В которой читатель познакомится с весьма интересной кривой, помогающей, в частности, предсказывать завтрашнюю погоду и объясняющей причину радиоактивности; узнает, что все в этом мире относительно, даже понятия «устойчивый» и «неустойчивый»; увидит, что из воздуха можно строить не только замки; научится определять время по часам с заводом на миллиард-другой лет; совершит путешествие на своеобразные острова.

 

Инспектор Варнике возвращается к Баху

Ну конечно, стоит взять в руки виолончель, как телефон считает своим долгом выступить в роли аккомпаниатора! — Инспектор Варнике недовольно морщится и пытается сонатой Баха для виолончели соло заглушить телефонный звонок.

Но куда старику Иоганну Себастьяну состязаться с пронзительным изделием фирмы Руммер! Впрочем, Варнике не спешит. Он открывает стоящий на отдельном столике сундучок, со вкусом перебирает коллекцию трубок, наконец останавливается на трубке, подаренной герцогом Мальборо (да, да, именно после ТОГО дела!), медленно раскуривает. Бессознательно оттягивая неприятный разговор — а разве станут беспокоить инспектора полиции по приятному делу? — Варнике тешит себя мыслью: а вдруг это звонит старина Пуаро, чтобы сообщить, что он решил скоротать конец недели со своим давнишним другом, или, быть может, живчику Мегрэ не терпится сообщить, что он выслал сюда, в Гамбург, бочонок вермута. И инспектор снимает трубку.

— Слава богу, Варнике! — шумно выдыхает в трубку полицей-комиссар Шуббарт (нет, чудес на свете не бывает…). — А я уж решил, что вы изменили своим привычкам и, вместо того чтобы по средам играть Баха, засели у Глобке и смакуете свежую партию кальвадоса.

— У Глобке я бываю по пятницам, — сухо уточняет Варнике, — и пью в этом заведении не кальвадос, а перно.

— Простите, инспектор, — почти подхалимски поет комиссар, — я…

— Кальвадос я пью по субботам у Кранка, — перебивает его Варнике, любящий точность во всем и, уж конечно, в том, что касается его.

— Да, да, разумеется, — поспешно соглашается полицей-комиссар. — Варнике, снова требуется ваша помощь. У меня сидит, — голос комиссара приобретает оттенок трепетной почтительности, — господин Карлшреттер… Да, да, тот самый: господин старший финансовый советник Карл Карлшреттер.

— Убийство? — холодно осведомляется инспектор, все еще не простивший комиссару, что его оторвали от Баха.

— Хуже! — восклицает комиссар.

— У господина банкира украли сеттера?

Но ирония и полицей-комиссар Шуббарт — две вещи несовместимые.

— Вскрыт и ограблен сейф Б-12!

— Ого! Я всегда говорил, что нельзя взломать только совесть, да и то лишь у некоторых…

— И, как всегда, оказались правы, — елейно вставляет комиссар.

— И что же унесли?

— М-м-м…

— Говорите, Шуббарт. — Я же вижу, что банкир Карлшреттер кивает вам, разрешая доверить тайну телефону.

— Унесли два с половиною фунта ацидофилиния!

— Чего?

— А-цидо-фили-ния…

— Первый раз слышу.

— Это такой металл, химический элемент.

— Элемент? Гм!.. До сих пор мне казалось, что химию я, в общем, знаю неплохо. Такого элемента нет, Шуббарт.

— Есть. Варнике! Это… как его… Сто одиннадцатый элемент. Нашел этот элемент один тронутый химик. Его финансировал господин Карлшреттер. Первую партию металла он и спрятал в Б-12.

— Комиссар, вы не ошиблись? Переспросите еще раз вашего визитера.

— Одну минуту… Да, все верно. Элемент сто одиннадцатый, ацидо-филиний. Так прозвал его этот… ну, в общем, химик… Варнике, надо отыскать взломщика — дело очень серьезное!

— Взломщика, говорите? Что ж, попробую… Гм, ацидофилиний… Очень интересно… Очень… Вот что, Шуббарт, задайте герру старшему финансовому советнику два вопроса: как он успевал по химии в школе и на какую сумму он застраховал этот металл в агенстве Элефантера.

— Сию секунду!.. Господин Карлшреттер говорит, что с химией его отношения сложились неважно. А металл он действительно застраховал у Элефантера на… ого, на семьдесят пять миллионов!

— Да, Шуббарт, вы зря оторвали меня от Баха. Посоветуйте банкиру немедленно забрать заявление о хищении. А если он откажется, арестуйте его… Да, я сказал именно это: арестуйте его за мошенничество, потому что…

 

И в мае бывают морозы, или мы — не Лапласы!

В самом деле, отчего так разнятся химические элементы по своему содержанию? И не предположить ли, что поначалу элементов было поровну, но тяжелые успели уже «скончаться»?

«Смерть» элемента может наступать только в одном случае: при его распаде. Распад же атомного ядра, — это радиоактивность. Не она ли причина того, что последние элементы периодической системы находятся в земной коре в таком мизерном количестве, а ведь они и впрямь все радиоактивны.

Итак, слово произнесено: радиоактивность. Теперь мы просто обязаны разобраться подробнее в некоторых проблемах, связанных с этим свойством материи. И прежде всего необходимо поговорить о том, чем вызвана радиоактивность. Почему атомное ядро внезапно, без каких-либо воздействий извне, разрушается?

В одной из прежних книг я уже приводил ответ великого французского астронома Лапласа на вопрос о том, как он создает свои теории. Ответ настолько удачный, что мне хочется еще раз вспомнить его. Лаплас ответил кратко и остроумно:

— Я беру первую пришедшую мне в голову мысль и опровергаю ее по частям.

Попробую воспользоваться методом Лапласа. Итак, приходите к нам, мысли о причинах радиоактивности, — будем опровергать вас по частям!

Первая мысль долго ждать себя не заставляет. Несомненно, радиоактивность каким-то образом связана с громоздкостью атомного ядра. Оно и понятно: по-видимому, очень уж громоздкие ядра под тяжестью сваленных в кучу без малого сотни протонов и полутора сотен нейтронов разваливаются под собственной тяжестью, как карточный домик. Должен заметить, что мы с вами, можно сказать, походя сформулировали первую из теорий радиоактивного распада, которая господствовала тогда, когда не были еще известны с доскональностью скорости распада разных элементов. Когда же эти скорости стали известны, то… мысль эту не пришлось даже опровергать по частям, она разлетелась сама собой, причем быстрее, чем самый из неустойчивых радиоактивных элементов.

Посудите сами. Если наше предположение было верным, то должна была бы соблюдаться очевидная закономерность: чем тяжелее элемент, тем он быстрее распадается. Но, увы, если периоды полураспада первых тяжелых радиоактивных элементов (полоний, астат, радон и др.) составляют дни, часы, иногда даже минуты, но редко годы, то период полураспада тория — 14 миллиардов лет, а у последнего и, стало быть, самого тяжелого из естественных радиоактивных элементов, урана, период полураспада 4,5 миллиарда лет.

Часто даже самые хитроумные и, казалось бы, в высшей степени прочные научные построения можно развалить двумя-тремя, а нередко и одним вопросом. Мне вспоминается доклад, который довелось слушать лет пятнадцать назад на международной конференции по физике высоких энергий. Честно говоря, мне, химику, на этой конференции можно было тешить лишь свое любопытство (даже не любознательность). Дело в том, что на конференцию съехались самые выдающиеся физики современности, и меня весьма соблазняла возможность увидеть — одновременно! — восемь нобелевских лауреатов.

Шло рядовое заседание. Докладывал о каких-то дремучих физикотеоретических проблемах один очень представительный и, не сомневаюсь, весьма компетентный специалист, фамилии которого я не помню (а помнил — все равно бы не сказал). Профессор водил указкой по строкам формул, которыми была густо исписана громадная доска. У меня не было ни малейших сомнений в том, что разобраться в этом нагромождении уравнений можно только при виртуозном знании математики, да и то ценой многодневных усилий. Да, не мне было вкушать от этого пиршества математики!

Доклад окончился, и докладчик с довольным видом отряхивал руки от мела. Председательствовавший на заседании академик И. Е. Тамм осведомился, кому будет угодно задать вопросы. Вопросов не было, что я посчитал совершенно естественным: кто из слушателей мог разобраться в этих горах математики, что называется, по слуху! Но тут поднялся Л. Д. Ландау — но случаю царившей тогда в Киеве июльской жары он был одет в весьма пеструю рубашку с короткими рукавами — и спросил у плавящегося в темном костюме докладчика:

— Скажите, пожалуйста, в том уравнении, что написано в четвертой строке… нет, не сверху, а снизу, у вас действительно знак «плюс»? Вы уверены в том, что здесь не должен быть «минус»?

Докладчик повернулся к доске и стал изучать уравнение. Он стоял молча минуту, три, десять… Игорь Евгеньевич Тамм еле заметно улыбнулся и объявил перерыв.

Подобные неприятные вопросы были заданы и первой теории радиоактивности. Можно их перечислить в том порядке, в каком они выдвигались оппонентами:

— Почему радиоактивные элементы распадаются с неодинаковой скоростью?

С этим вопросом прежняя теория радиоактивного распада худо-бедно справлялась.

— Потому что, — ответствовала теория, — различные радиоактивные элементы обладают различной устойчивостью.

И хотя было неясно, почему у элементов разная устойчивость, ответ можно было принять. Но далее следовал вопрос посерьезнее:

— Почему эти неустойчивые ядра распадаются постепенно, а не сразу? Почему за единицу времени всегда распадается одна и та же доля имеющихся в наличии атомов радиоактивного элемента?

— Потому что, — не очень уверенно ответствовала теория, — неустойчивость в атомных ядрах накапливается постепенно.

Если ответ на первый вопрос представлялся не очень понятным, то этот был и вовсе темен.

И, наконец, следовал сокрушающий вопрос:

— Известно, что альфа-частица, вылетающая из ядер полония, радона, радия, урана и других радиоактивных элементов, имеет энергию значительно меньшую, чем энергия связи этой частицы с ядром. Это все равно, как если бы прыгун, подпрыгивая на 1,5 метра перед забором высотой в 2,5 метра, все равно перемахивал через препятствие. Что вы ответите на это?

Тут уже теория и вовсе молчала, расписываясь в своей несостоятельности.

