В которой высказывается убеждение, что электрон всегда был таким, как сегодня; утверждается, что полеты на Луну — это очень интересно; ставится под сомнение принадлежность никеля к металлам; описывается несколько, скажем прямо, не очень нормальных химических элементов и в заключение рассказывается о двух дюжинах различных водородов.
«Хвостист» из шарового скопления 47 Тукана
— Не стану, Иван Лаврентьевич, не стану я его экзаменовать! Почему всех этих инопланетных только ко мне направляют?! Вот у Ильи Лукича стаж побольше моего, а его третий год ничем серьезнее, чем опрос дельфинов, не занимают.
— Петр Петрович, голубчик, во-первых, у Ильи Лукича так, как у вас, не получится. А во-вторых, после того, как тот бойкий парень из созвездия Стрельца в благодарность за тройку сделал Лукича телепатом, к нему больше инопланетных направлять, нельзя: чуть что не по нем, он их телепортирует на Фобос. Некоторые сильно обижаются.
— Не говорите, Иван Лаврентьевич, среди этих внегалактических попадаются такие, что их не только на Фобос пошлешь… А откуда этот очередной претендент?
— Господи, разве упомнишь!.. Ага, вот он сыскался: шестая планета звезды УОЯК м-8 из шарового скопления 47 Тукана.
— Ого, откуда добрался! На каком же наречии он изъясняется?
— А он вообще не изъясняется. Они, тукане, общаются в инфракрасном диапазоне.
— Иван Лаврентьевич, уважаемый, мама меня родила без приемника ИК-излучения! В данном случае это можно считать профнепригодностью, поэтому увольте меня от вашего туканина. Направьте его в спектральную лабораторию, пусть он там столковывается со спектрографом!
— Петр Петрович, до шуток ли мне? Знаете, откуда звонили мне по поводу этого туканина?.. Вот именно… Он пытался сдавать химию в четырех вузах и всюду срезался. Тип же этот оказался предельно кляузным. В последний раз, к примеру, написал, что ему сбивали настройку. А насчет контакта не волнуйтесь — он с собой носит транслятор. Кстати, замечательная штука, скажу я вам: переводит инфракрасное излучение в звуковые колебания и, кажется, даже рентгеновский аппарат может заставить говорить на хинди.
— А как он передвигается?
— Кто? Транслятор?
— Да туканин ваш!
— Да что вы мне все время «ваш» да «ваш»!.. Он такой же мой, как и ваш, можете забрать его себе со всеми потрохами, если они у него только имеются. А потом, он не ходит, а…
— Ого, значит, летает? Летунов мне еще экзаменовать не приходилось!
— Да нет же, он…
— Плавает? Будем устраивать экзамен в бассейне «Пингвин»? Но тогда уж его экзаменовать, безусловно, должен Илья Лукич.
— Выслушайте меня наконец! Туканин передвигается дематериализуясь-материализуясь.
— ???
— Очень просто: аннигилируется в данном объеме пространства и тут же возникает в соседнем. Гамма-излучения не выделяет.
— Экзаменаторов, надеюсь, он не аннигилирует?
— Полагаю… не должен. Но надо будет осведомиться в министерстве.
— Слушайте, Иван Лаврентьевич, а зачем он на Землю пожаловал?
— Петь будет. В оперном театре.
— Петь?
— В ИК-диапазоне?! А слушать кто его будет? Спектрографы?
— Петр Петрович, вы повторяетесь. У него ведь транслятор есть. И он каким-то образом может исполнять несколько партий сразу. Вот этим и соблазнился оперный театр: солист один, а исполняет все партии — Фигаро, Розину, Альмавиву, дона Базилио, Бартоло и еще партию флейты-пикколо в оркестре.
— Ему бы не в оперном театре, а в цирке выступать! Да, а химия-то ему зачем?
— А это уж спросите у тех умников в министерстве, которые требуют, чтобы каждый приезжающий на гастроли из других галактик сдавал экзамены в объеме средней школы.
* * *
— Не будете вы любезны сообщить ваше имя?
— 1718
— Простите, не совсем уловил…
— Ну, Семнадцать в восемнадцатой степени!
— М-да… Ну ладно… Начнем вот с чего: скажите, пожалуйста, какое давление на поверхности вашей планеты?
— Вас предупредили, что мне предстоит экзаменоваться по химии? По химии, а не по физике!
— Конечно, конечно, но ведь экзамен еще не начался, я просто знакомлюсь с вами. Так что же у вас там с давлением?
— Не помню точно, но что-то около семи миллионов гиг.
— Сколько??!! Как же вы там существуете?
— Так же, как и вы.
— Как и мы? Ага, понятно… Настройте, пожалуйста, ваш транслятор на нашу систему единиц и еще раз повторите, каково у вас на планете атмосферное давление.
— Сколько можно повторять! Что-то около полутора атмосфер.
— Очень хорошо! Расскажите, пожалуйста, Семнадцать в восемнадцатой, о нервом элементе седьмой группы периодической системы.
— Только и всего? Первый элемент седьмой группы периодической системы Ухрра-24,5.
— Кого, кого?
— Уххра-двадцать четыре с по-ло-ви-ной…
— Ну да, продолжайте, пожалуйста.
— Первый элемент седьмой группы — уйм.
— Так вот, расскажите о нем подробнее.
— Уйм — это… это… металл.
— Уйм — металл?? Знаете что, отрегулируйте, пожалуйста, ваш транслятор получше, еще раз прошу! Я правильно вас понял, Семнадцать в восемнадцатой, что фтор — металл? Фтор — самый первый элемент семейства галогенов, тех самых, которые в периодической системе Менделеева…
— Периодическую систему открыл Ухрра-24,5.
— Ладно, перенесем разговор о приоритете на следующую нашу встречу.
— Это означает, что я должен уйти?
— Нет, но если вы будете продолжать настаивать, что уйм… тьфу, что фтор — это металл, то, боюсь, ничего хорошего из нашего экзамена не выйдет.
— Да, у нас фтор — металл, и к тому же инертный.
— Молодой человек, не знаю, какой у вас баритон-сопрано бас, но о химии вы не имеете даже отдаленного представления!
— И вы тоже! А может быть, у нас химия совсем не такая. Но почему вы считаете, что как у вас на Земле?! Почему вы считаете, что у нас на УОЯКе не может быть все по-иному?
— Потому, молодой человек, потому, что…
Примерное постоянство
Несколько, в общем, хорошо известных и не так уж редко встречающихся житейских ситуаций.
— Храбрый Ыуы, который пропадал два света и две тьмы, вернулся и утверждает, что там, у большой воды, живут такие же уыхи, как и мы. Но я, ваш вождь, говорю: настоящий уых должен быть не только храбрым, но и правдивым, уста уыха должны говорить лишь о том, что видят его глаза. А храбрый, но лживый Ыуы утверждает, что те уыхи, которых он встретил у воды в двух солнцах и двух ночах бега отсюда, едят не больших клыкастых и косматых дугов, а маленьких летающих уэхов. Эй, тащите сюда камни и разведите костер, большой костер, сейчас мы будем учить храброго, но лживого Ыуы!
— А я говорю вам, что Карфаген должен быть разрушен: стоит ли церемониться с людьми, которые (даже говорить противно!) бреют волосы на голове, но зато отпускают бороду!
— Инки — люди? Не смешите меня, благородный гидальго! Человек — это не только тот, кто ходит на двух ногах, иначе, хо-хо, этот так отменно зажаренный вашей кухаркой каплун — тоже человек! Человек — это тот, кто возносит молитвы деве Марии, а не тот, кто строит варварские пирамиды!
