Валентин Рич - Неоконченная история искусственных алмазов

Однако наука вряд ли могла удовлетвориться одной только практической пользой. И нужен был человек, который ухватится за не очень понятную для большинства задачу — сделать удобные и надежные аппараты, способные поддерживать давление в тысячу и более атмосфер.

Эту задачу поставил перед собой в 30-х годах профессор физики Гарвардского университета Перси Уильям Бриджмен.

Тот же вопрос: думал ли он тогда об искусственных алмазах?

Позже, в 40-е годы, один английский физик обронил такую фразу: «В течение последних ста лет главным стимулом и основным побуждением к развитию техники высоких давлений было стремление синтезировать алмаз». Однако же никаких серьезных свидетельств тому, что профессор Бриджмен, рассчитывал сделать алмаз, яе существует. Достоверно одно — в 1908 г., получив докторскую степень, Бриджмен начал возиться с нехитрыми механизмами, довольно похожими на велосипедный насос.

Поршень, площадь которого примерно пятикопеечная монета, гонит в шину струйки воздуха не толще швейной иглы — примерно такой диаметр отверстия в ниппеле. Это — велосипедный насос, а у профессора Бриджмена давление, приложенное к широкой стороне ступенчатого поршня, повышалось на его другом, узком конце, входящем в узкий цилиндр. Если верхний поршень больше нижнего в 10 раз, то повысить давление можно тоже в 10 раз — за один прием. За, два — в сто раз, за три — в 1000 раз, за четыре… Просто!

Однако кажущаяся простота оборачивалась на деле непреодолимой сложностью конструкции. Как только число ступеней — цилиндров и поршней — превышало две, установка не желала работать.

И еще одна трудность — и тоже кардинальная — была с материалами, потому что подвергать вещества высокому давлению предстояло в каком-то замкнутом объеме, в какой-то камере, и ее надо было из чего-то сделать. А у самой прочной стали есть свой предел прочности, после которого сталь разорвется и камера высокого давления вместе с исследуемым, веществом разлетится по лаборатории, как разорвавшаяся бомба.

Прошло несколько лет, прежде чем Бриджмену удалось сконструировать аппарат, в котором на 1 см 2поверхности испытуемого вещества приходилось около 15 т.

Теперь началось самое интересное.

Доктор Бриджмен, которому в тот год исполнилось тридцать два, притащил в лабораторию дюжину сырых яиц. Это было самым началом его опытов со столь основательной «машиной» — десяток тысяч атмосфер! — поэтому, при желании, можно даже притянуть к характеристике названного предмета исследования (куриных яиц) латинское выражение ab ovo — от яйца, в смысле «с самого начала».

Полетела в ящик для мусора скорлупа, прозрачным яичным белком наполнили стальную облатку камеры высокого давления.

С лязгомг захлопнута тяжелая крышка пресса. Гудит мотор компрессора, нагнетающего масло в гидравлическую систему. Медленно ползет Стрелка манометра: 100, 200, 500, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000… Стоп!

Замолк компрессор. Через несколько минут Бриджмен откупорил первую камеру.

Вместо сырого белка перед ним был вареный. Твердый, белый, упругий белок — как из крутого яйца!

Одну за другой ставит лаборант под поршень камеры облатки с белком. Раз за разом белок свертывается — при комнатной температуре. Все куриные яйца реагируют на давление однозначно.

На следующий день в лаборатории Бриджмена «готовят мясо». Точнее, подвергают высокому давлению мясной белок коллаген.

Результат получается точно таким же: белок свертывается.

Бриджмен: решает испытать органическое вещество искусственного происхождения, идет в химическую лабораторию, советуется с коллегами и возвращается к себе со склянкой бесцветной жидкости — изопрена.

Опять лязгают дверцы пресса, опятз? гудит компрессор, и после окончания опыта Бриджмен задумчиво раскатывает в пальцах упругий комок чего-то прозрачного, больше всего похожего на каучук. Он мог бы воскликнуть: «Синтетический полимер!», но термин этот еще не был в употреблении в 20-х годах. А в статье об удивительном поведении органических веществ под давлением Бриджмен написал так: «Природа этих процессов да сих пор совершенно не разгадана, но результаты опытов во всяком случае наводят на мысль, что давление во многих органических соединениях может вызвать необратимые реакции».

Разгадывать природу «этих процессов» — полимеризацию органических веществ под давлением — предстояло другим. А Бриджмен решил испытать под прессом фосфор (есть ли другое вещество, легче перестраивающее свою структуру?).

Белый фосфор прозрачен и мягок, похож на воск и почему-то светится в темноте; достаточно слегка нагреть его в любой пробирке, и он тут же превращается в темнокрасный порошок — вещество, довольно заурядное.

Может быть, под давлением произойдет…

К удивлению Бриджмена, красный фосфор ни во что иное превращаться под давлением не стал.

Тогда он принялся за белый.

Много раз белый фосфор превращался у него в красный, словно и не было никаких атмосфер. Но однажды, доведя давление до 12 000, Бриджмен извлек из камеры нечто новое: темные, почти черные крупинки с металлическим блеском, гораздо тяжелее, чем красный (не говоря уж про белый) фосфор. И не только блеском походили они на металл: черный фосфор хорошо проводил тепло и электричество.

Неметалл превратился в металл. Изменились не только свойства. Изменилась внутренняя структура вещества.

Над многими еще веществами колдовал потом Бриджмен. Пожалуй, самые неожиданные свойства обнаружило под давлением самое обычное и, вместе с тем, самое загадочное вещество — обыкновенная вода.

Бриджмен пробовал замораживать воду, одновременно сжимая ее. И вот в одном из опытов, когда температура в камере понизилась до — 20°, а давление повысилось почти до 2000 атм, вода превратилась в необыкновенный лед, который не всплывал, а тонул в воде. (Если бы такой лед получался сам по себе, в обычных условиях, на нашей планете, по всей вероятности, некому было бы ставить с ним опыты.)

Удивительными изменениями свойств вещества под высоким давлением интересовался в те времена, конечно, не только Бриджмен.

В 1930 г. в аспирантуру харьковского Физико-технического института (УФТИ) был принят тридцатилетний физик Леонид Федорович Верещагин. Тема работы аспиранта Верещагина: как будет вести себя твердое тело, подвергнутое давлению в десятки тысяч атмосфер. (К этому времени Бриджмен был уже профессором Гарвардского университета. Как раз в 1930 г. вышла его книга «Физика высоких давлений». Никаких ссылок на исследования по физике высоких давлений в СССР в ней, естественно, не имеется. Принятого теперь выражения «сверхвысокое давление» в те годы тоже еще не употребляли.) Для исследований Верещагину понадобились аппараты высокого давления. Их тоже не было, или они были плохими. И Верещагин, как до него Бриджмен, занялся аппаратами.