Валентин Азерников - Физика. Великие открытия

Когда в первый раз Вальта и Харитон провели опыт при давлении в сотую долю атмосферы, как ни старались они рассмотреть, так ничего и не увидели. Совсем ничего. Никакого свечения.

Все ясно, решили они, что-то напутали в приборе. Зиночка взволновалась страшно: первый шаг — и первая неудача, прибор ведь она собирала. Проверили всю схему; сначала она сама, потом Юлий Борисович. Ничего компрометирующего не нашли. Снова откачали воздух из колбы, снова подогрели ее, снова впустили кислород. И снова — никакого тебе свечения. Не то чтобы усиления его — даже того, что наблюдали обычно при атмосферном давлении, и то нет. Вот уж, действительно, полный мрак неизвестности!

Юлий Борисович Харитон 1904–1996

Начали в третий раз. Установили давление повыше. Пустили кислород. Фосфор заполыхал таинственным светом. Пошло окисление: фосфор соединялся с кислородом, тая, словно Снегурочка. Регистрируя убыль кислорода в системе, медленно опускался вниз столбик ртутного манометра. И вдруг замер. И тотчас потухло свечение. Реакция остановилась.

Четвертый, пятый, десятый раз повторяют опыт Зина и Юлий Борисович — словно дьявол поселился в их колбе: выше определенного критического давления реакция идет, ниже — не идет. А должно, по их предположению, не то чтобы совсем наоборот, но нечто вроде. Причем, поскольку давление кислорода в ходе реакции неизбежно падало, приходил момент, когда в колбе воцарялось то самое критическое давление и окисление словно автоматически прекращалось. И жди, не жди — дальше не идет. По двое суток стерегли растерянные ученые, надеясь, что дьявол неудачи изгонится каким-то образом из установки и она оживет: и сидели, и смотрели, и боялись пропустить этот момент, хотя чего бояться — он сразу бы стал виден. Но, увы, божественный свет истины погас, словно прикрытый чьей-то злой рукой.

Но стоило впустить в колбу малую толику кислорода, и свечение опять появлялось. Это было очень удивительно. Но еще более возросло удивление ученых, когда реакция ожила при добавлении в сосуд не кислорода даже, а небольшого количества аргона. Понять сие уж вовсе было нельзя: инертный газ, называемый так потому, что он не способен вступать в химические реакции, восстанавливал реакционную способность кислорода. Нет, положительно в лаборатории электронных явлений происходило нечто, что могло бы дать повод недоброжелателям переименовать ее в лабораторию странных явлений.

Но, как остроумно заметил один ученый, задача науки — объяснять то, что нельзя понять. И Семенов, заинтересованный не меньше, чем Харитон и Вальта, вместе с ними стал подбирать какой-нибудь теоретический ключ к непонятному экспериментальному парадоксу. Возились они возились, и так пытались и этак — ничего не получалось. Нельзя было с помощью существующих теоретических представлений объяснить то, что они сами же вызвали к жизни.

А время шло, а другие дела — нормальные и понятные — требовали к себе внимания, а Харитону уезжать надо за границу, на стажировку, а одной Зиночке здесь уж, ясное дело, не управиться, когда и втроем ничего не выходило, и что было делать в такой ситуации? Не сказать всем о том, что они обнаружили, нельзя, а сказать по этому поводу нечего; порешили выбрать золотую середину: ничего не объясняя, просто описать в статье экспериментальную находку.

Вскоре статья за подписью Юлия Харитона и Зинаиды Вальта была опубликована в двух журналах — у нас в стране и в Германии. Ученые посчитали на этом свой долг исполненным и перешли от бесплодного изучения мистических явлений к делам земным. Ю. Б. Харитон, как и собирался, уехал за рубеж; Зиночка, расстроенная, вероятно, своим неудачным дебютом в науке, почти конфузом, оставила лабораторию, куда еще недавно так стремилась, и перешла в аспирантуру другого института; а Николай Николаевич, по-видимому, вздохнул с облегчением, когда с его плеч упали сразу две горы: необъяснимый эксперимент и сотрудница, требующая объяснить ей, что делать дальше.

И открытие не состоялось.

Через тридцать пять лет после этого дня Николай Николаевич Семенов, уже умудренный жизнью, познавший цену неожиданностям в науке и понявший в полной мере долг исследователя, написал: «Никогда не следует проходить мимо неожиданных и непонятных явлений, с которыми невзначай встречаешься в эксперименте. Самое важное в эксперименте — это вовсе не то, что подтверждает уже существующую, пусть даже вашу собственную теорию (хотя это тоже, конечно, нужно). Самое важное то, что ей ярко противоречит.

В этом диалектика развития науки».

Но тогда, в 1925 году, двадцатидевятилетний физик чуть было не упустил открытие разветвленных цепных реакций и Нобелевскую премию — он расстался со своей идеей, мысленно засунув ее обратно в стол как негодную или, во всяком случае, неактуальную теперь, и, как признал сам позже, не думал к ней возвращаться.

И не вернулся бы, если бы статью Вальта и Харитона не прочел Макс Боденштейн и не расчехвостил ее по всем пунктам.

Боденштейн был крупным немецким химиком, известным прежде всего тем, что за двенадцать лет до этого открыл цепные неразветвленные реакции. Он обнаружил вначале, что при соединении хлора с водородом реакция идет не так, как положено по старой доброй теории реакционной способности, а в сто тысяч раз быстрее. Считалось, что для взаимодействия двух газов молекула хлора должна сначала поглотить квант света, возбудиться и только тогда уже стать способной к взаимодействию с водородом. И если это так, то для каждого элементарного акта в реакции требовался один квант света.

А Боденштейн посчитал, что поглощение всего одного кванта света приводит к сотне тысяч химических взаимодействий. Сам он вначале не мог объяснить этого парадокса. Объяснение ему дал в 1918 году выдающийся немецкий физико-химик Вальтер Нернст, предположивший, что при поглощении кванта энергии молекула хлора разлагается на два атома, каждый из которых очень агрессивен. Поэтому он легко реагирует с молекулой водорода, состоящей также из двух атомов, образуя хлористый водород и свободный атом водорода. Тот в свою очередь реагирует с двухатомной молекулой хлора, и все повторяется. Реакция идет, как по цепи, она и называется цепной реакцией. А в тот момент, когда возбужденный атом хлора сталкивается с какой-нибудь инертной молекулой, способной забрать у него часть его энергии, атом успокаивается — происходит, как говорят, обрыв цепи, реакция останавливается. Точно так же она может затухнуть, если атом отдаст избыток энергии стенке сосуда, ударившись о нее.