я намѣренъ объяснить читателямъ „Нивы“, какое важное значеніе для современной науки имѣло открытіе радія: многія свойства этого тѣла на первый взглядъ противорѣчатъ основнымъ законамъ природы, вслѣдствіе чего явилось необходимымъ разсмотрѣть подробнѣе тѣ принципы, которыми выражаются эти законы, и вникнуть глубже въ ихъ сущность. Какъ сказано было въ предыдущей статьѣ, для объясненія свойствъ радіоактивныхъ тѣлъ предполагаютъ, что атомы этихъ тѣлъ постоянно подвергаются взрывамъ, вслѣдствіе которыхъ каждый атомъ распадается на три части: 1) на такъ называемые электроны, которыхъ зарядъ всегда отрицателенъ и представляетъ самое малое количество электричества, существующее отдѣльно въ свободномъ видѣ. Эти электроны выбрасываются съ неимовѣрной скоростью, которая достигаетъ почти скорости свѣта, т.-е. 300.000 клм. въ секунду, и образуютъ лучи 2) Вторая часть распавшагося атома не что иное, какъ атомъ гелія; заряженъ онъ положительнымъ электричествомъ, и скорость его гораздо меньше; тѣмъ не менѣе она достигаетъ 40.000 клм. въ секунду. Онъ образуетъ собою лучи а. Наконецъ оставшаяся часть, это — новый преобразованный атомъ, который въ нѣкоторыхъ случаяхъ можетъ подвергаться еще дальнѣйшимъ преобразованіямъ.

Съ открытіемъ этихъ лучей а и β въ первый разъ пришлось имѣть дѣло съ частицами матеріи, обладающими столь неимовѣрной скоростью; оказывается, что тогда частицы матеріи пріобрѣтаютъ совершенно новыя свойства, до сихъ поръ не наблюдаемыя въ матеріи; напримѣръ, никакія препятствія не въ состояніи задержать ея движенія: когда частица а встрѣчаетъ молекулу какого-нибудь тѣла, она проникаетъ насквозь и мчится далѣе, почти не сворачивая со своего пути, и такихъ встрѣчъ можетъ быть сотни тысячъ, прежде чѣмъ она будетъ замедлена въ своемъ движеніи! Явленія, которымъ даютъ начало лучи β, еще поразительнѣе, и для ихъ объясненія оказалось необходимымъ подвергнуть пересмотру самыя основныя начала нашего знанія, относящіяся къ такимъ первоначальнымъ понятіямъ, какъ время и пространство. Я къ этому вопросу намѣренъ возвратиться въ слѣдующей статьѣ, а теперь только вкратцѣ дамъ нѣсколько примѣровъ, чтобы показать, къ какимъ интереснымъ заключеніямъ приводятъ опыты надъ лучами β. Напримѣръ, приходится измѣнить понятіе длины, такъ какъ размѣры одного и того же тѣла не одинаковы, смотря по тому, находится ли оно въ движеніи, или нѣтъ: если, напримѣръ, линейка АВ движется отъ А до В, то разстояніе отъ А до В тѣмъ меньше, чѣмъ быстрѣе движеніе, при условіи, что сама линейка не измѣняется. Точно также, если мы имѣемъ два хронометра А и B, которые, какъ предполагаемъ, показываютъ время съ совершенною точностью, если первый изъ нихъ находится въ движеніи, а второй въ покоѣ, то послѣ нѣкотораго времени хронометръ А будетъ опаздывать но отношенію къ хронометру В, несмотря на то, что первоначально оба показывали одно и то же время. Какъ ни поразительными кажутся на первый взглядъ эти заключенія, они вытекаютъ очень просто изъ новаго начала, которое является обобщеніемъ общеизвѣстнаго закона относительнаго движенія.

