Но как Рэмзэй ни старался, как ни ломал себе голову, ему не удалось разрешить эту загадку.
Загадку разрешили другие – физик Резерфорд и химик Содди.
Невидимые лучи
Металл уран был известен химикам давно – еще с восемнадцатого века. Химики изучили и чистый уран, и разнообразнейшие соединения урана с другими веществами. Но никому из них не приходило в голову, что в уране есть что-то необыкновенное. И в самом деле, на первый взгляд ничего необыкновенного в уране нет. По виду он похож на серебро, по тяжести на платину, а химические свойства у него почти такие же, как у металла вольфрама. Химики были твердо убеждены, что уран – заурядный металл, металл, каких много.
Но в марте 1896 года парижский химик Беккерель неожиданно обнаружил, что этот заурядный металл имеет странное свойство: он испускает лучи. Прошло несколько месяцев, и другой химик, Шмидт, заметил, что такие же лучи испускает другой металл – торий. Потом в Париже двое ученых – Пьер Кюри и его жена Мария Кюри – открыли в урановой руде примесь третьего металла, испускающего лучи, – металла радия. А в Канаде, в городе Монреаль, два молодых человека – физик Резерфорд и химик Содди – нашли еще одно вещество, испускающее лучи. На этот раз вещество оказалось не металлом, а газом. В металле радии были обнаружены крохотные пузырьки нового газа, испускающего лучи. Резерфорд и Содди собрали пузырьки и изучили их. Оказалось, что это ленивый газ, такой же, как аргон, гелий, неон, криптон, ксенон. Резерфорд и Содди дали новому ленивому газу имя нитон [12] . По-гречески это значит «сияющий».
Уран, торий, радий, нитон – четыре вещества, испускающие лучи. Из них первые два – уран и торий – были известны уже целое столетие. Почему же так долго никто не замечал, что они испускают лучи? Почему это было открыто только в конце девятнадцатого века?
Да потому, что эти лучи – невидимые. Раскаленный уголь, раскаленное железо, расплавленная платина испускают лучи, которые можно увидеть глазами. А торий, уран, радий, нитон испускают лучи, которые увидеть невозможно.А если так, то каким же образом физики все-таки заметили эти лучи?
Лучей урана, тория, нитона, радия не видит человеческий глаз. Но их видит фотографическая пластинка. Пластинка чернеет, когда на нее падают невидимые лучи. Но есть и еще способ заметить их безо всякой фотографической пластинки. Существует такое вещество: сернистый цинк. Когда на сернистый цинк падают невидимые лучи, он начинает светиться.
Фотография, снятая лучами радия Фредерик Содци сделал такой опыт: он взял стеклянную трубочку, в которой было немного радия, и фотографическую пластинку, запертую в кассету, в которую не проникает ни один луч света. Содпи стал водить трубочкой, как карандашом, по кассете. Лучи, испускаемые радием, прошли через кассету, и на пластинке отпечатались те самые слова, – Radium writing – «писание радием», – которые Содци вывел на кассете своей трубочкой. После этого Содди проявил пластинку, отфиксировал ее и приготовил позитив.
Английский физик Крукс, тот самый Крукс, который когда-то телеграфировал Рэмзэю, что «криптон это гелий», захотел узнать, что происходит с сернистым цинком, когда на него падают невидимые лучи.
Он взял маленький медный стаканчик. Дно стаканчика он обмазал сернистым цинком. А внутри, на высоте нескольких миллиметров над дном, он прикрепил к стенке иголочку. На остриё иголочки была насажена крохотная невидимая пылинка радия. Потом он пошел в темную комнату и принялся смотреть на дно стаканчика сквозь увеличительное стекло.
Сперва он не видел ничего, но потом, когда его глаза привыкли к темноте, он обнаружил удивительное явление.
