Уильям Лоуренс - Люди и атомы

• Название: Люди и атомы
• Автор: Уильям Лоуренс
• Жанр: Прочая научная литература

Автор —физик, журналист и редактор по вопросам науки газеты «Нью-Йорк тайме» — Уильям Лоуренс рассказывает об открытии расщепления ядер урана, повествует о начале атомного века, описывает историю создания атомного оружия в США. Он останавливается и на перспективах мирного использования ядерной энергии.

Живо и интересно рассказывает Лоуренс о ядерно-физических исследованиях крупнейших ученых мира: итальянца Э. Ферми, датчанина Н. Бора, француженки И. Жолио-Кюри и других физиков, внесших значительный вклад в использование атомной энергии. Параллельно автор популярно излагает основные принципы экспериментальных физических исследований.

Книга интересна и полезна самому широкому кругу читателей.

---

ГЛАВА 36

Жизнь —это электрон

Все бесчисленные химические перестановки и комбинации элементов, чудесные химические реакции, благодаря которым существует все бесконечное разнообразие веществ, живых и неживых, естественных и искусственных, составляющих наш мир, возможны благодаря электрону, вращающемуся на внешних орбитах атома. Сама жизнь существует благодаря электрону.

Без электрона не было бы таких жизненно важных веществ, как вода (химическое соединение водорода и кислорода) и двуокись углерода (соединение углерода и кислорода), т. е. двух основных соединений, благодаря которым существуют растения и все другие формы жизни, включая человека.

Без электрона не было бы пищи и одежды, не было бы витаминов, гормонов, ферментов или любых других веществ, необходимых для химических процессов, поддерживающих огонь нашей жизни.

Деятельность центральной нервной системы, включая мозг человека,— это электрический процесс, связанный с производством сложных химических соединений в нервных окончаниях. Эти соединения, как и все другие соединения в бесконечном лабиринте жизненных процессов, создаются благодаря крошечным электрическим зарядам электрона.

Жизнь, насколько мы в состоянии ее понять, есть, электрическое явление с бесконечно разнообразными химическими превращениями, движущей силой которых является электрон.

Природа дала растущему растению одно из самых замечательных свойств — способность накапливать энергию солнечного света. Эта способность дает нам пищу, одежду, мебель, строительные материалы для домов и небоскребов, тепло, свет и электричество, основные виды топлива, благодаря которым возможны системы связи и путей сообщения, и, наконец, громадные промышленные предприятия, характерные для нашей цивилизации.

Все это создается энергией Солнца, накапливаемой растениями в процессе так называемого фотосинтеза. И хотя пока еще механизм этого явления во всех его подробностях остается одной из величайших загадок природы, нам все же известна его движущая сила — электрон.

Электрон совершает это чудо, создавая прежде всего хлорофилл — зеленую кровь растений, по своему химическому строению очень напоминающий красный пигмент крови. Хлорофилл служит как бы ловушкой для солнечного света, который затем используется электроном для создания многих и многих важнейших химических соединений — таких, как сахара, крахмалы, белки, витамины, целлюлоза — из воды почвы и двуокиси углерода воздуха.

И в этом процессе происходит еще одно величайшее чудо природы — солнечная энергия, накопленная в растении, превращается в химическую энергию, которую электроны сохраняют в растении и которая в дальнейшем используется животными или человеком.

Этот пойманный солнечный свет, превращаемый электроном в химическую энергию и накапливаемый им в растениях, высвобождается в нашем организме, снабжая нас жизненной энергией. Мы едим мясо животных, а земля кормит нас всевозможными фруктами и овощами, однако фактически кормят и поддерживают в нас жизнь солнечные лучи, которые дает нам электрон.

И уголь, и нефть, сжигаемые нами в топках и двигателях, также являются гигантскими резервуарами древнего солнечного света, пойманного электронами растений, которые росли на Земле около 200 миллионов лет назад, когда жизнь еще только начиналась, когда медленно появлялись и развивались всякие причудливые рыбы и не было даже ни малейшего намека на человека. Ибо уголь — это ископаемое растение, а нефть — также продукт жизнедеятельности некоторых форм бактерий, т. е. микроскопических растений, за миллионы лет превративших органическое вещество в жидкое топливо.

Таким образом, наши гигантские запасы нефти — это солнечный свет, пойманный электронами миллионы лет назад и используемый теперь нами. Мы зажигаем лампы, освещаем наши дома, поддерживаем огонь в топках, ездим на автомобилях, летаем на самолетах — и все это при помощи древних солнечных лучей, движущих наше общество. Эти лучи падали на Землю миллионы лет назад, а электрон поймал их и сохранил для нас.