Пожалуй, хватит. Потому, что из приведенных примеров и так ясно: никогда и ни при каких условиях не считай, что всё и всюду должно быть так, как это происходит в твоей семье, в твоем городе, в твоей стране, на твоей планете.
Если же вспомнить, что здесь, на страницах этой книги, не раз раздавались призывы к здоровому скептицизму, то возникает вопрос, и даже не один, а несколько:
«В какой степени объективные законы природы, открытые и установленные здесь, на Земле, и подтвержденные на земных, и только земных, объектах, можно считать справедливыми для всей Солнечной системы, для всей Галактики, для всей Вселенной, наконец?»
«Вот вводятся константы — заряд электрона, масса протона, размер атома водорода. А может быть, это только у нас, на Земле, электрон имеет именно такой заряд, а протон именно такую массу, а атом водорода именно такой размер, а во-о-он на той туманности и заряд, и масса, и размеры электрона будут совсем другими?»
«Может быть, только здесь, на Земле, ну, пусть в пределах Солнечной системы, скорость света равна 300 тысячам километров в секунду? А кто измерял скорость света в центре нашей Галактики или в отдаленных районах метагалактики?»
«И вообще, как можно, сидючи на Земле, на ничтожном по масштабам космоса клочке материи, расписываться за всю Вселенную? Не слишком ли много берут на себя физики и химики?»
Конечно, эти и подобные им вопросы возникли не только сейчас, на страницах этой книги. Проблема универсальности наиболее общих законов естествознания (будем, впрочем, пока говорить только о физике и химии) давно занимает умы и тех, кто только приобщается к науке, и ее маститых патронов.
Особенно настороженно относятся к своим константам физики. Среди основных, так называемых фундаментальных, физических констант, пожалуй, не осталось ни одной, которой в той или иной форме не высказывалось бы недоверие. Подозревались: постоянная Планка, гравитационная постоянная, заряд электрона, скорость света. Разумеется, от этих констант не требовалось представить доказательства того, что они в других областях Вселенной сохраняют свое постоянство: все равно физики не смогли бы проверить степень правдивости этих показаний. Но вот получить ответ на вопрос, не изменяются ли константы со временем, было действительно интересно и важно, а главное, можно это постоянство или непостоянство констант во времени проверить. Если бы оказалось, что константы непостоянны, это поставило бы под немалое сомнение космическую универсальность законов естествознания, установленных на Земле и для Земли. (Словосочетание «непостоянная константа» не очень благозвучно: но говорим же мы «слабая сила», «твердый газ» и, наконец, «синяя краска», греша при этом, быть может, против буквы, но не духа русского языка). Опасаясь, что их скепсис подтвердится, физики неоднократно ставили под подозрение постоянство физических констант. Но пока они, физические константы, более чем успешно отбивали возводимые на них физиками «наветы». Не будем приводить всю цепочку доказательств, к которым прибегали физики, чтобы подтвердить или опровергнуть неизменность постоянной Планка, гравитационной постоянной и других фундаментальных констант, — это слишком бы увело нас в сторону от темы книги. Остановимся лишь на проблеме неизменности заряда электрона.
Предположим, что когда-то, в далекие геологические эпохи, заряд электрона, а следовательно, и противоположный ему по знаку, но равный по абсолютной величине заряд протона был меньше, чем сейчас. Степень устойчивости атомного ядра, как мы помним, определяется той энергией, с какой отталкиваются друг от друга протоны. Естественно, чем сильнее отталкивание, тем менее стабилен изотоп, или, говоря точнее, тем меньше его период полураспада. Если бы предположение о меньшем заряде электрона было верным, то тогда в прошлом нашей планеты соотношение между различными изотопами одного и того же элемента было бы иным. Но отношение, например, хлора-35 к хлору-37 или серы-32 к сере-34 и в образцах пород, возраст которых приближается к возрасту Земли, и в более юных породах, которым от силы миллиард лет, одно и то же. Есть все основания считать, что заряд электрона, по крайней мере, за 4–4,5 миллиарда лет не увеличивался.
Если этого доказательства окажется недостаточно, то можно обратиться к другим свидетелям отдаленного прошлого нашей планеты — долгоживущим радиоактивным изотопам. Вот, к примеру, один из естественных радиоизотопов середины периодической системы — рений-187. Выбрасывая электрон, этот изотоп с периодом полураспада 40 миллиардов лет превращается в осмий-187. Если бы 3–4 миллиарда лет назад электрон имел меньший заряд, ему, естественно, легче было бы покидать ядро рения-187. Следовательно, период полураспада этого изотопа должен был быть меньше современного. Даже незначительное понижение заряда электрона должно вести к существенному увеличению скорости бета-распада. Так, если бы заряд электрона 3 миллиарда лет назад был на 0,05 % ниже, то это привело бы к уменьшению периода полураспада рения-187 в 200 раз, то есть этот изотоп рения распадался бы наполовину уже за 200 миллионов лет, а это уже значительно меньше времени существования нашей планеты, и до наших дней дожили бы жалкие остатки рения-187. А между тем этот изотоп здравствует сейчас на Земле.
Точно так же не дотянули бы до современной геологической эпохи многие другие радиоактивные изотопы. Не осталось бы на Земле урана и тория, и тогда… очень скучной была бы физика. Да и химия, лишенная тяжелых радиоактивных элементов, тоже потеряла бы во многом свою привлекательность.
Да, похоже, что кирпичи — элементарные частицы, из которых состоят атомы, всегда и всюду были неизменны по своим свойствам. А раз так, то и химические свойства элементов были всегда и всюду одинаковы. Ясно, впрочем, что, говоря о химических свойствах, прежде всего подразумевают способность к химическому взаимодействию. При взаимодействии атом либо отдает свои электроны с внешней орбиты, либо, напротив, принимает электроны от атома взаимодействующего с ним элемента. Но хочется подчеркнуть, что химические свойства элемента определяются тем, с какой легкостью его атом отдает либо принимает электроны. Замените не очень в данном случае выразительное слово «легкость» на гораздо более категоричное «энергия», и вы получите весьма строгое определение термина «химическое взаимодействие». Да, здесь, как и во всех иных процессах, протекающих в природе, все определяет энергия.
Итак, энергия расположенных на внешней орбите электронов фтора определяет свойства этого элемента. А энергия эта зависит от заряда и, конечно, от массы электрона. Стоит ли теперь обосновывать, что и на Марсе, и на самой далекой из туманностей фтор будет только фтором и ничем другим.
Ну, а коль скоро элементы по своим свойствам ничем не отличаются от наших, земных, то и химические соединения, образованные из этих элементов, будут такими же, как и земные. На бесконечно далекой галактике фтор будет столь же активно взаимодействовать с натрием, как и в химической лаборатории на Земле; а неон и на Альфа-Центавра будет химическим ленивцем. И кислород будет окислять. И водород восстанавливать. И при взаимодействии кислоты и щелочи тепло будет выделяться, а при растворении хлористого кальция в воде — поглощаться.
Вот почему, очутившись на незнакомой планете, не стремитесь произвести впечатление на тамошнюю Аэлиту своей химической эрудицией. Все, что вы ей скажете, она уже выучила в средней школе, причем, может статься, успевала по химии лучше вас.
