Маргарита Рютова-Кемоклидзе - Квантовый возраст

К концу XIX в. наступило время уверенности и чувства полной власти над природой. Уже были изобретены телефонный аппарат и фонограф, уже работали паровая турбина и двигатель внутреннего сгорания, скоро должно было родиться радио. Стройные законы, покоящиеся на классической механике Галилея и Ньютона, на электродинамике Максвелла, казались созданными навечно. Воздух был пропитан идеями чудесных изобретений.

«На горизонте классической физики были два темных облака, омрачавших ее чистое небо: опыт Майкельсона и проблема распределения энергии в спектре черного излучения» [4, с. 143].

В 1879 г. американские газеты сообщили о том, что на научном горизонте Америки появилась новая яркая звезда. Младший лейтенант морской службы Альберт Майкельсон, которому нет еще 27 лет, добился выдающегося успеха в области оптики: он измерил скорость света [5, с. 11]. Майкельсон не только провел измерения с большой точностью, но неопровержимо доказал, что скорость света не зависит от движения Земли. Это утверждение прямо противоречило законам классической механики Ньютона, согласно которой скорость луча света, идущего в одном с Землей направлении, должна быть больше скорости луча, идущего в обратном направлении. Но ни ошеломляющий результат опыта Майкельсона, ни спектр излучения нагретого тела, который не поддавался объяснению на основе существующих теорий, не беспокоили особенно старых физиков. Нельзя было не признать возникшие противоречия, нельзя было не видеть эти «два облачка», но уверенным в своих твердых знаниях физикам казалось, что так или иначе все когда-нибудь и как-нибудь сойдется. Казалось, эти маленькие противоречия не могут помешать близкому и полному завершению картины о силах, действующих в природе, единой картины, до которой осталось всего несколько шагов. И ученые, все еще оставаясь учеными-одиночками, в своих маленьких лабораториях и «задних комнатах» неторопливо и с наслаждением занимались своим ремеслом.

Хаос возник внезапно.

В ноябре 1895 г. Вильгельм Конрад Рентген, «в то время незаметный профессор физики в Вюрцбурге, купил одну из новых катодно-лучевых трубок с целью выяснения ее внутреннего механизма. Уже через неделю он натолкнулся на загадочное явление, имевшее место снаружи трубки: из нее исходило нечто, имевшее свойства, существование которых в природе до сих пор нельзя было себе представить; нечто, заставлявшее флюоресцирующие экраны светиться в темноте и затемнявшее фотографические пластинки через черную бумагу. При этом получались весьма удивительные фотографии — фотографии, показывавшие наличие монет в кошельках и костей в руке. Рентген не знал, что представляло собой это „нечто“, поэтому он назвал его „X-лучом“… Такой луч мог увидеть каждый, и неудивительно, что уже через несколько дней известие о нем облетело весь мир; оно стало темой бесчисленных острот в мюзик-холлах, а через несколько недель все без исключения крупные физики повторили этот опыт для себя и демонстрировали перед изумленной публикой» [3, с. 400].

Не прошло и трех месяцев после открытия Рентгена, как профессор Политехнической школы в Париже Антуан Анри Беккерель, наследник прекрасной коллекции фосфоресцирующих веществ, собранной его дедом и отцом, решил проверить, не обладают ли холодные лучи обычных флюоресцирующих минералов и солей свойствами, подобными свойствам лучей Рентгена. Исследование фосфоресценции и люминесценции было фамильным делом Беккерелей. Дед Антуана, Анри Антуан Сезар Беккерель, офицер инженерных войск Франции, уже в зрелом возрасте стал профессором физики и членом Парижской академии наук. Свою долгую жизнь он посвятил исследованию свойств фосфоресценции и флюоресценции. Открыл прозрачность некоторых веществ для ультрафиолетовых лучей, первым дал описание диамагнитных свойств веществ. Сын Антуана Сезара, Александр Эдмон, продолжая дело отца и в течение многих лет сотрудничая с ним (Эдмон пережил отца всего на 12 лет), разработал научную классификацию явлений фосфоресценции, установил основные закономерности этих явлений.

Дело отца и деда продолжал Антуан Анри Беккерель. Ему было 44 года, когда известие о необыкновенных лучах Рентгена, с помощью которых можно было «увидеть собственные кости», облетело мир. Анри Беккерель выбрал несколько экземпляров из огромной коллекции фосфоресцирующих веществ и подверг их длительному облучению солнечным светом. Результат оказался отрицательным: яркие лучи так тщательно облученных фосфоресцирующих веществ не проникали через материю. Беккерель сменил образцы. Среди новых, совершенно случайных образцов оказались чешуйки солей урана. Именно эти чешуйки и остались отпечатанными на фотографической пластинке, плотно защищенной черной бумагой. Это была удача, но какая! Вместо солей урана Беккерель мог взять любое другое вещество и вообще перебрать всю коллекцию и получил бы отрицательный результат. Но тогда, после первых следов чешуек, Беккерель, конечно, не знал, что это была редкая случайность, тем более не подозревал, что открыл совершенно новое явление природы. Это явление спустя три года супруги Кюри подтвердят на других элементах, далеко не фосфоресцирующих, и назовут радиоактивностью. А пока опыт с чешуйками только дал надежду Беккерелю на открытие того, что он искал, на сходство лучей холодных фосфоресцирующих веществ, предварительно хорошо облученных солнечным светом, с рентгеновскими лучами.

Но еще одна ошеломляющая случайность убедила его в том, что он столкнулся с загадочным явлением, ничего общего не имеющим со свойствами рентгеновских лучей. Чтобы подтвердить и проверить результат, полученный с чешуйками, Беккерель выбрал новый образец солей урана и приготовился облучать его лучами солнца. Но два дня кряду выдались пасмурными, солнце не показывалось, и Беккерель сложил приготовленные для опыта вещи — фотопластинку, завернутую в плотную черную ткань, алюминиевую пластинку, тонкий медный крест на ней и поверх всего этого кусочек соли урана — в ящик стола. Через несколько дней Беккерель проявил фотопластинку, пролежавшую в темном ящике стола, и обнаружил на ней четкий контур медного креста. Получалось, что соли урана самопроизвольно излучают лучи, способные проникать сквозь черную ткань и алюминиевую пластинку даже без предварительного облучения образца.

Откуда же бралась энергия излучения, да еще весьма существенная? Если в первом опыте можно было предположить, что образец поглощает энергию солнечных лучей и затем эта энергия трансформируется в энергию излучения, то на этот раз никакая энергия не поглощалась и абсолютно инертное химическое вещество излучало непонятно откуда бравшуюся энергию. Это прямо противоречило закону сохранения энергии и никакому объяснению, конечно, не поддавалось. Беккерель испытывал и другие образцы, но все попытки с самыми разными веществами, не содержащими урана, ничего подобного не дали. Зато все соединения урана, фосфоресцирующие и нефосфоресцирующие, в сухом виде или в растворе, испускали одно и то же излучение, интенсивность которого зависела только от количества урана в соединении. Стало ясно, что свойство самопроизвольно, без какой-либо обработки образца, излучать таинственные лучи присуще только урану.