Адела Муньос Паес - Самый сокровенный секрет материи. Мария Кюри. Радиоактивность и элементы

• Название: Самый сокровенный секрет материи. Мария Кюри. Радиоактивность и элементы
• Автор: Адела Муньос Паес
• Издательство: Де Агостини
• Жанр: Научпоп
• Год: 2015
• ISBN: 2409-0069

Мария Кюри — первая женщина в мире, получившая Нобелевскую премию. Вместе с мужем, Пьером Кюри, она открыла радиоактивность, что стало началом ее блистательной научной карьеры, кульминацией которой было появление в периодической системе Менделеева двух новых элементов — радия и полония. Мария была неутомимой труженицей, и преждевременная смерть Пьера не смогла погасить в ней страсть к науке. Несмотря на то что исследования серьезно вредили здоровью женщины, она не прерывала работу в лаборатории, а когда разразилась Первая мировая война, смогла поставить свои достижения на службу больным и раненым. Смерть Марии Кюри была результатом ее любви к науке, но ее открытия спасли тысячи жизней.

---

Было еще много вопросов, но без ответа оставался главный: почему испускаются лучи? Еще никто не знал их природу, и были ли это частицы или лучи? Также оставался другой, еще более сложный вопрос: откуда появляется энергия, поддерживающая процесс активным и внешне неизменным во времени? Гипотезы, которые выделила Мария в январе 1899 года в сообщении в Revue Générale des Sciences, в том виде, как их собрал Пьер Радваньи в своем повествовании, посвященном чете Кюри, следующие.

1. Радиоактивность — это фосфоресценция большой длительности, вызванная светом. Это маловероятная гипотеза.

2. Луч — это выброс материи, сопровождаемый потерей массы радиоактивных веществ.

3. Энергия излучения радиоактивных веществ постоянно уменьшается.

4. Луч — это второстепенное излучение, вызванное лучами, аналогичными рентгеновским. Возможно, эти загадочные лучи приходят из космоса; они, должно быть, проникают лучше, чем рентгеновские лучи, и поглощаются только элементами с большой атомной массой, такими как уран и торий. Можно предположить, что в космосе имеет место передача энергии, о которой мы не знаем.

5. Луч образуется за счет тепла окружающей среды, нарушая принцип Карно.

Гипотеза 1 — это исходная гипотеза Беккереля, но он сам отверг ее, поскольку соли урана испускали лучи после того, как долгое время пролежали в полной темноте. Гипотеза 2 согласовывалась с первыми наблюдениями, сделанными Марией в 1897 году, сразу же после открытия радиоактивности, согласно которым это следствие глубокого изменения на субатомном уровне. Эта гипотеза в конце концов будет доказана. Фантастическая гипотеза 4 казалась наиболее вероятной Пьеру Кюри; он не только ошибся сам, но и заставил ошибиться Марию.

Через полтора года, на Международном конгрессе по физике, который прошел во время Всемирной выставки в Париже в августе 1900 года, Пьер и Мария в докладе о свойствах новых радиоактивных веществ не нашли другого выхода, кроме как признать неспособность отыскать сейчас возможное объяснение радиоактивности.

Глава 3. СЛАВА И ТРАГЕДИЯ

Мария создала новую науку на границе между физикой и химией, назвав ее радиоактивностью.

Исследования Эрнеста Резерфорда пролили больше света на это явление, в то время как Пьер изучал его применение в медицинских целях, а Мария готовила свою докторскую диссертацию.

В 1903 году супруги совместно с Анри Беккерелем получили Нобелевскую премию по физике, но через три года Пьер погиб, из-за чего Мария погрузилась в глубокую депрессию. 

В последний год XIX века Мария и Пьер были не единственными, кто задавался вопросом о причинах радиоактивности. Благодаря открытию полония и радия другие ученые начали исследовать то, что уже было новой научной сферой. Радиоактивность стала модной темой, и группа ученых вслепую работала в этом новом мире, где прописные истины прошлого, такие как неделимость атома, рушились. В порыве щедрости супруги Кюри продолжали поставлять многим исследователям, с которыми они конкурировали, соединения радия, полученные Марией с таким трудом. Другие ученые, например немец Фридрих Оскар Гизель, повторили метод, разработанный и описанный Марией, и установили плодотворные отношения с промышленностью.

Несмотря на то что лаборатория Кюри являлась источником соединений радия и стала широко известной среди всех европейских лабораторий, даже тех, в которых не изучалась радиоактивность, она была среди наименее обеспеченных с точки зрения оборудования и персонала. Так, например, когда русско-немецкому химику Вильгельму Оствальду, который получил Нобелевскую премию по химии в 1909 году, показали лабораторию Кюри в их отсутствие, он не мог поверить, что в этом сарае, «смеси подвала, склада картошки и конюшни», Мария открыла два новых химических элемента, ничего не взяв за свою работу.

ПРОГРЕСС В НОВОЙ НАУКЕ

Главным конкурентом Марии и Пьера, который сделал наиболее значительные открытия в области радиоактивности, был молодой новозеландский ученый Эрнест Резерфорд. Как и сама Мария, Резерфорд был аутсайдером, воспитанным вне элитной британской системы образования. Но в отличие от Французской академии, английский истеблишмент быстро признал исключительные достоинства молодого Эрнеста. Резерфорд приехал в Кембридж в 1895 году после получения двухлетнего гранта, который Ее Величество предоставила самому выдающемуся подданному заморских регионов Британской империи, чтобы он писал свою докторскую диссертацию в метрополии. Итак, Резерфорд должен был работать с Джозефом Джоном Томсоном, директором Кавендишской лаборатории, который недавно открыл катодные лучи, выявив, что атомы не являются неделимыми.