Что ж, придется искать новые пути объяснения закономерностей радиоактивного распада. И эти поиски я начну с того, что предложу полюбоваться одной симметричной кривой, форма которой на первый взгляд не содержит ничего необычного. И тем не менее это замечательная кривая! Еще бы, она позволяет предсказать, сколько учащихся вашей школы закончат этот учебный год на круглые пятерки, а сколько, увы, останутся на второй год. И еще с помощью этой кривой вы с большой точностью установите, сколько в мае выпадет дней, которые будут отличаться от средней температуры этого месяца на 5, 10 и даже на 12 градусов, то есть будут необычно холодными или, напротив, столь же необычно жаркими. Эта кривая позволяет с бесспорностью выдать прогноз относительно того, сколько раз на протяжении грядущих десяти лет футбольной команде киевского «Динамо» доведется ликовать по поводу выигрыша у соперников по высшей лиге со счетом 7:0; впрочем, эта кривая позволяет подсчитать и то, сколько раз придется болельщикам киевского «Динамо» сокрушаться по поводу того, что их любимая команда проиграла со счетом 0:5. Эта кривая довольно точно предскажет число гениев XXI века, а также сколько двойняшек родится в будущем году в городе Кологриве.

Как видим, эта кривая — незаменимое подспорье всем специализирующимся на прогнозах и гаданиях: астрологам, метеорологам и прорицателям. Не приходится сомневаться, что располагай Ходжа Насреддин набором таких кривых, он сумел бы показать чудеса еще подиковиннее, чем при пользовании старинной китайской книгой.

Но я привел эту кривую вовсе не для того, чтобы порадовать начинающих чернокнижников. Специалистам-математикам эта фигура, называемая кривой вероятностного распределения, а чаще несколько интимнее «палаткой», известна хорошо, и ее «прорицательные» способности у них никакого удивления не вызывают. «Палатка» — геометрическое выражение зависимости между числом вероятных событий и отклонением этих событий от какой-то средней величины. На оси откладывают процент общего числа событий, например процент дней, которые по температуре в мае совпадают со среднемесячной; естественно, что таких дней будет больше всего, поэтому на кривой вероятностного распределения этим чаще всего встречающимся дням и будет отвечать максимум. Но бывают дни, которые отличаются от среднемесячной на 1 градус, то есть бывают на градус холоднее или на градус теплее. Естественно, что таких дней будет достаточно много. Но вот уже дни, когда температура отличается от среднемесячной на 5 градусов, будут встречаться реже. Совсем редко выпадают дни, когда температура будет на 10 градусов выше или ниже среднемесячной. Что же касается дней, отличающихся по температуре от среднемесячной на 15 градусов, то это именно та самая погода, какой не помнят долгожители.

Читатель, конечно, понял, что предсказывать майскую погоду с помощью «палатки» невозможно. Можно только определить вероятность совпадения температуры завтрашнего дня со среднемесячной (разумеется, эта вероятность будет наибольшей), вероятность отклонения от среднемесячной температуры на 1, 5, 10 и вообще любое число градусов. Вот почему, пророчествуя с помощью «палатки» температуру на завтра, мы должны были бы называть именно среднемесячное значение как наиболее вероятное и ошибались бы не чаще, чем… бюро прогноза погоды.

Столь подробное разъяснение кривой вероятностного распределения я привел, разумеется, не для того, чтобы направить читателя по зыбкому пути предсказателя погоды. Дело в том, что эта кривая очень точно представляет многие физические процессы. Так, «палатка» с предельной точностью описывает, какой процент молекул в данном объеме газа будет обладать так называемой средней скоростью, а сколько молекул будут превышать эту среднюю скорость на определенную (заданную) величину — на 2, 43, 87 или 194 %. Но для нас главное то, что кривая вероятностного распределения позволяет проникнуть и в некоторые из тайн радиоактивности.

Частицы, из которых состоит атомное ядро — протоны и нейтроны, — как и каждое материальное тело, обладают определенной энергией. И энергия эта, прошу учесть, не у всех нуклонов одинакова. Да, в большинстве ядер нуклоны безлико одинаковы, то есть обладают энергией, близкой к среднему значению (максимум на «палатке»). Встречаются ядра, у которых нуклоны обладают энергией меньшей, чем средняя. Но попадаются ядра — и число их можно рассчитать довольно точно, — нуклоны которых по своей активности резко отличаются от «толпы», то есть от нуклонов, энергия которых характеризуется средним значением. Иногда эти нуклоны обладают такой значительной величиной энергии, что они преодолевают узы, притягивающие их к ядру, отрываются от него и покидают атом, то есть происходит радиоактивный распад. (Сразу же ответим на естественно возникающий вопрос о том, как происходит бета-распад, то есть выбрасывание ядром электронов, — ведь атомные ядра электронов не содержат. Все объясняется достаточно просто. В какой-то миг нейтрон, обладающий повышенной энергией, распадается на протон и электрон. Электрон вылетает из ядра, а протон остается. Поскольку при этом количество протонов в ядре возрастает на 1, на столько же увеличивается порядковый номер элемента при бета-распаде. Именно такова первооснова правила изменения порядкового номера элемента при радиоактивном распаде, с которым мы знакомимся в школе.)

Теперь многое становится понятным. Различие в скорости распада каких-либо двух радиоактивных изотопов объясняется неодинаковым содержанием «шустрых» нуклонов в ядрах этих изотопов: чем больше таких нуклонов, тем быстрее распадается радиоактивный элемент.

Нет сомнений, все сказанное точнее объясняет причину радиоактивности, чем невыразительные предположения о «громоздкости» ядер. Полагаю, что читатель вместе со мной испытывает чувство удовлетворения от того, что мы вырубили еще одну ступеньку в гранитной скале Знания. И тут, в самом апогее упоения достигнутым, мы слышим заданный тихим, но достаточно настойчивым и от этого явственно ехидным тоном вопрос:

— Позвольте, но ведь подобными «палатками» характеризуется каждый элемент периодической системы, каждый изотоп. Следовательно, у каждого элемента, каждого изотопа должно быть большее или меньшее относительное содержание, как вы говорите, «шустрых» нуклонов. Тогда каждый элемент, каждый изотоп должен — быстро ли, медленно ли — распадаться. Иными словами, каждый элемент, каждый изотоп должен быть радиоактивным! Но ведь это не так, ведь всем известно, что имеются — и, к счастью, их довольно много, около трехсот, — стабильные изотопы. И вообще, хорош был бы наш мир, если бы все элементы, из которых он состоит, оказались радиоактивными!

Последнее патетическое замечание окончательно сбрасывает нас с вырубленной ступеньки, на которой, казалось, мы достаточно прочно укрепились. Потирая ушибленные места, мы хотя и досадуем, но, в общем, понимаем справедливость происходящего: и впрямь, разве это дело, чтобы все — подумать только, все! — химические элементы были радиоактивными.

И вообще, похоже, что метод Лапласа только для него и был пригоден. А если мы не Лапласы?!

 

«Есть вещь одна — о ней упоминание запрещено…»

В славном полку гвардейцев-гасконцев можно было говорить обо всем. Следовало обходить, притом как можно тщательнее, лишь один предмет — нос. И все с пониманием относились к этому запрету: у отважнейшего из храбрых офицеров-гасконцев Сирано де Бержерака, тонкого лирического поэта и непостижимого по своему искусству фехтовальщика, означенная часть лица была слишком уж велика.

В 20—30-х годах нашего века в среде химиков также не возбранялись разговоры на любую тему. Но считалось не очень этичным касаться некоторых проблем: зачем вызывать у своих коллег чувство досады, и так известно, что, пытаясь решить эти проблемы, загубила свои лучшие годы не одна сотня химиков и их соратников — физиков и геологов. Проблемы эти, сформулированные кратко и пронумерованные с канцелярской дотошностью, укладываются в три вопроса:

1. Почему аргона в атмосфере в 1000 раз больше, чем остальных инертных газов, вместе взятых?

2. В периодической системе аргон (порядковый номер 18) стоит перед калием (порядковый номер 19). Однако атомная масса аргона (39,9) заметно больше, чем калия (39,1). Но ведь с повышением порядкового номера должна увеличиваться и атомная масса. Почему же все элементы подчиняются общему правилу, а пара аргон — калий ведет себя так вызывающе?

3. Почему у калия, вопреки твердо установленному правилу, преобладает изотоп с массовым числом 39, в то время как калий-40, то есть изотоп типа 4p, которого-то и должно быть больше всего, в природном калии содержится в совсем уж жалком количестве: 0,01 %?

Конечно, в то время эти вопросы задавались отнюдь не столь академически беспристрастно. Звучали в них и недоумение, и раздражение, и даже гнев. Поэтому… Впрочем, тут, пожалуй, без комментариев не обойтись.

Комментарий к проблеме 1.

Попробуем войти в круг забот тех исследователей, которые 40–50 лет назад ломали голову над перечисленными проблемами. Представим себе хотя бы одного из этих ученых. Представим, как он, сидя ночами, в который раз пытается отыскать хоть сколько-нибудь приемлемое «потому» на «почему» первого вопроса:

— Ну хорошо, попытаюсь еще раз… Атому инертного газа тем легче ускользнуть за пределы земного притяжения, чем меньше его масса. Следовательно, меньше всего в атмосфере должно быть гелия — его и впрямь очень немного, — а больше всего в воздухе должно было бы содержаться тяжелого ксенона. Но тут-то и происходит накладка: ксенона в атмосфере содержится во много-много раз меньше, чем аргона.

Тогда, может быть, наоборот? Может быть, по какой-то неведомой причине кинетическая энергия атомов ксенона наибольшая и поэтому этот элемент легче всего покидает атмосферу? Но тогда больше всего в атмосфере должно быть самого легкого газа — гелия. Но и это не так. Больше всего аргона, этого проклятого аргона.

Возможно, содержание инертного газа в атмосфере зависит от какого-либо источника, содержащегося в породах и минералах? Но тогда гелий, безусловно, должен занимать абсолютно первое место, потому что этот элемент выделяется при радиоактивном распаде и полония, и радона, и тория, и урана, и других естественных радиоактивных элементов. А ведь больше всего аргона, этого проклятого аргона.

Но, может быть… А что, если… Ну, да ладно! А, пойду-ка я спать!

Комментарий к проблеме 2.

Тут тоже все непонятно. Хотя, может быть, непоследовательное изменение атомных масс аргона и калия есть исключение из общего правила? Не зря же придумали и очень ценят англичане поговорку: «Каждое уважающее себя правило должно иметь исключения». Но почему исключения приходятся именно на пару аргон — калий? И в чем причина этого исключения? И вообще этак любую загадку природы можно объявить исключением и успокоиться на этом. Нет, не подходит в данном случае нам английская мудрость!

Комментарий к проблеме 3.

А чего здесь комментировать, когда и так все непонятно!

