Юрий Фиалков - Свет невидимого

• Название: Свет невидимого
• Автор: Юрий Фиалков
• Издательство: Детская литература
• Жанр: Детская образовательная литература
• Год: 1984

Книга эта о радиоактивности. Той самой радиоактивности, которая была открыта на рубеже XIX и XX веков и которая во многом определила развитие не только физики, но и всех иных разделов естествознания.

Без малого два десятилетия назад автор уже написал книгу о том, как явление радиоактивности послужило химии и геологии, медицине и археологии, биологии и космогонии («Ядро — выстрел!», издательство «Детская литература», 1966 г.). Но события в науке в наше время развиваются стремительно. Вот почему автору свою прежнюю книгу пришлось существенно переработать и дать ей другое название.

---

Рассудительный (укоризненно). Но, коллега…

Вспыльчивый. Нет, коллега, именно черт, быть может, только и знает, в чем здесь дело, нормальному человеку разобраться в этом никак нельзя. Посудите сами, инертных газов в атмосфере очень мало, и объяснение этому найдено, как я понимаю, достаточно убедительное.

Недоверчивый. Да?

Вспыльчивый. Но почему, скажите мне, почему аргона в воздухе в тысячу раз больше, чем остальных инертных газов вместе взятых, в ты-ся-чу!

Рассудительный. В тысячу пятьдесят раз.

Недоверчивый. Ого!

Вспыльчивый. Вот, если бы таким высоким содержанием в воздухе характеризовался гелий, это можно было бы еще как-то объяснить.

Недоверчивый. Да-а?

Вспыльчивый. Конечно! Ведь гелий выделяется при радиоактивном распаде многих элементов — урана, тория, радия…

Рассудительный. Но вы забываете, коллега, что гелий — легчайший из инертных газов, поэтому он легче всего покидает атмосферу. Вероятность отправиться странствовать в межпланетное пространство у гелия куда выше, чем у остальных инертных газов.

Недоверчивый: Да ну?..

Вспыльчивый. Тогда я не возражал бы против того, чтобы наиболее распространенным среди инертных газов атмосферы оказался радон — он ведь самый тяжелый.

Недоверчивый. Гм-м…

Рассудительный. Ну, на радон как раз надежд мало. Ведь он радиоактивен, и период полураспада этого элемента составляет всего четверо суток. Посудите, может такой газ накапливаться в атмосфере?

Недоверчивый (злорадно). Ага!

Вспыльчивый. Тогда ксенон. Именно он должен быть самым распространенным инертным газом.

Рассудительный. С этим трудно не согласиться.

Недоверчивый. Но ведь преобладающим все же является аргон! Почему же, почему?

Рассудительный, Вспыльчивый (вместе). Почему?..

Я намеренно не назвал профессии наших спорщиков. Проблема аргона занимала умы представителей многих наук. Удивлялись химики. Поражались геологи. Изумлялись геохимики. Недоумевали физики. Никто не оставался равнодушным, когда заходила речь о своенравном обитателе клетки № 18.

* * *

Так бывает при сплаве леса. Достаточно одному бревну зацепиться за корягу, как тотчас же возникает затор, бревна громоздятся друг на друга, образуя причудливые нагромождения, а сплавщики в низовьях недоумевают: куда девался лес?..

Так же вокруг одного загадочного аргона стали громоздиться десятки других проблем, которые не могли быть решены, пока не были сняты вопросительные знаки, окружающие этот элемент.

Распутать клубок помогло открытие, которое, на первый взгляд, не имело никакого отношения к аргону.

* * *

Чтобы там ни говорили ревнители строгого искусства, а хороший детективный фильм посмотреть всегда интересно. Непонятное и таинственное преступление. Задумчивые лица полицейских инспекторов. Сыщики ищут преступников среди родственников и знакомых убитого. А убийцей оказывается швейцар ресторана, которого нам на полторы секунды показали где-то в начале фильма.

История с загадками аргона очень походила на такой детективный фильм. С такими же озабоченными лицами ходили «сыщики» — исследователи проблемы аргона. И так же вначале было совершенно неясно, где искать «преступника» — разгадку проблемы. И так же выдвигались различные версии, которые затем опровергались ходом «розыска». Недостатка в этих версиях не было.

Вот хотя бы предположение одного весьма прыткого «детектива». Он предложил искать «виновных» среди «родственников» аргона. По его мнению, аргон образуется в атмосфере при слиянии неона и криптона. Поэтому, дескать, неон и криптон из атмосферы мало-помалу исчезают, а аргон, напротив, накапливается.

Проверили, посмеялись и забыли.

Занялись другой версией: все инертные газы, за исключением аргона, радиоактивны. Поэтому они распадаются, и относительное содержание аргона в атмосфере постепенно повышается. Но «сыщики», отправившиеся по этому следу, также вернулись ни с чем.