Не только наши материальные потребности, но эстетические и культурные запросы также удовлетворяются вездесущим электроном. Скрипки, да и все другие музыкальные инструменты из дерева или металла, краски для картин, бумага, на которой пишут стихи и прозу, полотна для произведений искусства и еще тысячи материалов, как естественных, так и искусственных, без которых человек не поднялся бы выше уровня своих пещерных предков,— все они получены либо непосредственно из растений, либо сделаны при помощи солнечного света, пойманного электроном и накопленного в растении.

Ведь вся цивилизация обязана огню, а огонь — это химическая реакция, а все химические реакции протекают с участием внешних электронов, вращающихся, как планеты, по определенным орбитам вокруг своих солнц — ядер атомов.

Все это происходит благодаря одному из самых замечательных в природе циклов превращений, которому обязана существованием сама жизнь.

Электроны водорода, содержащегося в воде, и электроны углерода в двуокиси углерода воздуха накапливают солнечную энергию в создаваемых ими самых разнообразных химических соединениях.

Когда мы сжигаем дрова, уголь или нефть, то водород, входящий в состав этих веществ, соединяется с кислородом воздуха, образуя воду, а углерод соединяется с кислородом, образуя двуокись углерода; таким образом, в конечном результате получаются вещества, которые природа использует в начале цикла превращений.

В процессе этой быстрой регенерации воды и двуокиси углерода электроны излучают накопленную ими солнечную энергию в виде тепла и света.

При горении дров мы наблюдаем чудо возрождения первоначальных строительных кирпичиков растения, возникающих, как птица Феникс, из пламени, в котором снова ярко светится солнце вчерашнего дня.

Таким образом, электрон — наш друг. Он начал служить человеку за миллионы лет до того, как человек появился на Земле. Электрон дает нам огонь и жизнь. Огонь, который Прометей принес человеку с Олимпа, был электроном, излучающим солнечный свет.

А за электроном, как управляющая им сила, в центре микрокосмоса — атомного ядра — стоит нуклон. Количество электронов в атоме совершенно строго определяется количеством положительных электрических зарядов (протонов), имеющихся в нуклонах.

За исключением ядра самой легкой разновидности водорода — первого и самого легкого элемента в природе, состоящего из единственного протона,— ядра других атомов содержат протоны и нейтроны, причем последние, по всей видимости, играют роль колеса всемирного равновесия.

В легких элементах количество протонов и нейтронов приблизительно одинаково, т. е. на каждый протон приходится один нейтрон. Постепенно, с возрастанием атомного веса элементов, отношение числа нейтронов к числу протонов увеличивается, достигая наибольшего значения (92 протона на 146 нейтронов) в ядре урана — самого последнего и самого тяжелого из 92 элементов, существующих в природе.

Эти 92 протона, естественно, уравновешены 92 электронами, которые вращаются вокруг ядра по семи орбитам. Семь орбит, обозначаемых буквами К, L, М, N, О, Р и Q, имеют соответственно 2, 8, 18, 32, 21, 9 и 2 электрона. Орбита К, ближайшая к ядру, как бы соответствует орбите планеты Меркурий в нашей солнечной системе.

ГЛАВА 37 Ящик Пандоры*

Ферми и другие его единомышленники не стремились найти сундук с золотом на конце радуги. Они стремились к знаниям, позволившим бы расширить и углубить представление человека об окружающем его мире.

Они знали, что в ядре атома заключен ответ на некоторые самые основные загадки природы, загадки гигантских систем звезд, движущихся по своим орбитам в беспредельном космическом пространстве, и столь же огромных систем клеток, составляющих все живое — растения, животных и людей. И они искали ключ или, скорее, крошечную замочную скважину, через которую можно было бы увидеть хоть немногое из того, что находится за воротами, ведущими в эту цитадель Вселенной.

* Ящик Пандоры в переносном смысле означает источник всяких бед. По древнегреческому мифу Пандора — прекрасная женщина, созданная Гефестом,— вопреки запрещению Зевса открыла ящик, где были спрятаны несчастья, и они разлетелись по всему свету.— Прим, перев.

В маленький герметичный стеклянный сосуд Ферми поместил небольшое количество порошка бериллия, наполнил сосуд радоном — естественным радиоактивным газом, излучающим, как и радий, альфа-частицы, т. е. ядра атомов гелия. Очень немногие из этих ядер, не более чем один из каждой сотни тысяч, вылетающих с колоссальной скоростью из ядер радона, попадают в ядро атома бериллия. При таком столкновении происходит синтез ядер гелия и бериллия, т. е. точно такой же процесс, который наблюдается в неизмеримо большем масштабе при взрыве водородной бомбы. Таким образом, крошечный стеклянный сосуд являлся миниатюрным прототипом этого апокалипсического оружия.