Из приключенческих романов известно, что детектив только тогда добивается успеха, когда уясняет, что насморк проживающей в Лионе тетушки Мирабель, скоропалительная женитьба ее племянника Виктора на приехавшей учиться в Сорбонну наследнице лихтенштейнского престола, неожиданный выигрыш кобылой Айо Большого Рождественского Приза и небывалый по размерам пожар на верфях Сен-Марино — все это тесно связанные друг с другом события, которые и привели к смерти владельца верфей господина Браззака. Обязательное умение связывать друг с другом разрозненные и, казалось бы, не имеющие никакой взаимосвязи факты также относится к числу непременных талантов, которыми должен быть наделен настоящий ученый.

Да, хорошо было известно, что еще в 1906 году Кэмпбелл и Вуд, поместив соединения калия в ионоскоп (прибор для фиксирования радиоактивного излучения), обнаружили хоть и слабую, но несомненную радиоактивность. Известно-то известно, но внимания на это не обратили. И то сказать — в том «доисторическом» по технической оснащенности методов измерения ионизирующего излучения 1906 году радиоактивность, говорят, обнаруживали даже в дистиллированной воле! Л потом, как может быть радиоактивным элемент, находящийся в середине, почти что в начале менделеевской таблицы?!

А если бы калий даже и оказался радиоактивным, то каким образом, скажите, пожалуйста, при радиоактивном распаде из него мог образоваться аргон? Предположим, этот радиоактивный калий испускает альфа-лучи. При выбрасывании альфа-частицы порядковый номер элемента уменьшается на 2, следовательно, при этом типе распада должен был бы образоваться хлор, но никак не аргон. Если же калий обладает бета-радиоактивностью, то и тут никакого аргона не предвидится, потому при бета-распаде порядковый номер элемента увеличивается на единицу, то есть из калия должен был бы образоваться кальций. Нет, радиоактивностью калиево-аргоновую аномалию не объяснишь. С таким же успехом можно было бы объяснить все это влиянием солнечных затмений или противостояниями Марса. Нет, коллега, ваша мысль о радиоактивности очень неудачна.

Приблизительно такие ушаты скептицизма выливались на исследователей, которые отстаивали радиогенное происхождение (то есть образование в результате радиоактивных превращений) аргона. Однако если бы развитие науки шло по предначертаниям скептиков, можно не сомневаться, что человечество сейчас в лучшем случае только-только влезало бы в бронзовый век, а в худшем — еще раскачивалось бы на деревьях, цепляясь за ветви хвостами. Все перечисленные аномалии действительно были связаны с радиоактивностью калия.

Собственно говоря, радиоактивным оказался не весь калий, а лишь один из его изотопов, калий-40, тот самый, что примешан к «главному» изотопу калий-39 в количестве одной сотой доли процента. Самым же интересным в этой истории была та разновидность радиоактивного распада, которому подвергался калий-40. Этот тип радиоактивности очень напоминал воплощение в масштабах микромира гипотезы о падении на Землю в отдаленные геологические эпохи второго спутника нашей планеты (некоторые ученые считают, что Тихий океан — это впадина, образовавшаяся от падения второй Луны). Так и здесь: один из электронов, вращающихся на ближайшей к ядру калия-40 орбите, в какой-то момент захватывается ядром. Разумеется, никакой впадины при этом не возникает, но определенный ущерб ядро претерпевает: электрон немедленно вступает во взаимодействие с одним из протонов ядра. При этом по закону, хорошо известному физикам, протон превращается в нейтральную частицу — нейтрон. Поскольку массы протона и нейтрона, можно сказать, не различаются, то такое превращение не изменяет массы атома и сама катастрофа в значительной степени является, так сказать, «семейным» внутриатомным делом. Вестник, сообщающий внешнему миру о трагедии, — квант энергии, выбрасываемый ядром при захвате электрона.

Впрочем, и без вестника видно, что произошли серьезные события. Количество протонов уменьшилось на единицу. А раз так, то уменьшился на единицу и порядковый номер элемента; иными словами, калий (№ 19) превратился в аргон (№ 18). Это обстоятельство единым махом решает все три аргоново-калиевые проблемы.

Громадное — по сравнению с иными инертными газами — содержание аргона в атмосфере объясняется тем, что его непрерывным поставщиком служит находящийся в земной коре калий. В роли поставщика аргона выступает лишь калий-40, примешанный к «основному» калию в ничтожном количестве, однако самого калия, входящего в компанию элементов-гигантов, в земной коре так много, что в атмосферу ежедневно выбрасывается 500 тонн аргона. Этого количества с лихвой хватает для объяснения аномально… хотя нет, теперь уже следует сказать — нормально большого содержания аргона в атмосфере нашей планеты.

Становится совершенно понятной и «перестановка» с атомными массами. Основной изотоп природного калия имеет массовое число 39. Поэтому и атомная масса калия близка к 39. Аргон же — недаром его порядковый номер меньший, чем у калия, — образуется из калия-40, поэтому и имеет такую же атомную массу, как его «родитель». Таково — очевидное! — решение проблемы 2.

Столь же убедительно мы расправляемся и с третьей проблемой. Легко подсчитать, что в далекое время возникновения нашей планеты калий был совершенно нормальным 4p-ным элементом: безусловно, преобладающим его изотопом был изотоп с массовым числом 40, тот самый изотоп, который за миллиарды лет существования планеты успел из-за своей радиоактивности почти полностью вымереть. Для нас калий-40 — это свидетель отдаленных геологических периодов жизни нашей планеты, еще более далеких, чем те периоды, от которых нам остались папоротники или гигантские секвойи. Будем же дорожить знакомством с этим почтенным и заслуженным реликтом!

Заголовок следует понимать буквально. Ни о каких параллелях с фокусниками, с помощью ручных пассов сотворяющими из воздуха прекрасных дев в расшитых золотом шароварах, здесь речи быть не может.

 

Элементы из воздуха

Давно известно, что самое трудное — начать. Калий и стал тем самым началом, которое было особенно трудным. Еще бы, появился естественный радиоактивный элемент, стоящий не в конце периодической системы, а в ее середине, точнее — в начале середины, а если быть совсем точным, то в конце начала периодической системы. Игра в слова? Как мы убедимся далее, совсем не игра.

Раз один из нетяжелых элементов может быть радиоактивным, то почему бы не обладать естественной радиоактивностью и другим элементам начала и середины периодической системы? Тем более, что общие законы строения атомного ядра не только не запрещают этого, а искренне и, можно сказать, дружелюбно предлагают.

…Не так давно в одном из журналов были приведены результаты достаточно широкого анкетного опроса поступающих в высшие учебные заведения. Много вопросов, интересных для новой и, судя по всему, важной и увлекательной науки социологии, содержала эта анкета, но нас в данном случае интересует один: мотивы выбора профессии. Так вот, свыше 90 % тех, кто подавал документы на геологические и географические факультеты, в качестве мотива назвали любовь к путешествиям. При этом многие из будущих Ферсманов и Пржевальских не скрывали своего жалостливого отношения к представителям «сидячих», комнатных профессий. К таковым абитуриенты в первую очередь относили архивистов и химиков.

Так вот, я знаком с несколькими химиками, которым доводилось совершать такие служебные командировки, каким позавидовал бы и Лаперуз. Так, например, группа химиков в марте 1961 года на судне «Михайло Ломоносов» вышла из Одессы и, пройдя через Средиземное море, вышла в Атлантический океан, достигла 30° южной широты, а затем вернулась в Калининград.

На протяжении всего рейса химики старательно вели анализ воздуха. Однако их интересовали отнюдь не традиционные компоненты атмосферы — азот, кислород, углекислый газ, инертные газы. Речь шла о совсем других элементах.

Мировое пространство пронизано мчащимися с громадной скоростью, лишь немногим уступающей скорости света, протонами, ядрами некоторых легких химических элементов, электронами. Именно таков состав лучей, которые уже давно получили название космических. Нет ничего удивительного, что, встретив на своем пути Землю, эти лучи вызывают громадные разрушения в естественном щите планеты — земной атмосфере. Да, конечно, обладая исключительно высокой энергией, космические лучи не только ионизируют молекулы газов воздуха, но и разбивают, можно сказать, на осколки атомы газов, входящих в состав атмосферы. Познакомимся с одним из таких процессов. «Главный» газ воздуха, как известно, азот, которого в атмосфере больше всего; именно поэтому основные события по части взаимодействия с космическими лучами происходят именно с этим элементом.

Итак, летящий в когорте других частиц, которые составляют ноток космических лучей, протон с колоссальной скоростью подходит к Земле. Первые километры еще совсем разреженной атмосферы он проходит беспрепятственно: редкие молекулы, встречающиеся на его пути, протону не помеха. И вот где-то приблизительно на высоте 30 километров над уровнем моря протон наконец попадает в цель — атом азота. Последствия этого столкновения можно кратко и, по-моему, достаточно выразительно определить одним словом: «вдребезги». А как еще назвать процесс, в результате которого при столкновении азота и водорода (ведь протон — это ядро атома водорода) образуются два атома гелия и атом бериллия:

N + H = 2He + Be.

Проверим, как сходятся «дебет» и «кредит» этой реакции. Вначале сведем «сальдо» с порядковыми номерами. Сумма порядковых номеров в новой части уравнения составляет 8 (азот-7 и водород-1); справа — та же величина, так как порядковый номер бериллия 4, а дважды два (порядковый номер гелия) также равно 4 (арифметика достаточно убедительная).

Сведение же баланса по массовым числам приводит к довольно интересным выводам. Сумма массовых чисел элементов, вступающих в реакцию, равна 15 (азот-14 + водород-1). Справа, разумеется, должны быть те же 15. Из них 8 единиц приходится на долю гелия (2x4), стало быть, бериллий должен иметь массовое число 7.

Итак, мы выяснили, что при космической катастрофе образуются гелий и изотоп бериллия с массовым числом 7. И тут должен вмешаться дотошный читатель.

«Не очень хорошо получается, — скажет читатель. — Вот справочник, а в нем написано, что бериллий состоит только из одного-единствен-ного изотопа с массовым числом 9. Что-то не припомню такого изотопа бериллий-7».

«Вы и правы и неправы, — отвечу я. — Действительно, известен лишь один стабильный изотоп бериллия. Но разве я говорил, что при нашем ядерном процессе образуется стабильный бериллий? Бериллий-7, который образовался в атмосфере из азота, не стабильный, а радиоактивный изотоп этого элемента».

Радиоактивный изотоп бериллия, конечно же, должен быть отнесен к естественным. Он ведь образовался на нашей планете помимо деятельности человека. Поток космических лучей непрерывен и, как полагают астрономы, постоянен. Поэтому бериллий-7 образовывался на Земле задолго до того, как на ней появился человек, и будет образовываться до тех пор, пока у нашей планеты есть еще атмосфера, содержащая по крайней мере азот.