И тут-то на «полторы секунды» — в небольшой журнальной заметке промелькнул истинный виновник сумятицы. Появилось сообщение о том, что доказана естественная радиоактивность калия.

«Аргонавты» — так прозвали досужие острословы исследователей, бившихся над загадками аргона, — не обратили внимания на эту заметку. Они занимались инертными газами и не могли отвлекаться ради давно известного и хорошо исследованного калия. «Швейцар» ничем не привлек их внимания.

Калий действительно оказался истинным виновником всех загадок аргона.

И после того как был найден этот виновник, картина «преступления» раскрылась сразу и во всей полноте.

Естественными радиоактивными свойствами обладает один из изотопов калия — калий с атомной массой 40. Распространение этого изотопа в природе крайне невелико — около одной сотой доли процента. Большая же часть атомов, составляющих природный калий, характеризуется массовым числом 39. Поэтому атомная масса калия близка (чуть превышает) 39.

Радиоактивность калия-40 весьма хитрого и, по-видимому, еще незнакомого читателю свойства: в атомах этого изотопа один из электронов находится в опасной близости от ядра. Настолько опасной, что рано или поздно совершается неизбежное: электрон притягивается ядром. Упав на ядро, электрон мгновенно вступает во взаимодействие с положительно заряженным протоном. В результате этого взаимодействия образуется нейтральный нейтрон. С точки зрения физики процесс прост, а последствия его куда как значительны!

Исчез из ядра атома калия протон. А раз так, то калий уже никак не может оставаться калием. Заряд ядра уменьшился на 1. Было 19, стало 18. Было ядро атома калия. Стало ядро атома аргона.

Но масса-то ядра не изменилась, потому что по массе нейтрон и протон очень близки. Был калий-40, образовался аргон-40.

Это объясняет все. Атмосферный аргон полностью обязан своим происхождением калию-40. Других изотопов аргона с меньшей атомной массой в природе совсем мало. Поэтому наш, «земной», аргон имеет атомную массу, практически равную 40. Ну, а калий, который по менделеевскому табелю о рангах должен был стоять по атомной массе за аргоном, оказывается перед ним. И нетрудно теперь понять почему. Когда-то (очень давно, в отдаленные геологические эпохи) калия-40 было достаточно много. Но время шло. В природном калии все меньше оставалось изотопа с массовым числом 40 и, следовательно, относительно все больше накоплялось изотопа с массовым числом 39. Соответственно, атомная масса калия все больше сползала от 40 к 39. Сегодня она равна 39,1. А в будущем, конечно очень отдаленном (период полураспада калия-40 превышает миллиард лет), атомная масса калия станет еще меньше.

Как видим, разгадка, как во всякой хорошей головоломке, оказалась достаточно простой. Вот только отыскать решение… Обидно, конечно, что головоломка с атомными массами калия и аргона доставила неприятности Менделееву. Но можно ли было тогда предполагать существование изотопов и таких необычных видов радиоактивности?

Ну, а причину завышенного содержания аргона в атмосфере уже можно не пояснять. Если вспомнить, что калий — один из самых распространенных элементов в земной коре, все становится ясным.

Несложный расчет показывает, что калий, находящийся в земной коре, ежечасно выбрасывает в атмосферу около тонны аргона. Свыше 20 тонн в сутки, около 600 тонн в месяц, 7000 тонн в год. А сколько его образовалось за те 5,5 миллиарда лет, которые существует наша планета!

* * *

Итак, с загадками аргона покончено. Решена проблема, занимавшая умы исследователей почти полтора столетия. Знай ученые о радиоактивности калия, несомненно история аргона не изобиловала бы такими драматическими событиями. Все происходило бы куда проще, куда быстрее. И куда… скучнее.

* * *

В лагере «аргонавтов» наступило умиротворение. И то сказать: не часто в истории науки наблюдались случаи, когда одно открытие сразу решало столько важных и, казалось, неразрешимых проблем.

Зато в лагере исследователей радиоактивности возникло смятение. Открытие естественной радиоактивности калия одним махом отбросило ученых с крепко завоеванных позиций. Началось отступление. Отступление беспорядочное, с большими потерями и, чего греха таить, с превеликой паникой.

Уже потом, когда немного успокоились и огляделись, увидели, что отступление, в общем, было закономерным, что позиции, на которых сидели исследователи радиоактивности, были очень непрочны. Выяснилось, что и «траншеи» — теории радиоактивного распада — были неглубокими, и «ходы сообщения» — связь между отдельными положениями этой теории — оказались ненадежными, а главное, «боевого снаряжения» — фактов — было совсем мало.