2. Законъ сохраненія энергіи. Сохраненіе энергіи—самый основной законъ современной науки, самое важное ея пріобрѣтеніе; тѣмъ не менѣе нѣкоторое время можно было думать, что и отъ этого закона придется отказаться: его удалось спасти, но очень дорогой цѣной, а именно насчетъ другого закона: закона сохраненія химическихъ элементовъ, который нужно было признать невѣрнымъ.

Законъ сохраненія энергіи утверждаетъ, что „perpetuum mobile“ невозможно. Внѣшняя форма этого предложенія напоминаетъ извѣстную геометрическую теорему о квадратурѣ круга, т.-е, что невозможно при помощи циркуля и линейки построеніе отрѣзка прямой, длина котораго равнялась бы длинѣ данной окружности. Можно ли утверждать, что оба эти предложенія одинаково вѣроятны? Конечно, нѣтъ. Невозможность квадратуры круга, это—геометрическая теорема, и ее можно доказать, тогда какъ математическаго доказательства, что „perpetuum mobile“ невозможно, — нѣтъ. И въ геометріи есть истины, которыхъ до-казать нельзя—это аксіомы. Но невозможность „perpetuum mobile“ нельзя считать аксіомой. Она такъ далеко не очевидна, что даже въ послѣднее время, по опубликованной недавно статистикѣ, Лондонская Академія Наукъ получаетъ ежегодно въ большомъ количествѣ описанія приспособленій и машинъ, которыя будто должны осуществить „perpetuum mobile“. Трудно сказать, сколько труда и времени изобрѣтатели всѣхъ временъ и народовъ посвятили для достиженія этой цѣли. И неудивительно, такъ какъ она чрезвычайно заманчива. Всѣ ихъ усилія были направлены къ тому, чтобы построить машину, которая могла бы работать даромъ: разъ приведенная въ движеніе, она должна была дѣйствовать постоянно, безъ посторонней помощи и безъ всякихъ расходовъ.

Экономическое значеніе такого изобрѣтенія такъ велико, что оно повлекло бы за собой переворотъ всѣхъ условій жизни. Однако такой машины не удалось построить никому: всѣ попытки окончились неудачею. Наоборотъ, если принять а priori, что „perpetuum mobile“ невозможно, то это приводитъ къ заключеніямъ, которыя всегда оправдываются опытомъ и могутъ быть источникомъ весьма важныхъ открытій, слѣдовательно—очень полезны. Вотъ почему мы въ правѣ утверждать, что „perpetuum mobile“ невозможно; эту невозможность слѣдуетъ понимать въ самомъ широкомъ смыслѣ, какъ выражающую существенное свойство всѣхъ физическихъ явленій, т.-е.: мы не въ состояніи построить „perpetuum mobile“ не потому, что располагаемъ недостаточными средствами или что не умѣемъ рѣшить слишкомъ трудной для насъ задачи, а потому, что это существенно невозможно. Этотъ взглядъ находитъ строго-научное выраженіе въ принципѣ сохраненія энергіи, въ силу котораго безъ потери равнаго количества энергіи никакъ не можетъ быть произведена положительная работа. Возьмемъ, напримѣръ, паровую машину: движеніе поршня взадъ и впередъ приводитъ въ движеніе всѣ части механизма и, слѣдовательно,производитъ нѣкоторую работу; но въ то же время израсходуется нѣкоторое количество пара, а слѣдовательно—и угля; чѣмъ дольше работаетъ машина, тѣмъ больше сгораетъ угля. Итакъ, работа паровой машины производится насчетъ химической энергіи сгорающаго угля.