Выстроив всю эту систему аргументов, среди которых ссылка на успеваемость Аэлиты, несомненно, является одной из самых убедительных, автор может считать свой долг по отношению к химическим свойствам Вселенной выполненным. Но тут снова, в который раз, вмешается наш старый знакомый читатель-скептик:
«Все, что вы сказали, конечно, довольно весомо. Но ведь аргументировать можно все, что угодно. Говорят, с помощью выкладок математики доказывают, причем строго, что полное равно пустому. А вы не рассуждениями, а экспериментом докажите! Экспериментом!»
Что ж, будем доказывать экспериментом.
Никаких неожиданностей
Пласты юмористических тем, в общем, никогда не были особенно рудоносными. Даже если кому-то из старателей-юмористов особенно везло, то собратья по юмористическому цеху наваливались на богатую породу с таким усердием, что она очень скоро приходила в полное оскудение. Тем не менее в этих пластах проложено несколько штолен, которые, несмотря на интенсивную разработку, рудоносят весьма продолжительный срок. К числу таких штолен относятся прогнозы погоды («Дорогой, не забудь захватить зонтик: по радио сказали, что осадков не будет») и нерадивые школьники («Папа, ты умеешь расписываться с закрытыми глазами?..»). За последние годы в этом пласте заложена еще одна богатейшая шахта — научные прогнозы.
Я не склонен иронизировать над теми отважными учеными, которые берутся предсказывать развитие какой-то отрасли науки и техники. Прогнозировать науку и впрямь нелегко. Ведь, рассуждая о том, какой будет наука завтра или послезавтра, можно исходить только из того, что этой науке известно сегодня. Много ли стоили прогнозы относительно перспектив развития средств связи до того, как были открыты радиоволны? Сколь информативными были предсказания предполагаемых энергетических ресурсов человечества до того, как выяснили принципиальную возможность высвобождения атомной энергии?
Вот почему не стоит преувеличенно удивляться мнимой близорукости многих ученых, которые относили эру выхода человека в космос в лучшем случае на первую половину XXI века, а возможность исследования химического состава поверхности нашего космического спутника Луны и вовсе на конец будущего века.
…Одним довольно пасмурным и дождливым воскресеньем 1971 года мне пришлось выстоять целый день в очереди, и я никак не могу считать этот день потерянным. Очередь стремилась в павильон ВДНХ «Космос». В эти дни здесь демонстрировался образец лунной породы, доставленной на Землю советским космическим аппаратом «Луна-16».
«Луна-16» стартовала с Земли 12 сентября 1970 года. Спустя четверо суток аппарат прилунился в северо-восточной части моря Изобилия. Еще через сутки «Луна-16» уже была на обратном пути к Земле, неся на борту почти 100 граммов лунного грунта.
Годом раньше мы могли видеть на экранах телевизоров выход на поверхность Луны американских астронавтов Армстронга и Олдрина, которые посадили пилотируемый ими лунный отсек корабля «Аполлон-8» на равнине в районе Океана Бурь. Первое, чем занялись американские астронавты, выйдя на поверхность Луны, был сбор образцов лунной породы.
Как видим, самое главное, что интересовало исследователей первого небесного тела, которого достигли земляне и посылаемые ими аппараты, — это то, из чего наш естественный спутник «сделан». Химический и изотопный анализ лунного грунта должен был ответить на множество вопросов, которые представляли жгучий интерес для геологов и физиков, химиков и геохимиков, геофизиков и астрономов.
Как ни парадоксально это звучит, но самый важный результат исследований лунного грунта — отсутствие каких-либо принципиальных неожиданностей.
Затаив дыхание, ждали результатов анализа лунного грунта физики и геохимики. Анализ должен был подтвердить справедливость теории распространенности химических элементов. Конечно, ученые были убеждены в своей правоте, убеждены в том, что, как и на Земле, на лунной поверхности много кремнии и кислорода, а, скажем, иттербия мало. Убеждены-то убеждены, а все же…
Самые распространенные элементы земной коры, как говорилось в первой главе, — это кислород, кремний, алюминий, железо, водород, магний, кальций.
Самые распространенные элементы лунной поверхности — это…
Впрочем, зачем повторения? Перечтите лучше предыдущую фразу. Разве только в лунном списке не фигурирует водород, что понятно, потому что воды, этого основного вместилища водорода на Земле, на Луне не обнаружено.
Итак, основываясь на выводах, сделанных при изучении земных — повторяю еще раз: земных — минералов, можно было представить, причем с такой же точностью, состав небесного тела, находящегося от нас почти в полумиллионе километров.
В каждом научном исследовании имеются детали, которые ученым кажутся особенно умилительными; даже не скажешь, почему именно, а вот — очень приятно! Так и здесь, при исследовании лунного грунта, геохимикам показались особенно трогательными результаты аналитического определения редкоземельных элементов. Помните, как в земной коре эти элементы играли в «чет-нечет»: четных элементов много, нечетных мало. Интересно было, конечно же интересно, проверить, будет ли эта закономерность соблюдаться и на Луне. Поэтому анализ на содержание этих элементов выполнялся особенно тщательно. Все-таки какими емкими иногда бывают слова, особенно глаголы! Всего одно слово: «выполнялся», а за ним столько! Ведь редкоземельных в лунных образцах — десятитысячные доли процента, то есть в одном грамме лунного грунта содержится всего несколько миллионных долей грамма каждого из элементов. В грамме… А кто, скажите на милость, вам даст этот грамм? Грамм лунного грунта! Получите свои несколько миллиграммов, и… Ох, губит меня моя доброта…
При анализе были обнаружены: церий, неодим, самарий, гадолиний, диспрозий, эрбий и иттербий. Не поленитесь — загляните в таблицу Менделеева: все это редкоземельные элементы с четными порядковыми номерами. Все — ни один не пропущен! А из нечетных обнаружены, да и то лишь следы европия (№ 63) и лютеция (№ 71). О более убедительном подтверждении правила «чет-нечет» не приходилось и мечтать.
Напряженно ждали результатов исследования лунного грунта и геологи. Их интересовало не только какие элементы будут в нем обнаружены. Им нужно было знать химический состав лунных пород. Эти сведения могли пролить свет на многие загадки формирования земной коры. Нет, я не оговорился — изучение лунного грунта позволило объяснить многие особенности поверхностного слоя Земли. Так вот, оказалось, что и здесь геологи не встретили никаких неожиданностей, и в этом была самая большая неожиданность исследования лунного грунта. Те же окислы, из которых сформирована земная кора, составляют основу и лунных пород. Различие лишь одно: в лунном грунте нет даже следов окисла водорода (в этом строгом официальном названии не сразу признаешь воду, которая действительно не что иное, как окись водорода), но тут уж ничего не поделаешь: если и была на Луне вода, то к нашему времени успела уже вся выйти…
Не так уж много нового принесло изучение и минералогии лунных пород. В образцах было открыто три новых, не известных (что, впрочем, еще не означает не существующих) на Земле минерала. Особенно богатым улов не назовешь: геологи ежегодно открывают на нашей Земле куда больше новых минералов. Но, как мы уже установили, здесь «самая лучшая новость — отсутствие каких-либо новостей». В приложении к селенологии это означает, что встреча в лунных породах со старыми добрыми знакомыми, например пироксеном, плагиоклазом, ильменитом или олевином, очень приятна. Очень.
Далеко идущее сходство химического состава Земли и Луны очень обрадовало не только геологов (им/ как говорится, сам бог велел ликовать в этой ситуации). Заволновались и астрономы. Если бы им еще узнать возраст лунных пород!
Давно известен закон, согласно которому категоричность суждений о каком-либо предмете, явлении обратно пропорциональна уровню наших сведений о них. Поэтому в специальной и особенно научно-по-пулярной литературе имеется довольно согласованная точка зрения на происхождение и природу нейтронных звезд, квазаров и радиогалактик, но о проблеме происхождения Луны все еще спорят.