Как видим, появился еще один естественный радиоактивный элемент, гораздо более легкий, чем калий. Что ж, пока все идет в полном соответствии с прогнозами о принципиальной возможности проявления радиоактивных свойств любым химическим элементом.

Чтобы сразу покончить с этой проблемой — независимости появления радиоактивных свойств от положения элемента в периодической системе, — обращусь к элементу, легче которого быть уже не может: к водороду.

«Шутите! — скажет иной из читателей-скептиков. — Вот уж кто не может быть радиоактивным, так это водород. Ведь в состав его ядра входит один протон. Что же ему, сироте, выбрасывать? Этот один-одинешенек протон? А что тогда останется, что будет выступать в качестве продукта распада? И вообще, не напоминает ли предположение о возможной радиоактивности водорода известную песню, завершающуюся словами: «Если это плов, то где же кошка, если это кошка, то где же плов?»

Песня действительно хороша, особенно в исполнении Рашида Бейбутова. Но кто сказал, что утверждение о радиоактивности элемента № 1, водорода, — это «предположение», да еще «возможное»? Впрочем, к чему вопросы, к чему восклицания? Обратимся к физике.

Околосветовой (то есть летящий со скоростью, близкой к скорости света) протон, сталкиваясь с атомами атмосферных газов, может вышибить из них и нейтроны, которые, в свою очередь, будут обладать энергией, достаточной для того, чтобы прошла реакция взаимодействия нейтронов с азотом: N + n = C + H.

Баланс по зарядам ядер проводить нет нужды: и так ясно, что и справа и слева — по 7 (7+0 = 6+1). Но вот расчет массовых чисел участников этой реакции, как и в прошлый раз, приведет к любопытным результатам. Составим уравнение с «иксом», по сложности, впрочем, не превышающее те уравнения, что нынче без труда решают первоклассники: 14+1 = 12+ х, где х — массовое число водорода. Находим: х=3. Но позвольте, это же какой-то водородный мастодонт, так сказать, сверхтяжелый водород! Насчет «мастодонта» настаивать не буду — термин этот, надо сказать, не очень химический, — а вот что касается сверхтяжелого, то мы тут попали в самую точку, потому что изотоп водорода с массовым числом 3 именно так и называется сверхтяжелым водородом. А еще его называют тритием.

Перегруженность нейтронами не проходит сверхтяжелому водороду даром. Один из нейтронов рано или поздно выбрасывает электрон, превращаясь в протон и переводя тем самым элемент № 1 в элемент № 2. Выбрасывание же электрона есть не что иное, как бета-распад. Поэтому тритий, самый настоящий радиоактивный и, что самое важное, естественный радиоактивный изотоп водорода, откроет список естественных радиоактивных элементов.

Дальнейший рассказ о том, как космические лучи превращают атмосферные газы в естественные радиоактивные изотопы легких элементов (помимо водорода и бериллия, здесь пришлось бы перечислить еще и углерод, и натрий, и кремний и т. п.), будет уже содержать лишенные особой новизны подробности.

Впрочем, и так ясно, что обладающие исключительно высокой энергией частицы космического излучения могут выполнить достаточно серьезную работу.

Впрочем, хотя бы немного, но об одном из этих легких радиоактивных элементов, об углероде-14, надо поговорить.

В атмосфере содержится углекислый газ. Растения днем поглощают углекислый газ, а ночью выдыхают его. Поэтому происходит непрерывный обмен углекислотой между растениями и атмосферой. Утверждение — из числа общеизвестных, но вспомнить о нем необходимо.

Теперь вторая сторона вопроса. Уже несколько миллионов, а может быть, даже десятков миллионов лет состав атмосферы постоянен. Постоянен и уровень космического излучения. Поэтому постоянным будет и количество радиоактивных элементов, образующихся в атмосфере.

Третья сторона. Радиоактивный углерод образуется в верхних слоях атмосферы и перемешивается с «обычной» углекислотой воздуха.

Поэтому атмосферная углекислота нашей планеты характеризуется постоянным содержанием радиоактивного углерода.

Четвертая сторона. Растения ассимилируют углекислый газ, и, следовательно, он переходит в растительные организмы, а так как идет непрерывный обмен углекислотой между воздухом и растениями, то во всей земной флоре устанавливается такое же относительное содержание радиоактивного углерода, как и в воздухе.

Пятая сторона. Животные питаются растениями. Даже если какой-то из представителей фауны — убежденный противник вегетарианской диеты, то он харчуется животными-вегетарианцами. Поэтому радиоуглерод попадает и в организм животных.

И становится ясным, что все живое на Земле — от инфузории до слона, включая в этот промежуток енота, попугая ара, человека и королевского питона, — содержит радиоактивный изотоп углерод-14.

Сторона шестая. Если организм погибает, то прекращается обмен с окружающей средой. И поэтому в органических остатках количественное содержание радиоактивного углерода начинает уменьшаться — этот изотоп распадается наполовину за 5,5 тысячи лет.

Сторона седьмая. Определяя относительное содержание радиоактивного углерода в органических остатках (а измерения радиоактивности, как правило, очень точны и чувствительны), можно, как правило, установить время, когда погибло то или иное растение и животное. Вот почему археологи так радостно взяли на вооружение радиоуглеродный метод: еще бы, они узнали с неслыханной ранее для историков достоверностью и то, в каком веке до нашей эры носили американские аборигены найденные в раскопках сандалии, и когда была сработана погребальная ладья фараона Сезостриса III, и даже когда были написаны кожаные свитки, тексты которых впоследствии были положены в основу Библии. Но об этом пусть и очень интересном применении радиоуглерода здесь рассказывать не место.

Как видим, у радиоуглеродной проблемы столько сторон, что и не понять, какую они образуют фигуру. Оставим размышлять над этим геометров, а сами пойдем дальше.

Геофизики хорошо знают, что плотность силовых линий магнитного поля наиболее высока в районе магнитных полюсов Земли, наименьшая же — в экваториальных областях. Замечание отнюдь не случайное, потому что заряженные частицы космических лучей, приближаясь к нашей планете, начинают перемещаться вдоль линий магнитного поля. Вот отчего концентрация радиоизотопов в воздухе будет различной в различных географических широтах. Рейс «Михайлы Ломоносова», о котором упоминалось ранее, как раз и должен был установить зависимость между радиоактивностью атмосферы и широтой и тем самым подтвердить теорию возникновения естественных радиоактивных элементов в атмосфере.

Стоит ли говорить, что с задачей своей он справился полностью. Иначе этот параграф и не был бы написан.

 

Долгий век тория и бабочки-однодневки

Если бы мы постоянно закрашивали, скажем, красной краской те клетки таблицы Менделеева, где обнаружено хотя бы по одному естественному радиоактивному изотопу, то, дойдя до этого места книги, мы обнаружили бы, что красной краской покрыты «края» таблицы — начало и конец. Что ж, примемся за середину.

Краски нам потребуется очень много. Пока лишь у единичных элементов середины периодической системы не обнаружены естественные радиоактивные изотопы. «Пока» — здесь очень емкое слово, потому что имеются все основания ожидать, что, пока книга выйдет из печати, придется закрашивать и эти немногие оставшиеся «нерадиоактивными» клетки.

Прежде всего надо ответить на очевидный вопрос: как случилось, что радиоактивные свойства тяжелых элементов были открыты давно, а о естественной радиоактивности подавляющего большинства легких и срединных химических элементов узнали лишь недавно?

Ответ дать легко, и нужды нет доказывать, что легкость эта далась ценой в высшей степени кропотливых экспериментов, обставленных технически с той тщательностью, которая граничит с виртуозностью. Ответ — вот он: все дело в периодах полураспада.

При изучении радиоактивности тяжелых элементов химикам и физикам приходилось иметь дело с «умеренными» периодами полураспада. Этот эпитет относится и к радию, который распадается наполовину за 1600 лет, и к урану-238, период полураспада которого 4,5 миллиарда лет, и даже к торию, который «срабатывается» наполовину за 14 миллиардов лет. Да, по меркам специалистов в области радиоактивности полтора десятка миллиардов лет — срок умеренный.

Периоды полураспада большинства естественных радиоактивных элементов, находящихся в середине таблицы Менделеева, таковы, что могли бы служить великолепной иллюстрацией к разделам книг по занимательной математике, которые повествуют о сверхбольших числах.

Имена этим числам еще не придуманы. Скажу только, что встретить периоды полураспада в 1017, 1018 и даже 1021 лет там не редкость. Что это такое, можно понять разве только из примера.

Примером будет служить самый «короткоживущий» из этих изотопов — олово-124, период полураспада которого всего 21017 лет.

Если взять килограмм олова, то в результате радиоактивного распада за один час в нем будет появляться две бета-частицы. Всего две.

Вот и попробуйте их обнаружить. Попробуйте, если за счет присутствия естественных радиоактивных элементов только в мышцах вашей руки распадается в десятки тысяч раз больше радиоактивных атомов. Попробуйте, если килограмм олова способен поглотить и не допустить к счетчику излучения не какие-то две несчастные бета-частицы, а миллионы. Попробуйте, если даже воздух за счет находящихся там радиоактивных элементов дает в районе счетчика тысячи распадов.

И тем не менее попробовали — и удалось. Хотя нет, плохое в данном случае это слово, наводящее на мысль об удаче. Удача необходима для игры в спортлото. Здесь же, в эксперименте, все решают умение и труд. А эти два существительных помогали решить и не такие проблемы.

Не приходится сомневаться, что радиоактивность — такое же общее свойство материи, как, скажем, масса.

Да, любой химический элемент радиоактивен. Каждый атом рано или поздно распадается. Можно было бы по этому поводу поморализировать: ничто, дескать, не вечно под луной. Но поговорка эта здесь как раз «не работает». Потому что иные из элементов хотя и распадаются, но так медленно, что, пока элемент покончит свои счеты с жизнью, исчезнет сама Луна — то ли ее растащут на стройматериалы, то ли она рассыплется от ветхости.

Для нас факт всеобщей радиоактивности важен по другим причинам. Считалось раньше, что представления о непременной изменчивости мира распространяются только на живую, органическую природу. Теперь же мы видим, что эта изменчивость действительно всеобщая. И было бы в высшей степени странно, если бы такой общности не наблюдалось. Это означало бы, что между живой и неживой природой стоит барьер, преодолеть который никогда и ни при каких условиях невозможно. Л раз так, то не могло живое вещество возникнуть из неживого. Следовательно, происхождение жизни — не самопроизвольное возникновение белковой молекулы, а стало возможным лишь в результате чьего-то постороннего вмешательства. Вот ведь до чего договорились.

