Ирина Радунская - Безумные идеи

Размышляя над загадкой глубинных взрывов, рождающих драгоценные зерна алмазов, ученые пришли к любопытному выводу. Что, если алмазы образовались из углерода, растворенного в расплавленном кимберлите? В условиях высоких температур и очень высоких давлений он вполне мог кристаллизоваться в виде алмаза. А затем в результате прорыва этих пород алмазы были подняты на земную поверхность. Такие алмазоносные трубки и были некогда найдены в Южной Африке, Америке, Австралии. Такова и знаменитая трубка «Мир», найденная у нас в Сибири.

Вот почему все охотники за искусственными алмазами прежде всего использовали испытанный метод – взрыв.

Исключение составлял, пожалуй, лишь один из исследователей – француз Муассан. Он знал, что алмазы находили в метеоритах – обломках далеких звездных миров. Слышал он и о том, что алмазы встречались не во всех метеоритах, а только в тех, которые состояли из почти чистого железа. Вот Муассан и решил попытаться сделать искусственные алмазоносные метеориты. Он расплавил железо, бросил в него несколько кусков угля и через некоторое время быстро охладил это варево водой. Представьте себе, Муассан объявил, что добился успеха! По его словам, ему удалось таким путем получить искусственные алмазы. Но опять-таки странное дело: сколько ни бились другие ученые, повторить опыт Муассана им не удавалось. Вернее, опыт-то они повторяли, и даже очень тщательно, только алмазы при этом не получались.

Как ни мудрили охотники за искусственными алмазами, обогатиться на этом поприще им так и не удалось. Результаты опытов были ничтожны. В лучшем случае это были дешевые блестящие камешки. Но чаще всего трудоемкие эксперименты дарили лишь золу и пепел. Сколько же было истрачено зря полезных и ценных материалов!

Впрочем, совсем не зря. Бесценными для науки оказались сами опыты. Они помогли родиться физике сверхвысоких давлений.

От охлаждения к сжатию

В тридцатых годах нашего столетия физики и химики начали уделять особое внимание изучению веществ при очень низких температурах.

Казалось крайне заманчивым заглянуть внутрь вещества, скованного морозом, когда его обычно подвижные, «полные жизни» атомы как бы впадают в зимнюю спячку. Тогда они меньше взаимодействуют между собой, их легче «рассмотреть», удобнее изучить.

Ученые, которые выбрали своей специальностью физику низких температур, занимали в науке особое место. Они, пожалуй, несколько напоминали... охотников за тайнами морского дна. Исследователь подводного мира не станет спускаться на дно в сильную волну. Ему будут мешать песок, ил, обрывки водорослей, замутившие воду. Нет, для знакомства с жизнью моря он выберет тихий день, когда вода прозрачна и ясно видно каждое движение подводных растений, легко наблюдать повадки крупных рыб и даже маленьких рачков, креветок и мальков.

Для охотников за тайнами, скрытыми в глубинах вещества, тоже важна «погода» в этом своеобразном мире. Чем выше температура, тем оживленнее ведут себя атомы и молекулы, из которых состоит тело. И в этом интенсивном общем движении частичек материи теряются, скрываются от глаз наблюдателя особенности жизни каждой отдельной частички. А ведь от них зависят поведение и особенности всего вещества в целом.

Вот почему ученые прибегли к охлаждению веществ. Они правильно предположили, что при этом станут более доступными тонкие эффекты поведения отдельных частичек.

Первая лаборатория по изучению низких температур в Советском Союзе была открыта в Харькове. Она стала центром притяжения многих талантливых молодых физиков. Среди них был и Леонид Федорович Верещагин, ныне действительный член Академии наук.

– Основной трудностью, с которой столкнулся коллектив лаборатории, – вспоминает Леонид Федорович, – была проблема глубокого охлаждения. Нас особенно интересовала, конечно, самая низкая в природе температура или хотя бы близкая к ней. А это минус 273 градуса Цельсия, или абсолютный нуль по шкале Кельвина. Получить такую температуру очень трудно. Для этого надо строить громоздкие машины искусственного климата, в которых можно было бы создать более чем арктический мороз. И вот однажды у нас появилась идея. Тело при охлаждении уменьшается в объеме. А при очень низкой температуре вещества сжимаются особенно сильно. Холод поступает с ними точь-в-точь как высокое давление. Вот мы и подумали: охладить вещество сложно и трудно. Так не удобнее ли заменить охлаждение сжатием?

И Леонид Федорович рассказывает об одном из самых первых опытов.

В сосуде – кислород. Его не видно – это бесцветный газ. Но вот сосуд ставят в установку искусственного климата. Сильно охлажденный кислород превращается в бледно-голубую жидкость. Скорость хаотического движения молекул уменьшается, газ как бы застывает. Если сосуд встряхнуть, будет полное впечатление, что в нем подкрашенная вода.

Годами для получения жидкого кислорода и других газов ученые пользовались специальной сложной аппаратурой.

Но вот однажды, вместо того чтобы поместить кислород в машину искусственного климата, его сжали поршнем. Сначала газ оставался бесцветным. Тогда его сжали еще сильнее. Кислород начал голубеть, послушно превращаясь в жидкость.

Первые же опыты применения высокого давления вместо низкой температуры для изучения строения вещества убедили в огромных перспективах нового метода.

Верещагин страстно увлекся новой областью физики. Где только можно, он заменял охлаждение сжатием. Одно за другим он исследовал новым методом самые различные вещества: жидкости, газы, твердые тела. Об опытах молодого физика заговорили. Его попросили доложить о своей работе в Москве.

Доклад харьковчанина услышал академик Зелинский и просто «заболел» высоким давлением. Это был удивительный человек, его недаром считали классиком органической химии. Широко образованный, влюбленный в науку, он чутко прислушивался к веянию времени. Маститый химик считал, что для изучения веществ необходимо сочетать физические и химические методы, что введение физических методов исследования и воздействия на вещество послужит ключом к развитию' химии будущего. Конечно, любил говорить он, вовсе не обязательно химикам становиться физиками, а физикам химиками. Но они должны дополнять друг друга, действовать согласованно на трудных дорогах, ведущих в мир атомов и молекул.

Зелинский создал в руководимом им тогда Институте органической химии Академии наук СССР лабораторию сверхвысоких давлений, возглавить которую пригласил молодого харьковского ученого. Так была создана первая в Союзе лаборатория сверхвысоких давлений, которая превратилась в 1954 году, уже после смерти академика, в самостоятельную организацию, а с лета 1958 года в Институт физики сверхвысоких давлений Академии наук СССР.