Существующие теории происхождения Луны, по-видимому, с достаточной степенью строгости могут быть разбиты на три категории (автор книги не астроном, и только этим объясняется отвага, с какой он берется классифицировать астрономические проблемы). Первая группа теорий считает, что Луна отделилась от нашей планеты в далекую геологическую эпоху, но намного позже того, как возникла сама Земля. Теории второй группы утверждают противоположное: Луна где-то там возникла и потом, слоняясь по космосу, была захвачена Землей. И наконец, третьи настаивают на том, что Земля и Луна возникли одновременно — в одной и той же области Солнечной системы и из одного и того же строительного материала.
Теории первой группы, бесспорно, самые романтичные, поскольку открыли и открывают широкие возможности для литературно-морфологическо-поэтических ассоциаций. К сожалению, ошибочность их столь же бесспорна: физики давно доказали, что если бы даже Луна и родилась в недрах Земли, то отделиться от нее она никак не смогла бы. Помочь в выборе между двумя остальными группами теорий могло только определение возраста лунных пород. Если возраст Луны существенно отличался бы от земного, тут уж наверняка побеждают теории захвата. А вот если возраст совпадает, то выигрывают теории одновременного образования нашей планеты и ее спутника.
Сегодня известен возраст пород, взятых примерно с десятка различных точек Луны. Ни разу этот возраст не был меньшим трех миллиардов лет. Что ж, это совпадает с мнением селенологов, которые давно утверждали, что лунная кора образовалась примерно три миллиарда лет назад. Это здесь, на Земле, верхние слои коры почти никогда не доживают до столь почтенного возраста: возмутители спокойствия — вода, атмосфера, тектоническая деятельность, а ныне, в XX веке, и человек — не оставляют земную кору в покое, все время изменяя ее геологическую структуру и химические свойства. На Луне же, увы, нет ни воздуха, ни воды, ни людей. Только метеориты тревожат ее поверхность. Метеориты да редкие и не очень сильные лунотрясения. Поэтому лунная кора предстала перед исследователями в своем первозданном виде.
Однако были доставлены с нашего спутника и образцы, которые имели возраст четыре с половиной миллиарда лет. Да, те самые четыре с половиной миллиарда лет, которые, как установили геохронологи, существует наша планета.
Древнейший камень, доставленный «Аполлоном-15» из района Аппенинских гор (лунных Аппенин, разумеется), так и был назван: «образец дня творения». Не знаю, что именно имели в виду исследователи, окрестив так находку. Вряд ли они намекали на тот день четыре с половиной миллиарда лет назад, когда творец, осенив себя крестным знамением, сказал: «Да будет свет!» Впрочем, «Аполлон-17» доставил еще более древний образец, возрастом 4,6 миллиарда лет, что, конечно, никак не могло сказаться на общей картине мироздания, в соответствии с которой Земля и Луна образовались одновременно.
Да, Земля и Луна — сестры одной крови, и законы, установленные на Земле и для Земли, оказываются справедливыми и для Луны. И для Марса, и для Сириуса, и для созвездия Возничего, и вообще для любой точки Вселенной, которой только сумеет достигнуть человек — с помощью ракеты, телескопа или силы воображения.
оюсь, что я перегнул палку. Желая обосновать тезис об общности законов Вселенной, я дал повод считать, что на всех небесных телах, куда попадет (или не попадет) человек, все или почти все будет как на Земле. А отсюда следует, что организация экспедиции на Луну и другие планеты (о выходе за пределы Солнечной системы пока говорить не приходится) не что иное, как блажь, чуть ли не желание прокатиться по космосу на государственные средства. Это, конечно, не так, и поэтому будем палку разгибать.
«Я вырождаюсь!»
…Это был один из самых необычных — по содержанию, месту и времени действия — разговоров, какие мне когда-либо доводилось вести. Устроившись в гостинице небольшого городка Камень-на-Оби после двухсуточного бессонного путешествия по реке, я приготовился ко сну в своей отдельной комнатке. Но тут мое внимание привлек разговор двух соседей за фанерной перегородкой. Подслушивать, конечно, нехорошо, но попробуйте отключиться, когда, во-первых, собеседники ведут диалог на высоких децибелах, во-вторых, перегородка проводит звук, кажется, лучше, чем воздух, и, наконец, в-третьих, содержание разговора определенно химическое. Только химия какая-то странная.
— Интересно, — спрашивает первый из собеседников, у него несильный приятный тенор, — интересно, с каким элементом аргон будет реагировать охотнее: с хлором или натрием?
(Господи, что он несет?! Это аргон-то будет взаимодействовать! Инертный газ аргон?!)
— По-видимому, с хлором охотнее, — поразмыслив, ответствует другой эрудит.
— Почему? — любопытствует тенор.
— Потому что аргону при взаимодействии с хлором легче отдать восемь электронов, чем принять десять электронов при взаимодействии с натрием, — демонстрирует баритон свою химическую эрудицию.
(О каких электронах он говорит? С чего бы это аргон стал расставаться со своими электронами?)
— Но вот что совсем уж интересно, — неймется тенору, — будет ли реагировать хотя бы с каким-нибудь элементом никель?
— Никель?.. — задумчиво тянет баритон.
И тут я не выдерживаю:
— Будет!!! Будет!!! Никель взаимодействует и с галогенами, и с серой, и с кислородом.
— Ну, с кислородом уж никак никель взаимодействовать не будет! — убежденно и ничуть не удивившись неожиданному вмешательству в дружескую беседу, заявляет невидимый баритон. — Мы это на хорошей машине просчитывали.
— Слушайте, ребята, — советую я, с трудом сдерживая раздражение, — сдайте вашу хорошую машину во Вторчермет, а на полученную премию приобретите учебник химии. Для девятого класса. Тогда и поговорим. А сейчас спать надо. Баиньки.
— Спать действительно пора, — соглашается тенор, — только вы напрасно нервничаете, здесь все верно.
— Что верно? То, что, по-вашему, инертный газ аргон вступает во взаимодействие с кем ему вздумается? А никель ведет себя, как элемент нулевой группы?
— Совершенно правильно, — подтверждают друзья дуэтом, — именно так.
— Позвольте… — начинаю догадываться я, — так вы говорите не об обычной периодической системе, а о…
— Вот именно — «о»! — смеются невидимые соседи, и все сразу становится на свои места.
Наутро, когда я хотел продолжить разговор с ребятами о необычной периодической системе, выяснилось, что они уже отбыли теплоходом в Барнаул, и я, ожидая «Ракету» на Новосибирск, вспоминал, что известно химикам о необычной системе элементов.
Все помнят, что в периодической системе Менделеева пока имеется семь периодов. В первом периоде находятся 2 элемента, во втором и третьем — по 8, в четвертом и пятом — по 18 элементов, в шестом — 32 элемента, столько же элементов войдет и в седьмой период, когда будут синтезированы элементы по 118-й. Известно и то, что в соответствии с законами строения атома количество элементов в каждом периоде определяется наибольшим числом электронов, которое может находиться на наружном электронном слое. Так, у элемента третьего периода на внешнем электронном слое может быть не больше восьми электронов (у аргона, завершающего элемента этого периода на третьем, последнем, слое именно 8 электронов).