Итак, весь материальный мир находится в состоянии непрерывной изменчивости. Вот только скорость различных процессов, которые ведут к изменению мира, существенно разнится. Вводя разнообразные системы классификаций, раскладывая наблюдающиеся в природе явления по полочкам научных терминов и представлений, человек вольно или невольно исходит из своего мироощущения, из своего удобства, наконец. Человек различает четыре времени года, и со своей точки зрения, бесспорно, прав. Бабочка-однодневка же считает, что в мире стоит всегда — понимаете, всегда — одинаково ровная температура плюс 16 градусов, и столь же непререкаемо права. С точки зрения человека, и материки стоят на месте, и горы неизменны по своей высоте. Увлекающийся же астрономией подросток четырнадцати с половиной тысяч лет от роду, что проживает на одной из планет далекой-далекой звезды, наблюдает в какой-то там свой прибор Землю и поражается: а все-таки быстро передвигаются на этой планете материки!

 

Время — назад!

Период полураспада радиоактивного изотопа не может быть изменен никакими внешними воздействиями, поскольку они, эти воздействия, по своей энергии значительно меньше, чем энергия межядерного взаимодействия. Поэтому период полураспада может быть отнесен к числу основных характеристик изотопа». Сказано очень сухо и, согласимся, не очень понятно. Но в формулировках академических изданий «лить воду» не принято (хотя и случается, увы), а что касается доходчивости, то эти издания предназначены для посвященных. Но зато сколько же за этими пусть и не очень понятными словами лежит труда!

Прежде чем прийти к выводу, содержащемуся в цитате, радиоактивные элементы подвергали чудовищному давлению — такому, когда сжимаемое вещество и на себя-то перестает походить; нагревали, если здесь только подходит такое элегическое определение к процессу, при котором радиоактивный металл плавится, а затем кипит, причем образующиеся пары раскаляют еще на две тысячи градусов выше температуры кипения. Все было напрасно — скорость радиоактивного распада оставалась неизменной. Понять это легко (потом понимать всегда легче): величина энергии, которая определяет течение процессов распада атомного ядра, неизмеримо выше, чем энергия, которая доставляется атому нагреванием вещества до каких-то жалких трех-четырех тысяч градусов.

Сейчас трудно установить, кого первого осенила счастливая мысль использовать постоянство скорости радиоактивного распада для создания радиоактивных часов. Можно полагать, что, как это часто бывает, до идеи радиоактивных часов одновременно додумались несколько ученых.

Рисунок, который сейчас перед вами, предельно правильно передает идею радиоактивных часов. Нет, конечно, время с помощью этих часов не определяют буквально так, как изображено на рисунке. А в остальном все сходится. Ведь из урана в самом деле «сыплется» свинец: известно, что уран, проходит несколько стадий, в каждой из которых он выбрасывает альфа-частицу и превращается в конце концов в стабильный (с той степенью приближения, с какой можно применять это слово) свинец. Количество свинца, которое образуется при распаде урана за определенный отрезок времени (год, столетие, миллион лет), строго постоянно. Вот и все вводные положения.

…Когда-то — специально не говорю, когда именно, — в результате достаточно сложных геохимических процессов образовался один из довольно многочисленных урановых минералов. Много позже, когда на Земле возникнет жизнь, которая в конце концов приведет к появлению геологов и геохимиков, этот минерал будет назван уранитом. Допустим, что все время тот образец минерала, о котором идет речь, начиная со своего рождения, находился в очень благоприятных условиях: вода его не размывала, ветер не разрушал и землетрясения ему никакого ущерба не причинили. Но, несмотря на это, минерал изменялся. С каждым днем — нет, не та единица измерения! — с каждым тысячелетием в минерале уменьшалось количество урана, но зато повышалось содержание свинца. Однако минерал лежал и дожидался, когда наступит его день. День наступил, минерал был извлечен из своего убежища и доставлен в лабораторию химиков. Те, вместо того чтобы любоваться красивой находкой — каждый минерал красив по-своему, — растворили его в едких реактивах, а затем сноровисто провели анализ раствора и определили, сколько в минерале было свинца, а сколько урана. На этом их миссия была закончена, и они передали результаты анализа геологу, который принялся изучать их с живейшим интересом.

Геолога можно понять. По результатам химического анализа он совершенно определенно может рассчитать, когда именно сложился этот образец уранита — ведь так важно знать возраст каждого из участков земной коры! Найдя по данным анализа отношение свинца к урану, геолог уверенно утверждает: этот минерал образовался 270 миллионов лет назад.

Как видим, уран, распадаясь, послушно и с регулярностью, недоступной даже лучшим из заводских хронометров, отсчитывал время рождения минерала, следовательно — и того участка земной коры, где был найден наш образец уранита. Чем же не часы? Конечно, на свидание с девушкой с такими часами не поспешишь — можно и опоздать. Но для свидания с прошлым — и каким далеким! — лучше этих часов ничего не придумаешь.

Вовсе не обязательно, чтобы геологические радиоактивные часы работали именно на урановой пружине. Ведь уран, как очевидно, не единственный радиоактивный элемент, соотношение которого с продуктами его распада может быть использовано для датировки различных геологических событий. Поэтому в геохронологии (а именно так и называется датировка по радиоактивным часам) с таким же успехом используют пары торий — свинец, уран — гелий, торий — гелий, калий — аргон.

Первым относительно времени происхождения нашей планеты высказался Ветхий завет. Там сказано хотя кратко, но зато категорично, что Земля, как и весь остальной мир, была сотворена за 4004 года до рождества Христова.

Подправил священную книгу архиепископ Иероним, который уверял, что торжественное событие сотворения Земли произошло не за 4004, а за 3941 год до того, как в заброшенных яслях появился на свет младенец Иисус.

Епископ антиохийский Феофил не мог согласиться с коллегой Иеронимом: с горячностью, явно несовместимой с саном, его преосвященство утверждал, что Земля гораздо старше: всевышний сотворил ее за 5515 лет до того события, в честь которого празднуется рождество.

И все же Августин Блаженный уточнил преподобного Феофила, заметив, что наша планета на 36 лет старше, чем считает его преосвященство.

Но окончательно все уточнил английский архиепископ Асшер, который еще в XVII веке вычислил, что Земля создана в 9 часов утра 26 октября за 4004 года до появления на свет младенца Иисуса. Как видим, у архиепископа не было серьезных расхождений с Ветхим заветом, но каковы были предпосылки, с помощью которых его высокопреосвященство определил с такой точностью время возникновения Земли, этого мы, конечно, уже никогда не узнаем. Надо полагать, что предпосылки эти были достаточно серьезны и основательны, — не верить же злым языкам, которые утверждали, что 26 октября это был день ангела архиепископа, который пожелал его таким образом увековечить.

Первая действительно научная попытка оценить возраст нашей планеты была предпринята во второй половине прошлого века виднейшим английским физиком Вильямом Томсоном (лордом Кельвином). Предположив, что в начале своего существования Земля представляла собой расплавленный шар, и зная размеры этого шара, Томсон рассчитал, сколько времени должно было пройти, чтобы этот шар остыл до нынешней температуры. Вышло 24 миллиона лет. Это было уже намного больше, чем «ветхозаветные» несколько тысяч лет, но все равно не устраивало геологов — они были уверены, что история планеты гораздо более солидная, чем выходило по расчетам Томсона.

И геологи вознамерились определить возраст Земли своим, чисто геологическим путем.

Геологи решили сыграть на солености морей и океанов. Уж они-то наверняка знали, что моря соленые не оттого, что в них селедки плавают, а потому, что реки увлекают в Мировой океан минеральные соли, вымывая их из различных горных пород. Концентрация солей в водах рек была известна. Соленость океанской воды, конечно же, определили давно. Дальше следовало прикинуть годовой сток речной и общий объем океанской воды. А раз известно, сколько солей находится в Мировом океане и сколько ежегодно пост\'пает туда из рек, то, поделив первую величину на вторую, можно получить… нет, не возраст Земли, но, по крайней мере, указание, когда на планете образовались реки, моря и океаны. Вышло что-то между тремя стами миллионами и полутора миллиардами лет. Это были уже более правдоподобные величины. Но ведь какая неопределенность! В самом деле, были бы вы довольны, если бы диктор Центрального телевидения объявил: «Встреча по хоккею между сборными командами СССР и Чехословакии будет транслироваться сегодня. Начало передачи между 9 и 20 часами»?

Не приходится сомневаться, что геологи и поныне были бы преисполнены сомнений и колебаний относительно возраста Земли, не будь открыта радиоактивность. И вот в 40-х годах была проведена первая «наладка» радиоактивных часов. Теперь геологи стояли на Земле куда более уверенно, чем прежде!

Ход рассуждения геологов был очевидным: весьма вероятно, что возраст земной коры и планеты в целом не очень разнится. Поэтому необходимо определить возраст как можно большего числа различных пород и минералов. Самый древний из них и будет максимально приближаться к возрасту Земли.

Началась кропотливая работа. В геохронологические лаборатории доставлялись образцы из различных горных районов планеты, из глубинных шахт, со дна морей и океанов. В каждом из этих образцов тщательно определялось соотношение радиоактивного элемента и продукта его распада, и это позволило узнать, что…

…Что возраст гранитов может быть самым различным. Бывают среди гранитов младенцы ясельного возраста, которые едва насчитывают 200 миллионов лет, попадаются и зрелые мужи возрастом около миллиарда лет, а отдельные находки обнаруживали все признаки дряхлости — им было больше 2 миллиардов лет.

…Что встречаются породы (например, гнейсы), возраст которых приближается к 3 миллиардам лет.

…Что попадаются образцы, возраст которых явно больше 3 миллиардов.

…Что можно отыскать уже совершеннейших «мафусаилов» земных недр — возрастом 4,0 миллиарда лет от роду.

Теперь можно было утверждать с полной категоричностью, что возраст планеты не меньше 4,5 миллиарда лет. Не меньше… А сколько в действительности? Пять, семь или, быть может, все десять? Ведь имелись основания подозревать, что земная кора за время существования планеты могла, причем неоднократно, изменить свой состав. Не случайно один из видных геологов заметил, что первичная кора Земли была перемолота на мельнице Нептуна и переплавлена в кузнице Вулкана. Да, действительно, моря, землетрясения и извержения вулканов могли здорово повлиять на химический состав поверхностного слоя Земли. Могли… Но повлияли ли?

Достаточно определенно ответили на этот вопрос метеориты, которые…

«Позвольте, — снова вступит наш старый знакомый оппонент, — при чем здесь метеориты? Ведь речь идет о возрасте Земли, а метеориты — они ведь неземные объекты. Не случайно их красиво и волнующе называют «пришельцы из космоса»!»