Теплота—также одинъ изъ видовъ энергіи; она чаще всего образуется насчетъ механической энергіи (треніе) или химической (напр., горѣніе), какъ это приходилось наблюдать каждому въ обыденной жизни. Поэтому, въ силу нашего принципа, мы въ правѣ утверждать, что не можетъ существовать тѣло, выдѣляющее постоянно теплоту, если это явленіе не сопровождается никакимъ другимъ явленіемъ, напримѣръ, измѣненіемъ самого тѣла. Однако такое тѣло, оказывается, существуетъ: радій, какъ показали Пьеръ и Марія Кюри, постоянно выдѣляетъ теплоту; мало того, онъ является источникомъ не только тепловой, но и электрической энергіи, несмотря на то, что самъ радій, повидимому, нисколько отъ этого не измѣняется: самыя точныя взвѣшиванія не обнаружили ни малѣйшей потери вѣса; вообще не удалось въ продолженіе цѣлаго ряда лѣтъ замѣтить никакого измѣненія въ его свойствахъ. Англійскій физикъ Штретъ построилъ приборъ, который, повидимому, доказываетъ, что возможно осуществить „perpetuum mobile“ при помощи радія. Этотъ приборъ состоитъ изъ стекляннаго баллона A, въ которомъ сверху находится углубленіе въ формѣ трубки В; вокругъ этой трубки находится мѣдный цилиндръ С на подножкѣ изъ кварца D, который, какъ извѣстно, не проводникъ. Цилиндръ С и стеклянная трубка В не должны соприкасаться. Къ боковой стѣнкѣ цилиндра привѣшенъ листокъ алюминія F, напротивъ котораго находится платиновая проволока Е. Изъ баллона A старательно выкачанъ воздухъ. Если въ трубку В бросить кусочекъ радія R, то оказывается, что листокъ алюминія F приходитъ въ движеніе—отъ стѣнки цилиндра до платиновой проволоки и обратно. Это движеніе объясняется тѣмъ, что алюминіевый листокъ и мѣдный цилиндръ заряжаются отрицательнымъ электричествомъ отъ электроновъ радія; вслѣдствіе этого алюминіевый листокъ F отталкивается отъ цилиндра С, приходитъ въ прикосновеніе съ платиновой проволокой Е, теряетъ свой зарядъ и возвращается къ начальному положенію: но тогда онъ опять отталкивается отъ цилиндра, и т. д. Необходимо изъ баллона А выкачать воздухъ, потому что отъ лучей радія воздухъ дѣлается проводникомъ электричества,—слѣдовательно, цилиндръ С не былъ бы изолированъ и также, какъ и листокъ алюминія F, постоянно терялъ бы сообщаемый ему радіемъ зарядъ.

Такой приборъ находится, между прочимъ, въ лабораторіи Маріи Кюри, въ Парижѣ. Онъ былъ построенъ шесть лѣтъ тому назадъ и теперь дѣйствуетъ такъ же хорошо, какъ и въ первый день: достаточно впустить радій въ трубку, чтобы привести алюминіевый листокъ въ движеніе: для того, чтобы листокъ не испортился слишкомъ скоро, послѣ каждаго опыта радій изъ трубки вынимаютъ, такъ что на практикѣ этотъ приборъ не дѣйствовалъ безъ остановки съ того времени, какъ былъ построенъ, но это— подробность, которая, въ сущности, не имѣетъ никакого значенія.

