Эта занимательная книга рассказывает о новой эре в истории человечества - от открытия урана до первого эксперимента с атомной бомбой. Когда возникла идея, что энергию можно добыть из ядра атома, никто и представить себе не мог, какие трудности придется преодолевать лучшим умам человечества, и какие силы природы извергнутся из комочка самоподогревающегося вещества размером с апельсин, если сжать его до критической массы.
Содержание:
Глава 1. Радиоактивность 1
Глава 2. Атомное ядро 6
Глава 3. Протон 13
Глава 4. Нейтрон 20
Глава 5. Трансурановые элементы 25
Глава 6. Расщепление ядра 31
Глава 7. Гонка вооружений 36
Глава 8. Плутоний 42
Глава 9. Цепная реакция 47
Глава 10. Толстяк 53
Глава 11. Критическая масса 57
Глава 12. Тринити 60
Благодарности 66
Глава 1. Радиоактивность
Шипение в самодувной печи лаборатории угрожающе нарастает. Мощный воздушный поток раздувает огонь, чтобы хватило жара расплавить металл. По мере нагревания постепенно улетучивается и сырой выпар из темных камней, что лежат в ящике у печи. На них выступает влага рудника, плесень подгнивших горбылей. Кажется, сам кислый воздух заброшенной серебряной штольни прокрался в трещинки и поры минералов, и теперь его оттуда выманивает в комнату уютное тепло. Но вскоре от затхлости не остается и следа, она исчезает, как бледнеющая память о нудном осеннем дожде. Ибо ничто на свете не в силах перекрыть вонь батареи едких жидкостей в склянках, ампулах и флаконах, выстроенных в ряд.
Берлинский аптекарь Мартин Генрих Клапрот приготовил весь свой наличный запас проверенных субстанций и микстур, чтобы взяться за новые образцы пород из Рудных гор. Он намеревался расщепить и разложить их огнем и кислотами, растворить их солями и размягчить водой. Растирая в ступке ярко-красные комья кровяной соли, он следит за тем, как меняет цвет только что поставленная на огонь настойка дубильного орешка. Она добывается из грубо размолотых коконов личинок осы-орехотворки, отложенных самками в дубовые листья. Их дубильная кислота вымоет из руды ненужные примеси. Черными чернилами, произведенными из такого же отвара, в это же самое время в далеком Париже пылкий демократ Лафайет и радикальный Робеспьер пишут свои наброски "Декларации прав человека и гражданина", в которой выдвигают такие неслыханные требования, как равное избирательное право для всех мужчин и даже полное упразднение монархии.
В эти революционные летние месяцы 1789 года весьма попахивает жареным и в Медвежьей аптеке Клапрота в тени громады Николай-кирхе на Шпандауэрштрассе, угол Пробстштрассе. На почтительном расстоянии от плавильной и фарфоровой печей экспериментатор подолгу вдувает через паяльную трубку в открытое пламя столько воздуха, сколько помещается в его легких. Фитиль свечи он разрезал надвое и теперь держит свою трубку в середине развилки. Так он может модулировать пламя, выдувать его в виде длинного и заостренного языка, чтобы оно охватывало пробу руды величиной с лесной орех, которая лежит на березовом угольке, свободном от искрения. Здесь, в тесной лаборатории, неконтролируемый полет искр или крохотных брызг металла вблизи легковоспламенимых химикалий и углей когда-нибудь да становится роковым даже для самых осторожных практиков. Однако Мартин Генрих Клапрот хорошо осведомлен о рискованных ситуациях при проведении химических реакций. Как член ложи "Единение", он даже похвально упомянут в "Справочнике масонства" за 1787 год. Однажды он уберег своих братьев по ложе от гибельного взрыва во время одного неряшливо подготовленного крупного алхимического эксперимента.
Он не хочет быть причастным к свойственному фракции алхимиков стремлению из всего сделать тайну. Он определенно дистанцируется от мистического пустословия адептов, которые все еще пребывают в поисках философского камня, намереваясь с его помощью превращать обыкновенные металлы в золото. Будучи образцовым поборником научно обоснованной химии, Клапрот считается только с тем, что он может видеть, обонять и взвешивать в своих тиглях и ретортах. Ему не раз приходилось уличать в мошеннических намерениях производителей чудодейственных лекарственных средств. Так, популярную "чудодейственную воздушную соль" он идентифицирует как простую глауберову соль, очищенную от добавок, а в продающемся по грабительским ценам "калии, окисленном святым духом" от основателя гомеопатии Самюэля Ханемана он разоблачает обычную буру.