Но метеориты как раз «при чем». Потому что у геологов и у их коллег астрономов имелись веские основания предполагать, что наша планета и «небесные странники» метеориты возникли в одно время.

Это просто удивительно, до чего различные метеориты, найденные в разных местах и в разное время, оказались близкими по возрасту! С ничтожной погрешностью, всего в каких-нибудь 100 миллионов лет, можно было утверждать, что все метеориты появились, так сказать, одновременно: 4,5 миллиарда лет назад, это и признали геологи за возраст Земли, точнее, срок, когда она сформировалась как планета.

Немного можно назвать научных открытий нашего века, которые так решительно повлияли бы на формирование материалистического мировоззрения, как определение возраста Земли и метеоритов. Ведь из факта совпадения возраста нашей планеты и метеорного вещества следовал вывод уже совершенно исключительный по важности: метеориты возникли тогда же, когда и остальные тела Солнечной системы. А это самый решающий аргумент в пользу предположения о том, что все планеты — «одногодки». Стало быть, вся Солнечная планетарная система возникла одновременно. А тогда… Но не будем спешить с обобщениями.

 

Острова стабильности в океане есть…

«Они стояли перед железнодорожной насыпью, по которой с бешеной скоростью несся экспресс Гавр — Смирна. Когда поезд промчался, старший повернулся к своему спутнику и спросил, цедя слова сквозь зубы:

— Джованни, ты обратил внимание на четвертое с конца окно седьмого вагона?

— Не считая купе проводника и окна… э… ретирады, эчленца?

— Конечно, не считая!

— Так точно, обратил внимание, эчленца!

— Кто там сидел?

— Мужчина, эчленца.

— Опиши внешность.

— Э-э-э… лет приблизительно сорока пяти, одет в черный с полосками костюм, в петлице гвоздика.

— Сорт?

— «Кровь Кармен». Галстук тоже черный, булавка с бриллиантом, каратов приблизительно на сорок. Разумеется, поддельный. В наружном кармане пиджака платок, почему-то цветной. В синий горошек. На столике газета. Судя по шрифту, «Бременский курьер». Пожалуй, все, эчленца.

— Подумай, Джованни, может быть, ты что-нибудь забыл?

— Да, эчленца: наш клиент плохо выбрит!»

Этот придуманный мною отрывок из ненаписанного приключенческого романа — не просто предлог развлечь читателя. Дело в том, что в тех научных исследованиях, о которых сейчас пойдет речь, ученым приходилось за время, пожалуй» еще более короткое, чем то, каким располагал феноменальный Джованни, подмечать гораздо больше подробностей.

Если бы я сегодня привел менделеевскую таблицу, завершающуюся 92-м элементом, ураном, то многие сочли бы это признаком безнадежного отставания от последних событий в науке. Хотя — какие это «последние» события! Ведь первый заурановый элемент был получен вот уже без малого сорок лет назад, в 1939 году. А сегодня таблица завершается 106-м элементом. Тем не менее и такая «короткая» таблица Менделеева имела бы смысл, если бы мы хотели представить в ней только те элементы, которые найдены в природе, точнее — в земной коре.

Кто не знает, что заполнение заурановых клеток таблицы Менделеева произошло не потому, что были внезапно открыты месторождения нептуния, плутония и следующих за ними элементов.

Впервые в истории науки новые элементы не открывались, а получались.

Именно в конце 30-х годов зародилась, а затем блистательно развилась новая область химии — ядерный синтез. Ученые овладели искусством синтезировать новые химические элементы так же, как в свое время их предшественники научились синтезировать сложные органические и необычные неорганические соединения.

…Это в высшей степени интересная история обо всех драматических и захватывающих событиях, которыми сопровождалось рождение новых химических элементов. Но ей не место в этой книге, посвященной проблемам космохимии. Поэтому не без сожаления оставим физиков и химиков в их лабораториях, забот у них достает и без нас — они трудятся над заполнением новых клеток менделеевской таблицы. Мы же сразу обратимся к некоторым итогам вот уже почти сорокалетнего существования той химии, которую часто не без добродушной иронии, но и не без оснований называют «алхимической».

Когда ряд новых заурановых элементов стал уже достаточно протяженным, представилась возможность сопоставить скорости их распада. И тут стало понятным, что природа совсем не случайно — впрочем, повторим это: природа ничего и никогда не делает случайно — поставила уран у верхней естественной границы периодической системы.

Напомним, что период полураспада урана 4,5 миллиарда лет, по случайному совпадению — ровно столько, сколько времени существует Земля (на этот раз совпадение действительно случайное, потому что через миллиард лет наша планета будет насчитывать уже 5,5 миллиарда лет жизни, а период полураспада урана останется все гем же). А это означает, что сегодня на планете урана всего вдвое меньше того количества, каким она была наделена при рождении.

Перейдя урановую границу, элементы начинают катастрофически, именно катастрофически, «слабеть». Период полураспада 93-го элемента, нептуния, уже 2 миллиона лет, причем я выбрал самый долгоживущий изотоп этого элемента — остальные распадаются с куда большей скоростью.

Плутоний живет подольше, но и это время ничтожно по сравнению с жизнью урана — ничтожно коротко: наиболее долгоживущий изотоп 94-го элемента имеет период полураспада примерно 75 миллионов лет. Число вроде бы внушающее уважение, но и оно (до чего же все-таки все относительно!) — миг по сравнению с возрастом Земли.

Дальше величины периодов полураспада как бы катятся вниз по очень крутой горке: только у 96-го элемента, кюрия, в величине периода полураспада появляется слово «миллион» (кюрий-247 распадается наполовину за 15 миллионов лет). Соседи кюрия слева (95-й элемент америций) и справа (97-й элемент берклий) — всего лишь подпоручики в этой табели о рангах, где генеральские звания присвоены торию и урану. Период полураспада 95-го и 97-го элементов — всего тысячи лет.

Но определение «всего» покажется явно несправедливым, если перейти к следующим заурановым элементам. Калифорний-249 (наиболее долгоживущий изотоп 98-го элемента) имеет период полураспада около 500 лет, и это единственный сержант в семействе заурановых, потому что дальше следуют… солдаты? Нет, солдат здесь немного: всего два заурановых элемента имеют периоды полураспада, выражающиеся в сутках: у эйнштейния (№ 99) в днях — 480 дней, у фермия (№ 100) тоже в днях — четыре с небольшим дня. Один элемент — менделеевий (№ 101) — может быть удостоен звания «суворовец»: у него период полураспада исчисляется часами (1,5 часа). А дальше счет идет на минуты; впрочем, всего для одного элемента, 102-го, может быть применена эта единица времени (период полураспада 3 минуты). Всюду далее будут применяться уже только секунды.

Именно при синтезе 104-го элемента, названного затем курчатовием и период полураспада которого 0,1 — одна десятая! — секунды, ученым под руководством академика Г. Н. Флерова пришлось проводить эксперименты, побудившие меня вспомнить диалог, с которого начинался раздел о заурановых элементах. Еще бы, за доли секунды химики успели не только отделить курчатовий от других радиоактивных элементов, образующихся вместе с ним, но и определить, что он первый из всех заурановых элементов принадлежит не III, а IV группе периодической системы, прикинуть температуру кипения соединения курчатовия с хлором, констатировать значительную схожесть курчатовия с его ближайшим соседом по группе элементов гафнием и установить еще десятки других деталей химии 104-го.

Все эти данные с полной определенностью поясняют, почему естественная граница периодической системы проходит через уран. 93-й и 94-й элементы, не говоря уж о более тяжелых, попросту не сохранились. Как видим, время расправляется не только с биологическими видами, вымирают не только птеродактили и индрикотерии, не только споровые деревья и гигантские папоротники, но и химические элементы.

Сведения о продолжительности жизни заурановых элементов, которые были только что сообщены, наводят на размышления, от которых так и веет здоровым скептицизмом: стоит ли биться над синтезом следующих заурановых элементов, ведь совершенно очевидно, что дальше будет идти счет на сотые, тысячные, а там, глядишь, и миллионные доли секунды. Элемент, который живет одну миллионную секунды! Это же абсурд!

«Совершенно очевидно», «абсурд»… Подобная категоричность (а последняя, как известно, почти всегда соседствует с ограниченностью) несомненно проистекает из предпосылки, что периоды полураспада должны уменьшаться с увеличением порядкового номера синтетического тяжелого элемента.

Разумеется, если прибегнуть к приему, который в науке называется экстраполяцией, то не приходится сомневаться, что элементы с порядковыми номерами, большими, чем 105, и впрямь будут иметь периоды полураспада в тысячные, а затем и в миллионные доли секунды. Тут уж задумаешься: существует ли такой элемент или это скорее «неосязаемый чувствами звук».

Все это было бы правильным, если бы экстраполяция в науке, да и не только в науке, всегда оправдывалась. В связи с этим мне вспомнилась не лишенная достоверности. история о том, как новобранцу в английской армии офицер задает вопросы на сообразительность (тесты, как их сейчас называют):

— Джонсон, скажите, что это такое: один каблук, один носок, восемь дырочек и шнурок?

— Не могу знать, сэр!

— Болван, это башмак. Ну, а что такое два каблука, два носка, шестнадцать дырочек и пара шнурков?

— И этого не могу знать, сэр!

— О господи, мне, по-видимому, специально присылают таких отборных… сократов! Это два башмака! Ну ладно. Может быть, хотя бы сейчас скажете, что это: белые и черные клавиши, три ножки и черная доска?

— Три башмака, сэр!

Как видим, экстраполяция креп ко подвела беднягу Джонсона. Может экстраполяция подвести и в предсказывании величин периодов полураспада еще не полученных заурановых элементов.

Посмотрите на картинку, что нарисована здесь, на этой странице. В общем-то, довольно заурядный пейзаж островков с пальмами. Похоже на широко распространенный жанр юмористических рисунков, где обыгрывается ситуация: человек на необитаемом острове. Ничего юмористического в той ситуации, о которой хотим сейчас рассказать, нет. А эти острова имеют самое непосредственное отношение к проблеме заурановых элементов.

Начать с того, что эти районы суши, окруженные водой, так и называются: «острова устойчивости» — термин, который сейчас в физике прочно завоевал право на гражданство. Не случайно рисунок окантован рамочкой, на которой изображены какие-то числа. Хотя почему «какие-то»? Ба, ведь это наши старые знакомые — «магические числа»! Да, рамка эта — координатные оси, одна из которых отвечает числу нейтронов, а другая — числу протонов в ядре атома. Если, как мы уже говорили, те ядра, которые состоят из «магических чисел» нуклонов (протонов и нейтронов) отличаются повышенной прочностью, то особая устойчивость должна быть присуща «дважды магическим» ядрам — тем, которые содержат «магические числа» и протонов и нейтронов. Вот эти ядра и называются островами устойчивости.