Слѣдуетъ ли заключить изъ этого опыта, что радій — неизсякаемый источникъ даровой энергіи, или же возможно иное заключеніе? Затрудненіе, оказывается, очень серьезное: приходится или признать принципъ сохраненія - энергіи невѣрнымъ, или же предположить, что описанное выше явленіе сопровождается другимъ, но что это другое явленіе для насъ незамѣтно, т.-е. мы его наблюдать непосредственно не можемъ или не умѣемъ. Это послѣднее предположеніе, конечно, очень возможно, такъ какъ по всей вѣроятности весьма многія явленія намъ еще совершенно неизвѣстны; съ другой стороны, признать законъ сохраненія энергіи невѣрнымъ, значитъ—разрушить всѣ основы современной физики; а на это можно рѣшиться только въ томъ случаѣ, когда никакого другого выхода нѣтъ. Итакъ, слѣдуетъ предположить, что радіоактивность—проявленіе новаго вида энергіи: источникомъ энергіи можетъ быть незамѣтное по своей незначительности измѣненіе самого радія, или же радій не подлежитъ никакому измѣненію, а энергію заимствуетъ отъ среды, въ которой находится. Обѣ гипотезы были сдѣланы Кюри одновременно. Первая изъ этихъ гипотезъ съ каждымъ днемъ становится все болѣе и болѣе вѣроятной, она въ настоящее время является основаніемъ всѣхъ нашихъ познаній, касающихся радіоактивности. Этой теоріи будетъ посвящена послѣдняя часть этой статьи. Тѣмъ не менѣе скажемъ нѣсколько словъ и о второй гипотезѣ. Кюри предположилъ, что радій заимствуетъ энергію отъ неизвѣстныхъ намъ лучей, которые поглощаются только радіоактивными тѣлами: эта энергія превращается затѣмъ въ электрическую и тепловую. Слѣдовало поэтому ожидать, что глубоко подъ землей радій станетъ выдѣлять менѣе теплоты, такъ какъ по крайней мѣрѣ часть энергіи, которую радій получаетъ отъ предположенныхъ нами лучей, должна быть поглощена землею. Для провѣрки Пьеръ Кюри спускался въ самыя глубокія копи, но его ожиданія не оправдались, и это объясненіе пришлось отбросить. Оно имѣетъ теперь только историческій интересъ.

Преобразованіе матеріи. Какъ объяснить радіоактивность? Гдѣ источникъ, откуда радій заимствуетъ обнаруживавшую имъ энергію? Отказаться отъ рѣшенія этого вопроса, значитъ—отбросить принципъ сохраненія энергіи со всѣми его послѣдствіями. Къ счастью, можно найти другой выходъ. Достаточно предположить для этого, что атомы радія подвергаются постоянному разрушенію, такъ что радіоактивность—явленіе, которое только сопровождаетъ преобразованіе самого атома: мы этого преобразованія наблюдать непосредственно не можемъ, потому что оно происходитъ очень медленно, такъ что на видъ радій никакому измѣненію не подвергается. Лучи а и β—не что иное, какъ продуктъ разрушенія атома.

Эта гипотеза удовлетворительно объясняетъ всѣ наблюдаемыя явленія и служитъ основаніемъ теоріи преобразованія радіоактивныхъ элементовъ. Между прочимъ, эта теорія позволила вычислить, что радій теряетъ половину своего вѣса въ 2.000 лѣтъ: поэтому неудивительно, что ст, тѣхъ поръ, какъ радій подвергнутъ наблюденіямъ, т.-е. въ сравнительно короткое время (десять лѣтъ), никакихъ измѣненій не замѣчалось.

Съ теченіемъ времени новые факты все болѣе и болѣе подтверждали эту теорію: но самымъ блестящимъ подтвержденіемъ было открытіе сэра Рамзая, который обнаружилъ постоянное образованіе гелія насчетъ радіоактивныхъ тѣлъ. Это явленіе, очевидно, не имѣетъ ничего общаго съ химической реакціей, такъ какъ радій не сложное тѣло, а элементъ, точно также, какъ и самъ гелій. Слѣдовательно, здѣсь происходитъ совершенно новое явленіе, изъ котораго, между прочимъ, можно заключить, что химическіе элементы нельзя считать послѣдними предѣлами разложенія матеріи. Такимъ образомъ научному изслѣдованію открывается новая, неизслѣдованная область: между химическими элементами оказываются связи и зависимости, которыя можно изучать экспериментально. Слѣдуетъ ожидать, что въ недалекомъ будущемъ удастся значительно расширить наши теперешнія свѣдѣнія, касающіяся строенія матеріи, и построить цѣлое новое ученіе о химическихъ элементахъ и о ихъ сродствѣ.

Итакъ, мы знаемъ, откуда берется энергія радія: она утаена въ самомъ атомѣ и обнаруживается тогда, когда атомъ подлежитъ преобразованію. Такимъ образомъ удалось сохранить одинъ принципъ, но зато пришлось признать невѣрнымъ принципъ сохраненія химическихъ элементовъ, въ силу котораго невозможнымъ являлось уничтоженіе или сотвореніе химическаго элемента, напримѣръ, превращеніе желѣза въ золото.