Тот минерал, образец которого аптекарь и химик Клапрот хочет разложить на составные части, горняки Рудных гор называют смоляной обманкой. Она дает оттенки от сероватого до иссиня-черного и немного напоминает своим жирным блеском смолу. Тяжелые комья пористы и ломаются на куски, по форме похожие на почки и ракушки. Из-за их тяжести еще первые искатели серебра в начале XVII века в неглубоких штольнях Санкт-Йоахимсталя предполагали в этой горной породе высокое содержание металла. Но так ничего и не обнаружили. Потому и считали "обманкой" эти находки смоляной черноты, которые лишь притворялись, что таят в себе скрытые сокровища. На самом же деле смоляная обманка - как гласил окончательный вердикт экспертов - пустая порода, ни к чему не пригодная и лишь препятствующая поиску руд, заслуживающих добычи. С тех пор в серебряных штольнях Рудных гор она шла в отвал.
Клапрот, однако, хочет на сей раз докопаться до правды и основательно исследовать этот отвергнутый минерал. Он с интересом растирает между пальцами мелкие крупинки смоляной обманки, крошит их в калийную соль и помещает смесь в плавильный тигель. Черно-серая масса остается твердой и нерастворимой. Не плавится смоляная обманка и в пламени, усиленном паяльной трубкой. И вот он в поисках ее состава отжигает крошево и испепеляет его, спекает его с кровяной солью, спиртует и дистиллирует, тонирует и фильтрует, студит и высушивает, пока из его смеси с фосфорной солью неожиданно не образуется прозрачная зеленая бусинка - первое указание на верность интуиции экспериментатора. Ведь внутри породы явно кроется что-то особенное.
Многообещающие пробы были взяты из небольшого серебряного рудника "Георг Вагсфорт" в саксонском Йоханнгеоргенштадте, близ границы с Богемией. Этим летом у Клапрота часто бывали дела в Карлсбаде - популярном курорте царей, королей и европейской знати. Он только что закончил статью о минеральных источниках всемирно знаменитых богемских термальных вод. Сделанный им химический анализ целебной минеральной воды отвечает высокому научному стандарту и ожидает публикации в будущем году.
Йоханнгеоргенштадт расположен в двадцати пяти километрах севернее Карлсбада. В середине XVII века некоторые протестантские семьи покинули богемский шахтерский город Санкт-Йоахимсталь из-за религиозных преследований. На саксонской стороне Рудных гор, у подножия горы Фастенберг они построили новый город, который назвали именем своего суверена, курфюрста Йоханна-Георга II. Пивоварня с шинком были готовы раньше, чем ратуша и церковь.
Город лежит на 850 метров выше уровня моря у восточного склона горы Фастенберг с почти полностью изведенным лесом. Когда в июле 1789 года по пути из Карлсбада Мартин Клапрот останавливается здесь, весь город окутан чадом горящего день и ночь угля кузниц и металлургических заводов. Свои лучшие времена город пережил в середине XVII века, когда серебряные рудники - а их было в ближайших окрестностях около 180 - приносили прибыль. Большинство из них истощилось с тех пор, но для шестисот горняков работа еще была. Весь здешний ландшафт изувечен протяжными сточными канавами, мутными от ртути и шлаков, а также высокими, кое-где еще дымящимися отвалами. Запах серы, казалось, никогда отсюда не выветрится. Наметанным глазом Клапрот отмечает на склоне горы по дороге на шахту "Георг Вагсфорт" вентиляционные дыры метрового диаметра. Они дают рабочим в шахтах свежий воздух и солнечный свет. Многие отдушины дымятся. Он видит и добротно построенные входы в шахты - в некоторых по колено стоит вода, - и норы, вырытые наспех искателями счастья и кое-как потом присыпанные.
В берлинскую лабораторию поступает универсальное оружие - азотная кислота. Клапрот на всякий случай держится подальше от белой стеклянной бутыли с "сильной водой", aqua fortis , как величали азотную кислоту средневековые алхимики за ее растворяющую силу. Он поливает ею кусочек матово поблескивающей смоляной обманки до тех пор, пока под красными парами полностью не исчезает черный цвет - что Клапрот расценивает как полное разложение его пробы. Раствор, разведенный водой, приобретает "светло-желтый цвет, с зеленоватым оттенком".