Да, все это известно. Но не все знают, что в таком размещении электронов, в атомах химических элементов, размещении, которое определяет структуру периодической системы, проявляется некоторая причудливость природы. И это, пожалуй, самое удивительное: кому-кому, а природе прихоти несвойственны. Размещая электроны на орбитах, природа пошла на нарушение одного из самых твердых своих принципов, согласно которому из всех путей осуществления какого-либо процесса, явления природа всегда выбирает самый простой.
Всегда? Увы, как мы сейчас увидим, не всегда. Количество элементов в периодах системы изменяется следующим образом: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32 — всего семь периодов. А ведь этих периодов в системе «должно» было бы насчитываться всего пять, и в каждом из них количество элементов «должно» было закономерно увеличиваться: 2, 8, 18, 32, 50. Слово «закономерно» здесь употреблено не случайно, потому что именно такой последовательности отвечал бы простой путь заполнения атомных орбит электронами.
Причины расхождения истинного положения дел с требованиями «простой» теории известны достаточно хорошо. И обусловлено это расхождение неуживчивостью электронов.
Располагаясь на определенной орбите, электрон как бы занимает место в уготованной для него комнате. Но, увы, природа не может предоставить электрону отдельную комнату. В соответствии с законами микромира в каждой комнате-орбите должны проживать несколько жильцов-электронов: в первой комнате 2 обитателя, во второй — 8, в третьей — 18, и так далее, в соответствии с тем перечнем, который был приведен для «простой» таблицы. Да, именно так электроны и размещались бы. Но дело в том, что в этом электронном общежитии приход каждого нового пришельца вызывает явное неудовольствие «старичков», да и «новичок», в общем, не расточает доброжелательность к старым обитателям. Скверный характер обитателей электронных орбит объясняется их одноименным зарядом. Итак, в плохом моральном климате на электронных оболочках следует винить закон старика Кулона!
Когда электронов в атоме немного (у элементов, располагающихся в начале периодической системы), они как-то «притираются» друг к другу, и расположение электронов на орбитах, а следовательно, и количество элементов в первых периодах совпадает с требованиями «простой» теории. Но вот когда число электронов становится уже достаточно заметным, то…
Вот хотя бы, к примеру, третий период периодической системы. «Простая» теория определила: в этом периоде может быть 18 элементов, то есть на «третью комнату» — орбиту электронного общежития оптимистически настроенная «простая» теория выдает 18 ордеров. И вот происходит вселение обитателей третьего электронного слоя.
Первым поселяется в этой комнате электрон натрия; вспомните: на внешнем электронном слое у натрия помещается всего 1-й электрон. Далее к нему подселяется электрон магния. Затем в компанию принимается 3-й электрон, электрон алюминия. И так далее, и тому подобное: 7-й электрон приходит вместе с хлором, 8-й — с аргоном, 9-й… А вот 9-го-то и нет, потому что третий период состоит, как мы помним, из восьми элементов и завершается аргоном. Но позвольте, ведь «простая» теория определила, что в комнате № 3 должно проживать 18 обитателей. Теория определила, а жильцы с этим не посчитались. Девятого пришельца восемь «старичков» в свою комнату попросту не пустили, и он, горемыка, желая того или не желая, вынужден был устроиться в следующей комнате, № 4, то есть начинает заполняться 4-й электронный слой. И следующий за аргоном элемент снова имеет на внешнем электронном слое лишь один электрон, то есть по своим химическим свойствам следующий за аргоном элемент должен походить на 1-й элемент третьего периода — натрий. Так и есть, четвертый период менделеевской системы открывается элементом калием, который, как известно, представляет собой полный аналог натрия.
Вот, оказывается, почему заполнение электронных оболочек в природе происходит не так, как хотелось бы «простой» теории, а гораздо замысловатее. Все дело в том, что электроны враждуют друг с другом! Довольно поучительная притча к старому тезису о худом мире и доброй ссоре.
Я, конечно, сознаю, что пояснение причин отступлений от требований «простой» теории введено с предельной примитивностью; я решился привести его лишь в надежде, что оно не попадется на глаза какому-нибудь специалисту в области квантовой химии. В противном случае может возникнуть ситуация, когда неприязненные отношения могут установиться не только между электронами…
Не будем высказывать сожаления по поводу того, что природа не пожелала в данном случае пойти простым путем. Полагаю, что природе виднее, как поступать. А все же интересно, как выглядела бы периодическая система элементов, если бы электроны заполняли свои орбиты, не испытывая при этом антагонизма друг к другу.
Как уже отмечалось, первые два периода такой «вырожденной» периодической системы ничем не отличаются от обычной. Но вот уже третий период в этой необычной периодической системе насчитывает 18 элементов и, естественно, завершается не аргоном, а… никелем. Именно никель имеет на наружной электронной оболочке предельное число электронов и поэтому не способен к химическим реакциям. Конечно, не очень легко свыкнуться с мыслью, что никель может быть инертным… газом… нет, применить это слово не поворачивается язык… ну, скажем, инертным элементом. Но многие ли из научных положений становились сразу привычными?
Рассматривая «вырожденную» таблицу, мы столкнемся еще со многими неожиданностями. Некоторые из них будут довольно приятного свойства. Так, в этой системе не будет семейств лантаноидов и актиноидов, которые, согласитесь, все-таки немного нарушают гармонию менделеевской системы: в самом деле, что это такое — в одной клетке сразу 15 элементов! Зато окажется, что редкоземельный элемент диспрозий по своим свойствам будет весьма походить на серу, а прометий — на натрий, что, конечно, очень непривычно, но кто сказал, что такого быть не может?
Попробуем представить условия, при которых могут существовать такие необычные, «вырожденные» элементы. Что надо сделать, чтобы вернуть на свое законное место электрон, который негостеприимные соседи вытолкнули на высшую орбиту? Ну, скажем, повысим давление, и тогда обиженный электрон будет «вдавлен» на свое место. Каким же должно быть давление, чтобы восстановилась справедливость?
Расчет поначалу приводит к несколько обескураживающим результатам. Оказывается, для того чтобы могли существовать «вырожденные» элементы, необходимо создать давление где-то между 50 и 100 тысячами атмосфер. Конечно, с помощью довольно сложных устройств физики такое давление умеют создавать, но о том, чтобы встретиться с «вырожденными» химическими элементами где-нибудь в природе, говорить не приходится. Хотя все зависит от того, что понимать под словом «природа». Если ландшафты на поверхности земного шара, то, конечно, ни о каких давлениях, сколько-нибудь существенно отличающихся от одной атмосферы, речи быть не может. Но ведь и вершина Эвереста — природа, и глубокая шахта — природа. И то, что находится глубже самой глубокой шахты, — тоже природа. А расположены там глубинные слои земной коры, а еще ниже — мантия. Именно там царят такие давления.
Советский физико-химик А. Ф. Капустинский, который много занимался проблемой «вырожденной» периодической системы, предположил, что земной шар состоит из трех зон, в каждой из которых царят свои химические законы, своя периодическая система химических элементов.
Первый, наружный слой — это зона нормального химизма. Здесь все происходит в полном согласии с хорошо известными нам химическими законами, в абсолютном соответствии с периодической системой Менделеева. Простирается эта зона примерно на глубину 50 километров. Возможные же неожиданности начинаются ниже этой отметки. Именно здесь, по оценкам геологов, давление достигает нескольких десятков тысяч атмосфер. Вот тут и начинаются владения «вырожденной» периодической системы. Именно здесь калий возвращается в третий период, а медь переходит в щелочную веру.
Расчеты показывают, что законы «вырожденной» периодической системы должны простираться на глубину до 3000 километров. Мы видим, что большая часть массы земного шара живет не по правоверным законам менделеевской системы, а по пока что диковатым для нас, но, как видим, совершенно естественным для тех условий, при которых осуществляется ее юрисдикция, законам «вырожденной» периодической системы.