Оказывается, что цѣль, которую преслѣдовали алхимики, находитъ отчасти оправданіе въ современной наукѣ, но не вполнѣ, потому что алхимики старались найти, какими средствами можно достигнуть преобразованія одного элемента въ другой, тогда какъ мы совершенно не въ состояніи имѣть ни малѣйшаго вліянія на процессъ преобразованія радія въ гелій: мы не можемъ ни ускорить ни замедлить его никакими внѣшними средствами. Напрасно Кюри нагрѣвалъ радій до бѣлаго каленія, охлаждалъ его до температуры жидкаго водорода. Ни температура ни высшее напряженіе электрической или магнетической силы не оказываютъ ни малѣйшаго дѣйствія, такъ что можно высказать законъ, что преобразованіе атомовъ радія, т.-е. его радіоактивность, ничуть не зависитъ отъ внѣшнихъ, физическихъ условій.

Не можетъ быть, конечно, и рѣчи о томъ, чтобы въ краткой статьѣ исчерпать такой обширный предметъ, какъ ученіе о радіоактивности, которому посвящены цѣлые томы и даже спеціальныя періодическія изданія. Каждый день приноситъ новые результаты; производятся новые опыты; открываются новые пути примѣненія радія, напримѣръ, въ геологіи, въ медицинѣ. Цѣль нашей статьи—доказать, что открытіе радія можно поставить на ряду съ самыми важными открытіями прошлыхъ столѣтій. Передъ нами открылся, благодаря трудамъ Пьера и Маріи Кюри, цѣлый невѣдомый міръ новыхъ явленій, и уже многіе научные взгляды подверглись, благодаря имъ, коренному перевороту. Поэтому неудивительно, что желаніе изучить эти новыя явленія привлекаетъ цѣлыми массами молодыхъ ученыхъ изъ всѣхъ странъ Европы. Всѣ они въ правѣ надѣяться, что ихъ усилія увѣнчаются успѣхомъ, такъ какъ поле для изслѣдованій громадное.

Niva-1911-11-cover.png

Содержание №11 1911г.: ТЕКСТЪ. Сфинксъ. Одна изъ легендъ русской исторіи. П. П. Гнѣдича.—Изъ новыхъ стихотвореній Д. Ратгауза.—Часы съ будильникомъ. Разсказъ изъ духовнаго быта. И. Н. Потапенко. — Радій и научныя послѣдствія его открытія. Очеркъ Ж. Данича. — Бюджетныя пренія въ Гос. Думѣ (Вопросы внутренней жизни).—Пожаръ въ кинематографѣ на ст. Бологое.—Къ рисункамъ.—„Ужасы“.—Заявленіе.—Объявленія.

РИСУНКИ. Этюдъ.—Выставка картинъ московскихъ любителей-коллекціонеровъ (14 рисунковъ),—Король Фридрихъ предъ умершей св. Елисаветой.—Лабораторія Маріи Кюри въ Парижѣ (1 портретъ и 4 рисунка). — „19 февраля 1861 г.“. Крестьяне-члены Г. Думы во главѣ съ предсѣдателемъ А, И. Гучковымъ и товарищами предсѣдателя кн. В. М. Волконскимъ и М. Я. Капустинымъ, и предсѣдатель Совѣта министровъ П. А. Столыпинъ на открытіи памятнику Царю-Освободителю.—Пожаръ кинематографа на ст. Бологое (2 рисунка).—Ѳ. П. Чумаковъ.

Къ этому № прилагается „Полнаго собранія сочиненій Л. А. Мея“ кн. 2.

г. XLII. Выданъ: 12 марта 1911 г. Редакторъ: В. Я. Светловъ. Редакторъ-Издат.: Л. Ф. Марксъ.