Случается карете Клапрота проезжать и мимо забавных часов на ратуше Йоханнгеоргенштадта. Каждую четверть часа из корпуса часов выскакивают два железных горных козла и стукаются рогатыми лбами. Одновременно шахтер приподнимает свой горняцкий головной убор - цилиндр без полей - и стучит оземь палкой. Некоторые домовладельцы ворчат, недовольные последствиями "горной горячки", как здесь называют уже отшумевшую серебряную лихорадку. Множество не поддающихся учету шахт и горизонтальных рудных жил, проходивших под городом, скорее всего, и были причиной появления трещин в стенах домов и проседания фундаментов - ущерб, который могли ощутить лишь хозяева домов. Их уже не оставлял страх, что скоро и они будут причислять себя к жертвам "горной горячки". За кузницей Виттингсталя, горной деревушки из семи домов на окраине Йоханнгеоргенштадта, на особенно слякотных местах, где Брайтенбах впадает в Шварцвассер, поперек дорожной колеи проложены еловые жерди. Здесь вход в заброшенный прииск "Георг Вагсфорт", который порекомендовали Клапроту. По названиям соседних шахт - "Благословенье", "Нежданное счастье" и "Божья милость" - можно догадаться, какую радость испытывали горняки XVII века, находя в земле серебряные сокровища. Прииски заброшены еще сто лет назад, но время от времени сюда наведываются господа с утонченным вкусом, желающие прикупить цветные минералы для своих коллекций. Четыре года назад здесь впервые появился и тайный советник Гёте из Веймара, тоже по дороге из Карлсбада, приобрел красивый кусок пираргирита и с тех пор стал заезжать сюда для пополнения своей коллекции.
После утомительного спуска по приставным лестницам в бывший забой на Клапрота повеяло знакомым духом бесконечного осеннего дождя и прели. Горный мастер точно знает, куда направить луч шахтерской лампы. Он посветит во все расселины и трещины, чтобы брат прусского короля по масонской ложе мог упиться великолепием кристаллизованной зеленой слюды. Ее тонкие пластинки и кубики изумрудно-зеленого, лимонно-желтого и светло-желтого оттенков прочно облепляют смоляную обманку. Вся порода пронизана металлическими землями кирпичного и сернисто-желтого цвета. В одном рыхлом, жирно поблескивающем обломке Клапрот заметил даже голубовато-серый свинцовый пигмент в виде нежно мерцающей жилы и мелкозернистых вкраплений.
В лаборатории небольшая добавка соляной кислоты превращает aqua fortis в царскую водку. Этот прием Клапрот выполняет автоматически, не утруждая себя измерением дозы. Придя в соприкосновение с царской водкой, смоляная обманка разогревается и сильно вспенивается. После того как он разбавит смесь, отфильтрует ее и выжжет остатки серы, его взору предстанут чудесные кристаллы в виде вытянутых шестигранных пластинок, тоже меняющих цвет от светло-зеленого к желтому. После дальнейших опытов с щелочными солями и сернистым аммонием в осадок выпадают лимонно-, ярко- и шафраново-желтые отложения, которые он идентифицирует как металлоизвесть. Если замесить желтую муку с льняным маслом в некое подобие кухонного теста и запечь в фарфоровой печи при средней температуре, получится тонкая черно-коричневая пыль с металлическим блеском, которую можно растереть в пальцах. Снова залить азотной кислотой, нагреть. Опять поднимается красный пар, и теперь Клапрот уже не сомневается в том, что выгнал из своей металлоизвести кислород. Если расплавить ее в более сильном огне фарфоровой печи, она спекается в мелкоячеистую пенную массу из тускло поблескивающих металлических зерен. И если обработать полученный ком напильником, из-под железно-серого цвета блеснет ожидаемый металл. Теперь Клапрот убежден, что выделил из смоляной обманки металлическую субстанцию. Он открыл новый "металл".