На дне стаканчика вспыхивали искорки. Вспыхивали и сейчас же угасали. Искорок было много. Они загорались то здесь, та там. Всё дно стаканчика было усыпано ими – совсем как уголок ночного неба, густо усыпанный звездами. С одной только разницей. На глазах у астронома звезды не гаснут. Не одна сотня тысячелетий пройдет перед тем, как изменится привычный рисунок созвездий, распадется Большая Медведица, распустится Пояс Ориона. А звездочки, котарые видел Крукс, загорались и гасли каждое мгновение. Каждое мгновение распадались одни созвездия и вспыхивали другие.Это светился сернистый цинк, на который падали невидимые лучи, испускаемые радием.
Глядя на вспышки, Крукс сделал важный вывод о природе таинственных лучей. Если бы радий испускал свои лучи непрерывно, как солнце испускает свои, то дно стаканчика светилось бы равномерным блеском. Но на поверхности сернистого цинка появлялись только отдельные вспышки, а потом они исчезали, и вместо них появлялись новые. Значит, радий испускает свои лучи не сплошным потоком, а отдельными взрывами, отдельными комочками, отдельными частичками. Лучи, испускаемые радием, это поток каких-то частиц, которые вылетают из него, как пули из пулемета. И то, что видел Крукс, – это была бомбардировка сернистого цинка таинственными микроскопическими снарядами, которые вылетали из крошечной пылинки радия на кончике иглы.
Рождение гелия
Известие об опыте Крукса дошло до лаборатории Резерфорда и Содди в далеком Монреале. И это известие неожиданно натолкнуло молодых ученых на решение вопроса, над которым безуспешно бился Рэмзэй.
Резерфорд и Содди сопоставили два факта.
Факт № 1: гелий, как установил Рэмзэй, всегда обнаруживается в минералах вместе с веществами, испускающими невидимые лучи, – с торием и ураном.
Факт № 2: невидимые лучи, как установил Крукс, это поток каких-то частиц.
Между этими фактами – рассуждали Резерфорд и Содди – должна существовать какая-то связь. Какая же?
Резерфорд и Содди решились на смелую догадку:
Частицы, вылетающие из урана, тория, радия, нитона, – это частицы гелия. В уране, тории, радии, нитоне непрерывно рождается гелий. Вот почему в минералах, где есть уран и торий, всегда оказывается и гелий.
Проверка опытом
Высказать догадку – этого мало. Нужно суметь доказать, что она правильна. А для этого есть только одно средство – опыт.
Весной 1903 года Фредерик Содди приехал в Англию. В Лондоне он увиделся со знаменитым Рэмзэем. Они решили проверить на опыте, верно ли, что частицы, которые наблюдал Крукс, это частицы гелия.
Рэмзэй и Содди наполнили спектроскопическую трубочку нитоном. Через трубочку пустили электрический ток, и нитон засветился голубоватым огнем. Тогда Рэмзэй и Содди взяли спектроскоп и стали рассматривать спектр. Они увидели три яркие линии: оранжевую, желтую, зеленую. Это были спектральные линии нитона. Никаких других линий в спектре не было видно.
Рэмзэй и Содди оставили нитон в спектроскопической трубочке и ушли. А через два дня они вернулись в лабораторию, снова включили ток и снова рассмотрели спектр запертого в трубочке газа. И что же? Спектральные линии нитона горели на своих местах в оранжевом, желтом и зеленом участке спектра, но они стали гораздо слабее, чем за два дня перед тем. А рядом с ними горели новые линии, которых два дня тому назад не было. Рэмзэй и Содди сразу узнали их: это были спектральные линии гелия.
Извне гелий не мог попасть в спектроскопическую трубочку. Значит, он возник в самой трубочке, возник из нитона.
Прошло еще два дня, и Рэмзэй и Содди снова пропустили через свою трубочку ток. Трубочка зажглась, и сразу же стало видно, что с запертым газом произошла еще бо́льшая перемена. Четыре дня тому назад трубочка светилась голубоватым огнем. А теперь огонь был желто-белый – точь-в-точь такой, каким светятся трубки, наполненные гелием. Теперь можно было и без спектроскопа увидеть, что в трубочке гелий. А когда Рэмзэй и Содди все-таки заглянули в спектроскоп, то у них исчезли и последние сомнения. Спектральные линии нитона еще светились в спектре, но так слабо, что были еле видны. А спектральные линии гелия горели ярким блеском.