Нетрудно представить себе, что на глубине 3000 километров давление достигает таких величин, которые лучше всего характеризовать не именем числительным, а именем прилагательным — «чудовищный». При таких давлениях атомы и впрямь становятся чудными. Грозная сила срывает электроны со своих мест. Чем «чудовищнее» давление, тем больше электронов уходят из атома: вначале покидают атом электроны внешних слоев, затем более глубинных и, наконец, последний электрон уходит, увлекаемый давлением. Все. Здесь кончается химия, потому что химические свойства, как известно, определяются электронами. Вот почему эта зона была названа Капустинским «зоной нулевого химизма». Название выразительное, и прежде всего потому, что оно показывает: могут быть, оказывается, во Вселенной и такие условия, при которых всякая химия исключена.
Здесь царствует лишь одна физика. Мир, в общем, довольно скучный.
Вещество, атомы которого лишились электронов, переходит в металлическое состояние. При этом безразлично, принадлежали ли атомы металлам или неметаллам: давление всех уравнивает — и в свойствах и в правах. Электроны же собираются в своеобразный электронный газ; впрочем, для таких давлений правильнее говорить об электронной жидкости.
Читатель, помня, о чем рассказывалось в первой главе, вне всякого сомнения, отметит большое сходство геологических слоев нашей планеты с зонами Капустинского. Да, зона нормального химизма — это земная кора, зона «вырожденного» химизма — мантия, зона нулевого химизма — ядро. Смотрите, как элегантно химики подтверждают представления, к которым геологи пришли совсем «с другой стороны».
Представления о «вырожденной» периодической системе достаточно ясно показывают, что опасения насчет полного отсутствия неожиданностей в настоящих и грядущих путешествиях по космосу, мягко говоря, неосновательны. Скорее следует опасаться, что таких неожиданностей будет слишком много: если уж в пределах одной планеты может быть несколько периодических систем химических элементов, то легко представить себе, что на других планетах…
Ну вот, на этом можно и закончить рассказ о необычайной периодической системе. Но тут раздается радостный возглас читателя-рационализатора (должен же быть среди читателей и такой!):
«Есть идея! Можно добывать «вырожденные» химические элементы, просверлив скважины, достигающие земной мантии!!!»
Предложение, конечно, заманчивое. Достигнуть хотя бы верхней границы мантии — трепетная мечта геологов. И мечта эта когда-нибудь свершится. Когда именно? Нет уж, увольте от прогнозов! Ясно только, что произойдет это не в ближайшие два-три года. А вот что до того, чтобы качать из мантии «вырожденные» элементы, то тут придется, чувствуя себя до некоторой степени ретроградом, плеснуть на костер энтузиазма ведро здравого смысла.
Многие, наверное, видели фотографии глубоководных морских рыб, только что вытащенных на поверхность. Зрелище, в общем, не из очень радостных. Рыбешка, которая на глубине своих родных трех километров имеет размер с ладонь, тут раздувается в устрашающий шар размером с мяч для игры в мотобол. Очень выразительная иллюстрация давно известной истины, что путь наверх далеко не каждому идет впрок…
Атом «вырожденного» калия, вытащенный на поверхность планеты, будет чувствовать себя не лучше, чем бедняга бентозаурус, — «девятый лишний» электрон будет вытолкнут на четвертую орбиту… и «вырожденный» калий прекратит земное существование, превратившись в обычный, менделеевский.
Можно, конечно, придумать какой-нибудь контейнер, в котором «вырожденные» элементы, зачерпнутые из мантии, будут сохраняться под соответствующим давлением. Но много ли радости держать в руках такой сосуд, не имея возможности вскрыть его так, чтобы содержимое безвозвратно не погибло?!
«На зеркало пенять…»
Среди 143 теорий о природе 1908 году Тунгусского метеорита есть и такая: этот небесный пришелец упавший в малонаселенном районе Подкаменной Тунгуски, представлял собою очень небольшой кусочек антивещества…
Многие явления в природе симметричны. Это положение следует понимать отнюдь не только в том смысле, что левая половина вашего лица неотличима от правой. Симметрия — это и ограненный природой кристалл, и равенство мужских и женских особей в большинстве биологических видов, и точное соответствие количества положительных зарядов в каком-либо теле количеству отрицательных. В самом деле, пусть в результате растворения определенного количества поваренной соли в воде образовалось 417227849593 положительно заряженных иона натрия. Можете не трудиться, пересчитывая количество отрицательных ионов хлора: их будет точно 417227849593. Если бы их образовалось……….592 или……….594, это означало бы нарушение такого количества законов физики и химии, что нам пришлось бы переучивать эти науки полностью, начиная с седьмого класса. Но прежде и более всего пострадал бы один из важнейших принципов физики — принцип симметрии.
А наносить даже минимальный моральный ущерб принципу симметрии как раз не хотелось бы — этот принцип и так имел достаточно оснований сетовать на судьбу: уж очень ему досаждало одно несоответствие. В самом деле, носитель элементарного положительного заряда протон по массе не равен носителю элементарного отрицательного заряда электрону. Будь это различие несущественным, то и тогда это означало бы чувствительный удар по принципу симметрии. А ведь протон в 1840 раз массивнее электрона. Это даже не удар, а прямо беспардонное избиение!
Грустная судьба принципа симметрии несомненно стала более отрадной, когда в 1932 году экспериментально было доказано существование позитрона — элементарной частицы с положительным зарядом и по массе равной электрону. Позитрон стал первым из вестников антиматерии в физике. Многое из того, что мы знаем об антивеществе, основано на изучении именно позитрона.
Как и положено антивеществу, позитрон в «этом мире», мире обычного вещества, не жилец. Рано или поздно он сталкивается с электроном, и происходит явление, называемое аннигиляцией, — переход массы в кванты энергии, в данном случае в кванты гамма-излучения. Да, обычное вещество и антивещество не могут существовать в контакте друг с другом сколько нибудь продолжительное время.
Очень хотелось бы подбросить такое сравнение: обычное вещество и антивещество — лед и пламя. Но это сравнение, которое, быть может, устроит лириков, безусловно вызовет возражения физиков. Еще бы, лед и пламя могут находиться в контакте на протяжении минут. А обычное вещество и антивещество, встретившись, через миллионные доли секунды уничтожат друг друга.
Поэтому, когда вы в каком-либо научно-фантастическом рассказе читаете, как один младший научный сотрудник, вернувшись из путешествия на далекую планету, сходит по трапу космолета, бережно прижимая к груди банку с кусочком антивещества, знайте, автор этого опуса сдавал экзамен по физике в девятом классе с решающей помощью шпаргалки.
Открытие позитрона, конечно же, имело принципиальное значение для всей проблемы антивещества. Хотя поиски других античастиц были сопряжены с трудоемкими экспериментами и потребовали очень сложного оборудования, физики знали, что рано или поздно эти античастицы будут найдены. Ведь это очень важно — искать что-то, зная наверняка, что это «что-то» существует. «Что-то» превратилось в совершенно реальные антипротон и антинейтрон.
Как и предсказывала теория, протон при контакте с антипротоном, а нейтрон при взаимодействии с антинейтроном аннигилируют. Аннигиляция здесь протекает несколько замысловатее, чем в случае пары электрон — антиэлектрон (позитрон).