Организуем небольшую «географо»-физическую экспедицию, задачей которой будет раскрытие тайны возникновения островов устойчивости.

Не помню точно, где именно видел я один необычный рельефный глобус. Наряду со знакомыми очертаниями известных горных массивов на глобусе тянулись какие-то неведомые хребты с незнакомыми вершинами. Лишь потом, обратив внимание на области, где проходят эти необычные хребты, вы замечаете, что все они располагаются на дне морей и океанов. Именно так выглядит глобус, изображающий рельеф всей земной поверхности. Если бы сравнение не было таким мрачным, можно было бы сказать, что глобус этот изображает земной шар, из которого внезапно улетучилась вся вода.

Попробуем на короткое время «осушить» и наш рисунок с островами устойчивости. Что же получается? Как и следовало ожидать, острова превратились в вершины, расположенные вдоль «Хребта Устойчивости». Попробуем назвать эти вершины. Ломать, впрочем, голову над придумыванием названий не придется. Вот первая (на рисунке справа внизу) вершина «26–30», то есть 26 протонов и 30 нейтронов. Впрочем, можно было бы эту вершину окрестить более благозвучно: «Пик Железа», потому что элемент, в ядре атома которого 26 протонов, может быть только и только железом.

Пик Железа очень высокий, что, конечно же, удивлять не должно: в предыдущей главе мы столько говорили об устойчивости этого элемента.

Нас, впрочем, интересует последняя из изображенных на рисунке вершин «Хребта Устойчивости», — вершина «114–184». 114 протонов… Стало быть, 114-й элемент. А такой элемент, как знают все, еще не получен. Так что вершина эта пока не покорена. Вол ее того, мы не знаем точно высоты этой вершины. Подплыв к острову устойчивости и бросив пока якорь на точке с географическими координатами «106–162» (106-й элемент уже получен физиками), ученые могут констатировать, что вершина эта покрыта густыми облаками.

Интересно, что, несмотря на недоступность (будем надеяться, временную) «пика 114», многие свойства 114-го элемента известны очень хорошо. 114-й — весьма похожий по химическим свойствам на свинец, металл, располагающийся в IV группе периодической системы Менделеева. Он обладает высокой плотностью (почти такой же, как ртуть), сравнительно легко плавится (при 70°) и кипит (при 150°). Известно еще множество подробностей: размеры атома и ионов, энергия, которую требуется затратить, чтобы превратить атом в ион, теплота плавления, теплота парообразования и многое другое. Надеюсь, никто не заподозрит меня в мистификации: сказав, что 114-й элемент не получен, я привел столько «интимных» подробностей о нем, что можно подумать — этот элемент изучен в десятках лабораторий. Никакого чуда здесь, разумеется, нет. Менделеев более ста лет назад, основываясь на открытом им законе, предсказывал с удивительной точностью свойства многих не открытых еще к тому времени химических элементов.

Но знать, пусть с высокой степенью доскональности, свойства элемента — это одно, а вот получить элемент — совсем другое.

Арифметика возможных путей получения 114-го элемента совсем простая. Берут какую-либо мишень, то есть определенный элемент, и обстреливают его ионами другого элемента. При этом необходимо, чтобы порядковые номера мишени и снаряда в сумме давали 114. Комбинаций можно придумать сколько угодно: уран (92) + титан (22), плутоний (94) + кальций (20), торий (90) + хром (24) и т. д., причем ясно, что это «д» будет достаточно длинным.

Но, к сожалению, дело решает не только арифметика, но и множество других наук. Как известно, одноименные заряды отталкиваются. Нелегко поэтому заставить выступить в качестве заряда даже протон; для того чтобы он мог преодолеть отталкивающее действие ядра-мишени, надо его разогнать до очень высокой скорости; собственно, для этого и придуманы различные ускорители. Но для того чтобы принудить выступить в роли атомного снаряда ядро с зарядом +20, нужна такая тяжелая артиллерия, какой физики далеко не всегда располагают. Кроме того, нужно еще столько благоприятных условий для осуществления стрельбы, что, в общем, и поныне проблема получения 114-го элемента остается проблемой. Да, не случайно корабль физиков дрейфует у острова устойчивости 114-го элемента, не имея пока возможности высадить экипаж.

Но, быть может, представится случай хотя бы прикинуть высоту окруженного облаками пика «114–184»? Может быть, физики смогут рассчитать период полураспада этого вожделенного элемента? Как известно, физики сейчас научились рассчитывать многое, а прикинуть, пожалуй, могут всё, даже наиболее вероятное время прилета на Землю корабля из скопления галактик в созвездии Северной Короны. Прикидка показала: период полураспада 114-го элемента должен быть не меньше миллиона (106) лет, но и, пожалуй, не больше миллиона миллиардов (1015) лет.

Эта оценка времени жизни 114-го заставила встрепенуться многих охотников за новыми элементами. Да, если период полураспада этого элемента близок к нижнему пределу, то дело обстоит не очень весело — имеется лишь один путь взятия пика «114–184»: ядерная «алхимия». Но вот если более достоверным окажется верхний предел, то ведь это… это много больше периода полураспада урана и вообще в миллион раз превышает возраст нашей планеты. Тогда, чем не шутит… словом, тот, кому полагается шутить в подобных случаях, почему бы не попытаться поискать 114-й в земных породах и минералах?

К поискам 114-го в природе ученые (сознательно применяю этот неопределенный собирательный термин, так как изысканиями этого элемента занимались и физики, и химики, и геологи) приступили с большим энтузиазмом. Помимо важности проблемы и интереса, который она к себе вызывала, исследователей воодушевляло сознание того, что они могут отыскать 114-й даже в том случае, если один атом этого элемента затерян среди миллионов миллиардов атомов других «обычных элементов».

Лет пятнадцать назад я написал книгу «Девятый знак», посвященную проблеме изучения сверхмалых количеств вещества в химии. Впрочем, на рукописи, которую я отнес в издательство, стояло название гораздо менее выразительное и, как я теперь понимаю, в значительной мере выспреннее. Книгу окрестил тем названием, под которым она вышла в свет, Олег Николаевич Писаржевский, один из наиболее выдающихся художников-популяризаторов в советской литературе. Прочтя рукопись, он поразился тому обстоятельству, что химики могут, причем довольно уверенно, изучать вещества, составляющие примеси порядка одной миллиардной доли процента (10'9) — девятый знак после запятой. Сегодня название уже в значительной степени устарело. За полтора десятилетия химия преодолела рубежи еще нескольких десятичных знаков. Теперь книгу можно было бы назвать «Пятнадцатый знак». Да, такие ничтожные примеси, прячущиеся в пятнадцатом после запятой десятичном знаке, могут сегодня (правда, лишь в достаточно благоприятных случаях) изучать химики.

Имея верных и могущественных союзников — химиков, физики могли достаточно уверенно пуститься на поиски 114-го.

Охота за 114-м началась с поиска стеклянных изделий… прошлых веков. Нет, физиками руководило не стремление пополнить коллекции хрусталя, а чисто научные интересы. Вспомним, что 114-й — аналог свинца: 114-я клетка в менделеевской таблице располагается как раз под свинцом, поэтому по своим химическим свойствам 114-й должен более всего походить на свинец. По достаточно хорошо известным и многократно подтвержденным законам геохимии 114-й, если он, конечно, существует на Земле, должен в земной коре находиться вместе со свинцом. Таков был первый вывод ученых.

Продукты радиоактивного распада 114-го должны обладать большой энергией. Поэтому осколки его ядра, разлетаясь, оставят заметные следы разрушений в окружающем веществе. Таким был второй вывод.

Поскольку период полураспада 114-го весьма велик (а только в случае справедливости этого предположения имеет смысл организовывать его поиски), а само содержание его, конечно же, очень мало, иначе он давно был бы открыт обычными химическими методами, то в каком-то веществе, содержащем свинец, будет наблюдаться весьма незначительное количество распада атомов 114-го даже за весьма солидный промежуток времени. Это третий вывод.

Число и аргументированность выводов, как видим, достаточны для того, чтобы назвать адрес, вероятность проживания но которому 114-го наибольшая: старинные стекла. В прошлые века стекловары любили добавлять в стекла, особенно предназначенные для художественных изделий, окислы свинца. Чем почтеннее возраст стеклянного изделия, тем больше микроскопических следов разрушений должны были оставить в нем осколки распадов гипотетического 114-го элемента.

Не сомневаюсь, карта пути до Вест-Индии, которой, говорят, располагал Колумб, была куда менее подробна и определенна, чем лоция океана, в котором находится остров устойчивости 114-го. За чем же стало дело?

Метод работы был таков. Брался образец стекла и специальными составами подвергался травлению. Поверхность образцов рассматривалась под микроскопом. Следы распада 114-го должны были представлять пучок расходящихся линий — пути движения осколков ядра. И такие следы были обнаружены во многих образцах. Например, в одном кубическом сантиметре хрустальной вазы XVIII века содержалось 120 следов распада (преклоним колени перед мужеством хозяина вазы, отдавшего ее на потребу науки, и перед отвагой физика-экспериментатора, занесшего руку с молотком над этой вазой и, главное, опустившего ее). Конечно, на следах не было написано: мы, дескать, оставлены именно 114-м. Но соболь, пробегая по снегу, тоже не оставляет своего факсимиле, тем не менее опытный охотник по вмятинам с едва различимыми отпечатками коготков уверенно различает, кто проходил здесь три часа назад. Но, увы, охотники за 114-м хотя и видели следы, но своего «соболя» все еще не поймали.

Следующими объектами исследований были породы, добытые из-под многокилометровой толщи воды со дна океана. Имелись веские основания считать, что подобно тому, как свинец, попавший в океанскую воду, захватывается нерастворимыми в воде соединениями и попадает на дно, так и соединения 114-го рано или поздно очутятся в. этих образованиях, называемых конкрециями. Искать 114-й в конкрециях было тем интереснее, что в этих образованиях не могли похозяйничать космические лучи: толща воды служит надежной защитой от космических пришельцев.

Результаты? Пока неясные. Меньше всего в этом виноваты исследователи. Кто придерживается обратного мнения, пусть вообразит песчаный пляж протяженностью в 100 метров и шириной в 10 метров при толщине слоя песка в 1 метр. Вообразили? Теперь представьте, что вам на этом пляже предстоит разыскать какую-то одну (одну!) определенную песчинку, причем хотя вы знаете, что эта песчинка должна быть отмечена каким-то особым знаком, но каким именно, это вам неизвестно. Думаю, что за такую работу не отважится приняться ни один подвижник. А физики берутся: несложный расчет показывает, что число песчинок на упомянутом нашем пляже должно составлять 1013 — именно столько, сколько атомов посторонних элементов должно приходиться на один атом 114-го элемента в тех образцах, где он разыскивается.