В качестве продолжения трудов Томсона изначальной целью диссертации Эрнеста Резерфорда было изучение проводимости газов, вызванной ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами, но затем он включил радиоактивность в число своих исследований. Вскоре изучение последней темы превратилось в основную задачу Резерфорда, так что молодой Эрнест стал одним из немногих ученых, которые исследовали казавшиеся бесполезными лучи Беккереля до открытия полония и радия. В январе 1899 года ученый опубликовал обширную статью об их природе, в которой сделал вывод (как это приведено в работе Пьера Радваньи о чете Кюри), что «излучение урана сложное и образовано по крайней мере двумя различными типами: одно легко поглощается, назовем его a, a другое имеет большую проникающую способность, назовем его β».

Действие магнитного поля, представленного серыми прямоугольниками с символами + и -, на излучения α, β и γ. 

В то время Гизель в Германии, Майер и фон Швейдлер в Вене и Пьер Кюри в Париже исследовали действие магнитных полей на урановые лучи. Они выяснили, что оба типа излучения отклоняются магнитными полями, но в то время как менее проникающее излучение, которое Резерфорд назвал а, мало отклоняется этими полями, P-излучение отклоняется легко, как показано на рисунке на странице 76. В апреле 1900 года французский ученый Поль Виллар обнаружил другие лучи, с еще большей проникающей способностью, которые он назвал у, очень похожие на рентгеновские, но с большей энергией. Так в начале XX века были правильно определены типы радиации.

Хотя ни супруги Кюри, ни Резерфорд не могли тогда представить этого, определенный путь к пониманию радиоактивности уже начался, и они стояли во главе этого процесса. Пьер и Резерфорд наиболее активно выдвигали гипотезы, которые могли объяснить это явление. Они оба были блестящими учеными, но их жизненные обстоятельства отличались. Пьеру было 40 лет, и его здоровье начинало ухудшаться из-за длительной работы с радиоактивными веществами без защиты. Кроме того, он уже 20 лет боролся за то, чтобы пробиться в научный мир Франции, который не признавал его неоспоримых достоинств и не предоставлял организационной и экономической поддержки. Резерфорд, наоборот, работал в одной из лучших лабораторий по изучению структуры атома, в Кавендише в Кембридже, и, написав диссертацию, получил кафедру в Университете Макгилла, в Монреале, Канада. Там в его распоряжении была хорошо оборудованная лаборатория, хотя у него не было единственного (чего у Марии и Пьера было в избытке) — источников радия. Резерфорду было 27 лет, он недавно женился и пребывал в расцвете сил.

Резерфорд нашел ключ, который позволял понять всю неразбериху радиоактивности. А творческий, талантливый и мечтательный Пьер не только не нашел решения, но и настойчиво не признавал правоту Резерфорда в течение нескольких лет. Мария, в какой-то степени в память о Пьере, поступала так же, подавив в себе любознательность и свободный от предрассудков образ мыслей, которые так помогли ей в начале карьеры и благодаря которым она открыла дверь в новую область исследования. Так что английская команда с Резерфордом-капитаном, о котором еще долгие годы его изысканные коллеги из метрополии вспоминали с восхищением (в том числе и за то, что в его английском совсем не был слышен новозеландский акцент), выиграла матч с большим отрывом в счете.

* * * БАРОН НЕЛЬСОН И ЕГО ПОСЛЕДОВАТЕЛИ

Когда король Георг V присвоил Эрнесту Резерфорду (1871–1937) дворянский титул (барон Нельсон) и назвал его самым блестящим ученым, которого дали колонии, тот уже совершил часть самых важных открытий в области радиоактивности: определил природу радиоактивных процессов, разработал прибор для их количественной оценки, определил радиоактивные ряды и на их основе придумал процесс определения возраста Земли, открыл существование ядра в центре атома, произвел первое превращение одного атома в другой… А открытия, которые он не совершил, сделали его ученики на подготовленной им базе. Тот, кого многие определили как «самого великого экспериментатора после Фарадея», был также отличным учителем гениев, поскольку у него была необычная способность привлекать блестящих и творческих людей, давать им пространство и стимул, которые были нужны, чтобы каждый из них выдал лучшее, что мог. При этом во многих случаях речь шла о крайне сложных личностях, таких как химик Содди со своими странными экономическими теориями; избалованный Мозли, блестящая карьера которого была прервана Первой мировой войной; мрачный Чедвик, страдавший от публичных выступлений; саркастичный Болтвуд, открытый враг Марии Кюри, который в итоге покончил жизнь самоубийством, но до этого определил возраст Земли; молодой немец с поразительной работоспособностью Ханс Гейгер, когда он еще не проявлял своих нацистских наклонностей; датчанин Нильс Бор, предложивший в диссертации модель атома, на которой основывается вся химия; немцы Фаянс и Ган; англичане Кокрофт, Уолтон и Эплтон, построившие первый ускоритель частиц… Со всеми ними Резерфорд поддерживал отличные отношения, полные привязанности и уважения к ученикам со стороны преподавателя, которого они ласково называли Крокодилом.