Итак, физикам стали известны все основные «детали», из которых состоят атомы антиэлементов: антипротоны, антинейтроны и антиэлектроны. Из этих трех основных блоков можно сложить все разнообразие периодической системы антиэлементов. Но прежде надо было представить, хотя бы приблизительно, какими свойствами будут обладать эти антиэлементы. Одно свойство нам хорошо известно: при взаимодействии с обычными элементами антиэлементы будут аннигилировать. А если представить себе антиэлементы в их антимире, в окружении антиматерии? Каковы будут химические свойства антиводорода, антикислорода, антиурана? И вообще, какой будет периодическая система антиэлементов?
Читатель, по-видимому, предвкушает весьма интересный рассказ об этой системе «наоборот». И, конечно, имеет полное право на это. Если уж «вырождение» элементов приводило к такой необычной периодической системе, то нетрудно представить себе, какой головоломный, с нашей точки зрения, вид должна иметь система, объединяющая антиэлементы!
Но рассказа о периодической системе антиэлементов не последует. Потому что по всем своим свойствам — и физическим и химическим — антиэлементы так же не отличаются от «обычных» элементов, как не отличаются друг от друга оригинал и его отображение в хорошем венецианском зеркале. И в самом деле, зачем им различаться, если и заряд и массы частиц, образующих атомы антиэлементов, ничем не отличаются от обычных частиц. А что до «анти», то надобно заметить, что «анти» они для нас, а для себя они совершенно обычные. Зато обычные для нас частицы и элементы — для них «анти».
Теперь уже понятно, что антисоединения, образованные антиэлементами, ничем не будут отличаться от обычных химических соединений. Антивода, образованная антиводородом и антикислородом, будет походить на обычную воду, как походят друг на друга две капли воды. А антикислота, взаимодействуя с антищелочью, будет образовывать антисоль. И антидезоксирибонуклеиновая кислота во всем будет походить на кислоту без «анти».
Да, когда человек попадает на планету, состоящую из антивещества, он будет очень разочарован, не обнаружив ничего, буквально ничего необычного, что хотя бы в малейшей степени оправдывало заманчивую приставку «анти». Впрочем, нет, не попадет человек на антипланету, разве только изобретут какую-нибудь замысловатую защиту от аннигиляции.
Но существуют ли они вообще — антипланеты? И антизвезды? Антигалактики? И как, рассматривая в телескоп какое-либо небесное тело или прощупывая его с помощью какого-либо другого прибора из числа тех, которыми так богата современная астрономия, определить, состоит это тело из обычного вещества или из «анти»?
О существовании любого объекта, в том числе и небесного, мы узнаем по тем квантам излучения, которое это тело нам посылает. Излучение может быть как собственным (Солнце), так и отраженным (Луна). Вовсе не обязательно, чтобы излучение было «видимым», то есть излученным с длинной волны, которая воспринимается человеческим глазом. Это могут быть и радиоволны, и рентгеновское излучение, и гамма-лучи. Не буду заводить читателя в дебри физики. Может быть, лучше просто привести цитату известного шведского ученого, члена АН СССР Г. Альвена, много занимающегося проблемой антивещества: «Если в пустом пространстве имеются две звезды, причем одна из них состоит из обычного вещества, а другая — из антивещества, то мы не можем никаким образом отличить их друг от друга по испускаемому ими излучению». Сказано кратко, но весьма определенно. Неожиданно? После того, что мы узнали о тождественности свойств обычной материи и антиматерии, вряд ли неожиданно.
Одно уточнение: под словами «никаким образом» Альвен понимает, разумеется, методы изучения звезд (как, впрочем, и других объектов) на расстоянии. Подлетев же к какой-либо неизвестной планете, космонавты смогут очень просто разобраться в том, состоит ли планета из «нашего» вещества или из антиматерии. Для этого будет достаточно, находясь на круговой орбите, бросить вниз какой-нибудь ненужный предмет, скажем, пустой пакет из-под молока. Сильнейший взрыв при соприкосновении пакета с атмосферой, а в случае отсутствия таковой с поверхностью планеты будет означать одно: от этой планеты надо держаться подальше.
Но, может быть, я напрасно напускаю страху? Может быть, антивещества во Вселенной вообще нет? Что известно по этому поводу науке?
Сначала о наших окрестностях — о Солнечной системе. Луна, конечно, состоит из обычного вещества. Сегодня, после того как на ней побывали десятки аппаратов и экспедиции, это можно утверждать со стопроцентной определенностью. С такой же уверенностью мы можем говорить об «обычности» Венеры. Доброжелательное отношение нашей планетной соседки к советским аппаратам, пославшим нам снимки венерианских ландшафтов, тому достаточно яркое подтверждение. Из обычного вещества, вне всякого сомнения, состоят Венера и Марс, иначе при падении на них космических аппаратов (которые имели солидный вес в несколько десятков килограммов) наблюдались бы такие мощные взрывы, что их без труда можно было бы обнаружить в телескоп.
Солнце тоже состоит из обычного вещества. Помимо квантов различного рода излучений, Солнце выбрасывает также и материальные частицы. Это они, попадая в атмосферу, вызывают полярные сияния. Так вот, будь эти частицы из антивещества, полярные сияния имели бы такую яркость, которая затмила бы и полуденное Солнце.
Легко догадаться, что, будь Меркурий образован из антивещества, столкновение с ним «обычных» частиц солнечного излучения вызывало бы излучение такой 110 интенсивности, что эта планета выглядела бы на небосклоне не крохотной звездочкой, а яркой пылающей луной.
Итак, можно утверждать, что наше светило и ближайшие планеты от Меркурия до Марса включительно состоят из вещества того же сорта, что и земное. Относительно остальных планет — Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и Плутона — пока что ничего категорично сказать нельзя. Но поскольку астрономы убеждены, что все планеты образовались одновременно и из одного «строительного материала», то с большой долей вероятности можно утверждать, что вся Солнечная система состоит из «обычного» вещества.
Это обстоятельство придает вопросу, существует ли антивещество вообще, четкую интонацию сомнения. Если уж во всей громадной Солнечной системе не сыскать антивещества, то какие основания надеяться, что в других областях Вселенной будет это антивещество? Сам же, дескать, говорил, что законы универсальны для всех областей Вселенной!
Конечно, сегодня отвечать на заданный вопрос с какой-либо категоричностью невозможно. Можно лишь предполагать. До сих пор науке еще не приходилось сталкиваться с нарушением принципа симметрии. Если этот принцип распространяется на всю Вселенную в целом, то следует считать, что половина материи Вселенной — это антивещество. Вопрос только в том, рассеяно ли антивещество более или менее равномерно во Вселенной (скажем, так: одна галактика — из обычного вещества, другая — из антиматерии) или все обычное вещество сосредоточено в одной области Вселенной, а все антивещество — в другой. Если верно первое предположение, то у человечества имеется надежда обнаружить при будущих межпланетных путешествиях «антимир». Если же справедливо второе, то надежд на открытие «антимира», боюсь, мало: «та» часть Вселенной от нас так невообразимо (очень точное в данном случае определение!) далека, и надеяться на то, что человек туда проникнет, трудно.
Что ж, смиримся с тем, что «антимир» не только не удастся «пощупать», но даже с тем, что пока мало надежды узнать, существует ли он вообще. Но нельзя ли создать «антимир» на Земле? Разумеется, никто не ставит этот вопрос в такой плоскости, что физики должны приступить к производству тонн антиводорода и антикислорода. Да и где их хранить, эти килограммы? Но ведь и отдельные атомы антиэлементов получить — и это было бы интересно!
Армия водородов
«Армия» здесь, конечно, явная гипербола. Впрочем, назвав это содружество «ротой», мы тоже впали бы в преувеличение. И вообще, что такое водород во множественном числе?