Не ожидая конечных результатов поисков 114-го на Земле, исследователи решили обратиться к космосу, точнее — к космическим лучам. Эти лучи, пронизывающие все доступное нашему обозрению космическое пространство, содержат не только протоны — ядра водорода, но, хотя и в меньшем количестве, ядра самых разнообразных химических элементов. Впрочем, далеко не всем химическим элементам, входящим в состав космического излучения, суждено добраться до Земли. От места своего рождения в далеких галактиках до нашей планеты космическое излучение идет много миллионов лет. Конечно, достигнуть цели путешествия могут лишь наиболее долгоживущие ядра: изотопы, обладающие недостаточно большим периодом полураспада, скончаются в дороге, превратившись в более устойчивые ядра.

Теперь, после краткого отступления о космических лучах, самое время рассказать об одних не совсем обычных экспериментах. На специальных аэростатах на громадную высоту поднимались фотопластинки. Хотя никакой фотоаппаратуры на аэростатах не было, фотопластинки тем не менее предназначались для фотографирования. Объектом фотографии должны были стать космические лучи.

Разумеется, и на большой высоте космические лучи столь же невидимы, как и у поверхности Земли. Невидимы для глаза, но не для фотографической пластинки. Неистовые частицы космического излучения, попадая на фотоэмульсию, оказывают на нее гораздо более сильное разрушительное действие, чем кроткие фотоны — кванты видимого света, каждый из которых способен разбить разве что одну-единственную молекулу хлористого серебра — основу фотоэмульсии. Протоны же, не говоря уж о более тяжелых ядрах, движутся через строй молекул хлористого серебра, словно слоны Ганнибала через фаланги поверженных римлян. После пролета космических частиц остается след, внушительный, чем выше порядковый номер элемента.

Так вот, среди следов (треков) космических частиц, запечатленных на фотопластинках, попадались, правда очень редко, такие внушительные, что так и напрашивалось предположение: эти борозды пропахали атомы элементов с порядковыми номерами, превышающими 100. Но ведь любые известные нам элементы с такими порядковыми номерами — и фермий (100), и менделеевий (101), и жолиотий (102), и резерфордий (103), и курчатовий (104), и, наконец, нильсборий (105) — настолько недолговечны, что им в составе космических лучей не долететь и от Юпитера, не то что от какой-то невообразимо далекой галактики, которой и имени то не придумали, а нарекли лишь скучным трехзначным номером. Стало быть…

Стало быть, след принадлежит какому-то неизвестному элементу из второй сотни. Какому? Уж не 114-му ли? Очень хотелось бы…

«Стоп, — снова вмешается недоверчивый читатель (настойчивость которого можно лишь приветствовать, потому что здоровый скептицизм полезен всегда, а для науки — втрое), — стоп, — скажет этот читатель, — не увлеклись ли слишком ученые, а вместе с ними и автор? Подумать только, в какие малости ударились: искать один атом в миллионах миллиардов других, радоваться следу — одному-единственному, да и то выуженному с высоты 40 километров? Какое это может иметь значение?»

Ответ может быть только один: огромное, неоценимое!

Если окажется, что в природе существует, пусть и в ничтожном количестве, 114-й элемент, то этим самым верхняя естественная граница поднимется сразу (даже дух захватывает!) на 22 клетки!

Поверьте, на мировоззрение человечества это расширение границ окажет влияние не меньшее, чем это было достигнуто Великими географическими открытиями XIV–XV веков.

А что до мизерности количеств 114-го, то ведь не вычеркиваем же мы из таблицы клетку № 87 только потому, что обитателя этой клетки в земной коре содержится еле-еле полкилограмма!

Но пока, несмотря на обнадеживающие результаты, определенных выводов о существовании на Земле устойчивого зауранового элемента сделать нельзя. Но, во-первых, это пока, а во-вторых…

Во-вторых, почему мы решили, что все элементы, стоящие за ураном, вымерли до конца, до последнего атома? Разве нет надежд обнаружить в природе хоть сколько-нибудь, хоть самую малость первых из заурановых элементов? Ведь у них периоды полураспада все же миллионы (лет), а не десятые доли (секунд), как у последних искусственно полученных заурановых элементов.

А в-третьих…

Вот с этого «в-третьих» мы, пожалуй, и начнем.

На страницах этой книги неоднократно вспоминался свинец. Популярность этого элемента в данном случае не удивительна: ведь свинец — конечный продукт распада самых «главных» естественных радиоактивных элементов Земли: тория и урана.

Но взглянем на таблицу Менделеева. После свинца в периодической системе стоит висмут — элемент, который наверняка образовался в результате радиоактивного распада более тяжелых элементов.

«Каких именно?» — спрошу я.

«Да мало ли имеется этих элементов! — последует наиболее вероятный ответ. — Вон их сколько в периодической системе: кроме тория и урана, — полоний, радий, актиний, выбирай любой».

Действительно, висмут может пойти, кажется, по любому направлению, и всюду, ну, если и не всюду, то, по крайней мере, где-нибудь он найдет своего предка. Однако, несмотря на обилие адресов, остается висмут безродным и сирым.

Вспомним еще раз основные типы радиоактивного распада: альфа, бета и гамма. Известно (учили ведь в школе!), что лишь первый из этих типов распада ведет к изменению массового числа. Массовое число альфа-частицы равно 4. Поэтому, если при радиоактивном распаде массовое число уменьшается, то сразу, «единым махом», на 4. А это означает, что тип ядра при расндде измениться не может.

В самом деле, возьмем какой-либо радиоактивный изотоп, например уран-238. Тип ядра 4p+2 (при делении 238 на 4 в остатке получаем 2). Стоит ли доказывать теперь или каждому усвоившему элементарную арифметику это ясно и так, что, какими бы путями ни распадался уран-238 и его потомки, во всех случаях будут образовываться только изотопы 4p+2. В самом деле, вот некоторые из продуктов распада урана-238: торий-234, радий-226, радон-222, свинец-206.

Родоначальником семейства 4p+3 стал другой изотоп урана, с массовым числом 235. Пройдя длинную цепочку изменений, он превращается в свинец-207.

Патриарх клана 4p торий-232. Массовые числа всех продуктов его распада без остатка делятся на 4; не составляет исключения и завершающее звено цепочки распада — свинец-208.

Основателем последнего из возможных семейств, семейства 4p+1» является… Позвольте, но ведь среди нескольких десятков изотопов естественных тяжелых радиоактивных элементов, от астата до урана, нет ни одного, который относился бы к типу 4p + 1, ни одного! И никак тут не спрячешься за спасительную формулу «нет так нет». Скорее всего, природа недолюбливает этот тип атомных ядер и не захотела «сотворить» относящиеся к нему изотопы.

Неужели природа не имеет права на такие невинные капризы?

Если бы мы и признали за природой право даже на самодурство, легче бы нам от этого не стало. Все тот же висмут-209, единственный, кстати, изотоп этого элемента — изотоп, как видим, типа4p+1. Должен же был откуда-то взяться этот самый висмут-209! Были же у него предки — предки типа 4p+1! Куда же они делись? Не переселились же они на другую планету!

Можно было бы беспредельно нанизывать вереницу вопросительных и восклицательных знаков, но конец недоумению положила алхимия, алхимия XX века. Когда были синтезированы все возможные изотопы первых заурановых элементов, сразу стало ясно, «откуда есть пошел» висмут. А пошел он от 93-го элемента, от нептуния-237 (тип 4p + 1). И тут все стало ясно: разумеется, «старик» не мог дожить до наших дней — что его два с малым миллиона лет (период полураспада) по сравнению с временем жизни нашей планеты, по сравнению с 4,5 миллиарда лет! Такими же «хлипкими» оказались и продукты распада нептуния-237, предшествующие висмуту: и протактиний-233, и торий-229, и радий-225.

Оказывается, бобыль висмут — единственный и неопровержимый свидетель того, что нептуний все же существовал на нашей планете.

А если существовал, то не сохранился ли? И не говорите о периоде полураспада! Профессору Челленджеру тоже все толковали о том, что первобытные ящеры не могли сохраниться на нашей планете, а он не поверил и открыл удивительный «затерянный мир» — уголок первобытной природы. Ах, это все Артур Конан-Дойль выдумал? Но ведь удивительная история с кистеперой рыбой целлакантус, которую считали вымершей сотни миллионов лет назад и которую сейчас отыскали в укромных океанских уголках, — это уже не вымысел. Так почему же не выступить в роли целлакантуса какому-либо, а может быть, даже каким-либо заурановым элементам?

Должен сказать, что аналогия с целлакантусом оказывается в высшей степени уместной в проблеме поиска заурановых элементов в природе. Ведь та рыба, которую выловили удачливые ихтиологи, тоже не прожила 200 миллионов лет — столько не живет, увы, ни одно живое существо, даже кистеперая рыба. Но не существуют ли какие-либо процессы, благодаря которым заурановые элементы образуются при ядерных процессах — так же, как рождаются в воздухе легкие радиоактивные элементы?

В науке — я уже говорил об этом — правильно поставить вопрос зачастую не менее важно, чем решить его. Проблема с естественными заурановыми элементами — лучшее тому подтверждение. Первые заурановые элементы получились облучением урана-238 нейтронами. В любом же урановом соединении, в любом урановом минерале, урановой руде нейтронов предостаточно. Они образуются при делении урана, при соударении вылетающих из урана альфа-частиц с другими элементами, при облучении соединений урана космическими лучами и т. д. Поэтому в природном уране всегда присутствует плутоний. Его, правда, очень мало: одна часть на 100 миллиардов частей урана, но она есть. Есть!

Конечно, не автору этой книги решать то, где сегодня, в 1977 году, должна проходить естественная граница периодической системы элементов. Это должны сделать соответствующие химические организации, которым дано право декретировать такие вопросы. Но согласитесь, что сочетания слов «сегодня», «1977 год» со словами «периодическая система элементов» весьма примечательно. Поистине никакие границы не вечны, даже границы периодической системы!

 

Окончание

…потому что, как теперь ясно каждому знакомому с химией, ни двух с половиною фунтов, ни грамма, ни, пожалуй, и двух атомов сто одиннадцатого элемента быть не может ни у Карлшреттера, ни у Рокфеллера, ни даже у господа бога! Желаю здравствовать, комиссар!

Инспектор Варнике кладет микрофон на рычаг, раскуривает трубку и возвращается к Баху.