Краткая история науки - Уильям Байнум

В таких устройствах используются магнитные поля большой силы; они нужны, чтобы приводить в движение атомы и их частицы, разгонять их до околосветовых скоростей. Чтобы заняться исследованиями подобного рода. Чедвик перебрался из Кембриджа в университет Ливерпуля, поскольку там нашлось финансирование на строительство циклотрона.

Работая с ним, ученый обнаружил, что, направляя ускоренные до предела нейтроны на ядра тяжелых атомов, таких как уран, можно получать невероятно мощную энергию. Если надеть на нее «упряжь», то мы начнем цепную реакцию, ведущую к моментальному результату: делению атома, его распаду. Атомные бомбы, спроектированные и изготовленные к концу Второй мировой войны, стали результатом этого открытия, и Чедвик стал ведущим ученым с британской стороны проекта.

Многие думали, что открытый им нейтрон решил все проблемы, связанные со структурой атомов. Но они ошибались, и с тех пор ученые еще не раз сталкивались с сюрпризами в этой области. Ведь даже простое обнаружение электрона, протона и нейтрона оказалось связано с открытием волн или частиц, таких как альфа, бета и гамма-лучи.

Физикам пришлось разбираться с другими таинственными вещами, например, с рентгеновскими лучами и с теми маленькими «порциями», которыми выдает свои «блюда» природа, с квантами. Ядерная физика и квантовая физика оставались самыми передовыми отраслями знания большую часть двадцатого века.

Ломали ли вы когда-нибудь кость или, может быть, проглатывали что-нибудь по ошибке? Если так, то вы наверняка сталкивались с рентгеновскими лучами, с помощью которых врач может заглянуть в ваше тело, не вскрывая его.

В наши дни рентгеновский снимок – обычная вещь, но в конце девятнадцатого века Х-лучи стали сенсацией. Они оказались первым видом радиации, поставленным на службу человеку, еще до того как само слово «радиация» оказалось понято до конца. Радиоактивность и атомные бомбы пришли позже.

В Европе Х-лучи обычно именуют рентгеновскими по имени Вильгельма Рентгена (1845–1923). Он не был первым, кто увидел их проявления, но оказался первым, кто понял, с чем имеет дело. Наука часто выглядит подобным образом: недостаточно просто увидеть, вы должны еще и сообразить, что происходит на ваших глазах.

В 1890-х Рентген наряду со многими другими физиками (вспомните Томсона) работал с катодной трубкой, 8 ноября 1895 года он заметил, что фотографическая пластина, находившаяся на некотором расстоянии от его трубки, оказалась мистическим образом засвечена. От обычного света ее защищала черная бумага, и тогда ученые предполагали, что лучи из трубки не могут распространяться особенно далеко.

Рентген потратил следующие шесть недель, чтобы разобраться, что случилось. Другие ученые тоже наблюдали схожие эффекты, но ничего по этому поводу не предпринимали. Немецкий физик открыл – новые лучи распространяются по прямой, а магнитное поле на них не влияет. В отличие от света, они не могут быть отражены или искажены с помощью линз, зато эти лучи проникают через твердые тела, например через руку гомо сапиенса.

Первым человеком, ставшим моделью для рентгеновского снимка, оказалась жена ученого, точнее ее рука, и на снимке были видны кости и обручальное кольцо на пальце. Не зная в точности, с чем он имеет дело. Рентген назвал свое открытие Х-лучами, и после шести недель напряженной работы он объявил о нем миру.

Х-лучи в мгновение стали научным хитом.

Тут же все признали, что их можно использовать в медицине, чтобы обнаруживать переломы, оставшиеся в теле пули или другие посторонние предметы. Немногие открытия когда-либо так быстро становились объектом всеобщего внимания. Немедленно поступила в продажу непроницаемая для рентгеновских лучей одежда, физики пустились в горячие дебаты по поводу того, что это на самом деле.

После более чем десятилетнего изучения было показано, что Х-лучи – это радиация с необычайно короткой длиной волны и высокой энергией. Еще раньше люди, работавшие в лабораториях, заметили, что это излучение может повреждать человеческую плоть, вызывая нечто вроде ожогов, так что их использовали для уничтожения раковых клеток уже в 1896 году. Намного больше времени понадобилось людям, чтобы понять, насколько опасны Х-лучи, и некоторые из исследователей умерли от лучевой болезни или рака крови, называемого также лейкозом.

Рентгеновские лучи могли не только лечить рак, но и вызывать его.

В то время как Рентген возился со своими лучами, была открыта другая форма радиации, радиоактивность, и это событие произошло во Франции. Анри Беккерель (1852–1908) занимался изучением флуоресценции, феномена естественного свечения некоторых веществ. Он использовал соединение урана, обладающее этим свойством. Когда Беккерель обнаружил, что это соединение воздействует на фотографические пластины в точности так же, как Х-лучи, он предположил, что просто обнаружил другой их источник.

Но в 1896 году французский ученый понял, что его лучи ведут себя несколько иначе. Это был другой вид радиации, без очевидных драматических эффектов вроде возможности заглядывать внутрь тела, но тоже обладающий интересными свойствами.

Изучением феномена занялась обитавшая в Париже семейная пара. Пьер и Мария Кюри (1859–1906, 1867–1934). В 1898 году они стали обладателями тонны урановой смолы, грубого, похожего на гудрон вещества, содержащего некоторое количество урана. И пока они экстрагировали чистый уран из руды, радиоактивность обожгла их руки.

Кюри также открыли два новых радиоактивных элемента, назвав их торием и полонием, второй в честь родины Марии. Польши. Свойства этих элементов оказались во многом схожими с теми, что были у урана, и ученые по всему миру невольно начали заниматься новым видом излучения.

К тому времени были известны бета-лучи (потоки электронов), альфа-лучи (Резерфорд в 1899 году показал, что это атомы гелия без электронов, обладающие положительным зарядом) и гамма-лучи (без заряда, и позже ученые продемонстрировали, что электромагнитное излучение сходно с рентгеновским).

Кюри проявили настоящий героизм в своей преданности науке; после того как Пьер погиб после несчастного случая. Мария продолжила его работу, несмотря на то что у нее было двое детей.

Древние претензии алхимии, заявлявшей о превращении одного элемента в другой, почти воплотились в реальность с открытием радиоактивности. Почти, поскольку мечтания алхимиков заключались в том, чтобы превращать свинец и другие базовые металлы в золото, а радиоактивность позволяла трансмутировать уран в свинец, бесценный металл в дешевый!

Но все же природа в состоянии делать то, о чем алхимики едва мечтали.

Подобно рентгеновским лучам радиоактивность стала использоваться в медицине. Радий, один из радиоактивных элементов, открытых Марией Кюри, оказался особенно ценным, поскольку его лучи могут убивать раковые клетки. Но точно так же как и рентген, они могут и вызывать рак, если доза излучения окажется слишком большой.