Водород… Первый элемент периодической системы. Ядро — один-единственный протон, на орбите — один-единственный электрон. Просто, очень просто. Настолько просто, что эту простейшую систему протон — электрон так и называют — ПРОТИЙ («простейший»). Заметьте: протий, а не водород. Потому что элемент, в ядре атома которого, помимо протона, имеется еще один нейтрон, — это тоже водород, но, чтобы как-то различать эти изотопы, такой элемент называется ДЕЙТЕРИЕМ. А во второй главе шла речь еще об одном изотопе водорода, у которого на один протон приходится два нейтрона и который называется ТРИТИЕМ.
Три — числительное, которое, безусловно, дает право применять к слову «водород» множественное число, но это, конечно, никак не армия, это даже не отделение. Но ведь и это еще не рассказ, а только присказка.
Давно миновали в физике, можно сказать, патриархальные времена, когда были известны только три элементарные частицы — электрон, протон и нейтрон. А сейчас… Позвольте, впрочем, привести цитату не из научного журнала, где на целую статью приходится всего три слова: «известно» и «как очевидно», все же остальное — формулы, а из научно-популярного журнала «Наука и жизнь» (за 1974 год): «Интересна следующая особенность каонных реакций. Когда каон сталкивается с ядром, он иногда превращает нейтрон в нейтральный лямбда-гиперон, образуя так называемое гиперядро».
Многое понятно? Не думаю.
Сегодня известно уже такое обширное число различных элементарных частиц, что физики пытаются создать периодическую систему элементарных частиц, без которой разбираться во всем этом изобилии становится трудно. Можете не беспокоиться — я не собираюсь перечислять все эти частицы. Упомяну лишь некоторые из них (предупреждаю: читатель будет иметь случай поупражняться в греческом алфавите!).
Известно большое число элементарных частиц, которые объединяются одним термином — мезон (слово «мезо» означает «между»). По массе мезоны превышают электрон, но уступают протону. Например, пи-мезон в девять раз легче протона, мю-мезон легче протона в семь раз, а ка-мезон — вдвое. Физики придумали этим мезонам очень благозвучные имена: пион, мюон и каон (есть и д’Артаньян — гиперон!). Известны положительные и отрицательные (не литературные персонажи, а частицы) мезоны.
И вот представьте себе такой атом: ядро — протон, а на орбите — отрицательный пион, или мюон, или каон.
Впрочем, зачем прибегать к воображению, если физики уже получили атомы таких необычных водородов.
Правда, водороды эти очень неустойчивы и быстро распадаются, но они существуют.
Если химические свойства обычных изотопов водорода почти неразличимы, то «мезонные» водороды ведут себя весьма своеобразно. Вот, например, протонно-пион-ный водород. Пион в 273 раза тяжелее электрона. Для того чтобы оторвать пион от протона, требуется затратить энергии значительно больше, чем в случае протия. А это означает, что если бы протон-пион-ный водород встретился с хлором, то он (водород) еще подумал бы, образовывать ему с хлором хлористый водород или нет. И, надо полагать, результаты этого размышления оказались бы чрезвычайно неприятными для хлора, ибо такой водород не нашел бы в себе сил расстаться со столь прочно привязанному к протону пионом, а хлор, привыкший иметь дело с гораздо более податливым электроном, покрутившись около необычного водорода, удалился бы несолоно хлебавши. Для разъяснения ситуации добавлю, что особенно много времени на размышления у протон-пионного водорода не было бы, поскольку живет-то он всего 10–11 секунды (хотя по атомным масштабам времени это не так уж мало).
Теперь примемся за протон. Будем заменять его. Деталями для замены будут служить все те же мезоны, но уже, разумеется, положительные. При такой замене получаются водороды: МЮОНИЙ, ПИОНИЙ, КАОНИЙ. Эти водороды тоже не бог весть какие жильцы на этом свете: они распадаются за время 10”6 — 10~8 секунды. Поэтому изучать химию этих атомов трудно. Можно лишь сказать, и этого будет достаточно, что химия этих водородов очень необычная.
В нашей уже сильно разросшейся команде водородов можно различать тяжеловесов, средневесов и легковесов. К числу первых, несомненно, относится протон-каон-ный водород (К-мезон всего вдвое легче протона). В будущем, по-видимому, появятся уже совершеннейшие мастодонты среди водородов — дейтерий-каонный и тритон-каонный, то есть ядра дейтерия или трития с К-мезоном вместо электрона. К легчайшим относится водород, называемый ПОЗИТРОНИЕМ: ядро — позитрон, на орбите — электрон. Это, так сказать, шпиц по отношению к тритон-каон-ному сенбернару. Если последний — самый тяжелый из водородов, то позитроний — самый-самый легкий. А к самым-самым интерес, как известно, повышенный. Поэтому и знаем мы о позитронии больше, чем о каком-либо другом из необычных водородов.
Живет позитроний, как и остальные «ненормальные» водороды, очень недолго: от одной стомиллиардной до одной стомиллионной доли секунды. Оно и понятно: позитрон и электрон рано (10–10 секунды) или поздно (10–7 секунды) аннигилируют. Но и за это время позитроний успевает продемонстрировать много особенностей, которые позволяют судить о химических свойствах этой разновидности водорода.
Итак, сколько различных водородов можно уже насчитать? А ведь это далеко не предел. Теоретически возможны, а следовательно, рано или поздно будут обнаружены экспериментально водороды с другими отрицательными либо положительными мезонами — со всякими кси, омега и другими буквами греческого алфавита.
И не забудьте все эти водороды умножить на 2, потому что каждый из них может существовать в антиварианте. Как видно, не такая уж это гипербола слово «армия»! Пожалуй, только для всех этих водородов надо создавать отдельную систему, не то не разберешься.
Чтобы представить себе все разнообразие «необычных» элементов, более тяжелых, чем водород, нет необходимости прибегать к математическим формулам. Достаточно вообразить, скажем, атом гелия, у которого сначала первый из двух электронов замещается на мезон, затем замещается и второй электрон, а потом начинают попеременно варьироваться и сами мезоны, и не только отрицательные — на орбитах, но и положительные — в ядре; а ведь у гелия еще существуют различные изотопы, так что эти вариации можно проиграть с каждым из них, да еще… Да, нетрудно и запутаться. А ведь это гелий, всего лишь гелий. Представляете, сколько вариантов возможно, если, скажем, всю эту игру провести с железом, или оловом, или — страшно подумать! — с ураном!
Конечно, основной преградой в получении «необычных» элементов — их весьма малый срок жизни. Но, возможно, удастся создать условия, при которых эти атомы будут жить дольше, а может быть, и совсем долго. А если такие условия может создать человек, то не создала ли их уже где-нибудь природа? А если природа создала… Но мы уже незаметно отчалили от берега научного прогноза и понеслись по устланному камнями руслу фантастики, вернее, фантазирования.
И тем не менее можно думать, что в ближайшие десятилетия конструирование «необычных» элементов станет важнейшей задачей ядерной физики и ее ближайшей сотрудницы по алхимическим делам — ядерной химии. А там, глядишь, появятся в газетах объявления: «…Институту требуется инженер-конструктор химических элементов». Вот это уже не фантазирование.
Окончание
…потому что фтор всюду будет фтором, даже на шестой планете УОЯК. Двойка, двойка и еще раз двойка! Придете, то есть проаннигилируете в следующий раз. А еще Розину петь захотел! Прощайте, Семнадцать-восемнадцать!