Аптекарь Мартин Генрих Клапрот считал себя полным приверженцем экспериментальной химии. Будучи членом Королевский Прусской академии наук и профессором знаменитой горной академии Фрайберга, он вряд ли был бы превосходным практиком с отличной репутацией, если б не обладал способностью извлекать новые сведения из сходных реакций в давно известных обстоятельствах, да еще и находить для них практическое применение. Поэтому сейчас он идет на поводу у одной своей догадки и проверяет пригодность металлической эссенции смоляной обманки в качестве красителя для стекла и фарфора. Для этого он замешивает различные смеси из желтой металлоизвести с фосфорной кислотой. Ее еще называют костяной кислотой, потому что производится она из измельченных в порошок костей животных. Фосфорная кислота очень жаростойка и при накаливании растекается в подобие прозрачного стекла. Так Клапрот сперва получает прозрачную изумрудно-зеленую симуляцию стекла, тогда как с добавкой кремнезема возникает непрозрачное стекло, яблочно-зеленый светлый цвет которого напоминает ему полудрагоценный камень хризопраз. Если умеренно раскаленную металлоизвесть смоляной обманки, добавив флюс, нанести на фарфор и обжечь в эмалировочной печи, получится "оранжево-огненный" цвет.
Старые алхимики часто устанавливали - возможно, под воздействием возбуждающих паров в их лабораториях - связи между вещами и процессами, которые на первый взгляд не имеют между собой ничего общего. В прежние века, до того как Коперник и Галилей своими революционными идеями касательно движения планет вызвали переполох среди охранителей христианского учения, Земля еще пребывала в центре Вселенной. Она была окружена семью планетами, в число которых входило и Солнце. В течение долгого времени было известно и семь металлов - без сомнений, богоугодный, навек неизменный порядок, как и у планетной системы. И вот некий умник, идущий в ногу со временем, догадывается соотнести эти семь металлов с семью планетами. Лучи низведенного в спутники Земли Солнца вызвали появление на земле золота. Таинственные астральные вибрации Луны обусловили рост серебра под домами Санкт-Йоахимсталя и Йоханнгеоргенштадта. Железо лучше всего подходит Марсу, медь - Венере, свинец - Сатурну.
В революционном 1789 году уже ни один ученый не относится всерьез к этой системе, которая зиждилась на аналогиях, тем более что число известных металлов к тому времени выросло до семнадцати, тогда как соответствующие им планеты так и не были обнаружены. Однако всего за восемь лет до этого немецкий астроном Вильгельм Гершель открыл новое небесное тело, которое оказалось-таки планетой, и которое он назвал Ураном. Уран явился астрономической сенсацией, прежде всего потому, что он вращается в доселе невообразимом удалении от Земли и Солнца. Если принять расстояние от Земли до Солнца за астрономическую единицу, то Сатурн со своими девятью астрономическими единицами был до открытия Гершеля самым удаленным от центрального светила объектом. Уран же торит свой одинокий путь в сказочных девятнадцати астрономических единицах, или в трех миллиардах километров от Солнца. Так с появлением этого нежданного участника движения наблюдаемый универсум раздался сразу вдвое - по крайней мере, в сознании активно коммуницирующих членов академических кругов.
Мартин Генрих Клапрот тоже имел представление об этих шокирующих космических размерах, которые венчала новая планета. Возможно, они-то его и окрылили. Ведь за последние восемь лет, минувшие с открытия Гершелем Урана, новый металл так никто и не нашел. Теперь он был волен узаконить свое право открытия и примкнуть к старой традиции, назвав доселе неизвестный металл именем планеты. Он мог бы назвать новый элемент и клапротием, но ему суждено было зваться ураном. Очень помпезное имя для желтого красителя стеклянных изделий.
Тяжелые черные шторы на окнах не пропускают в лабораторию ни лучика света. Вот уже восемь недель господин профессор работает, ест и спит только в своей темной комнате на первом этаже Физического института университета Вюрцбурга и хранит свою тайну. Даже его любимая жена Берта, с которой он делит свою служебную квартиру на втором этаже, не знает о его странном открытии. При всем уважении к его труду она, должно быть, воспринимает его молчание как обиду. Больше всего ее ранит догадка, что муж явно наслаждается этим добровольным, граничащим с одержимостью заточением в темной норе - там, внизу. Когда ей случается - довольно редко - столкнуться в узком коридоре с этим бледным призраком, который когда-то был ее Вильгельмом, он что-то пишет на ходу или смотрит сквозь нее усталым, невидящим взором. Время от времени он отдает себе отчет в плачевном положении домашних дел. Но это не помогает. Он должен работать дальше, скрывая результаты, чтобы не выставить себя на посмешище преждевременными заявлениями. Ни перед Бертой, ни перед публикой. Вначале надо окончательно удостовериться. Ведь на кону стоит его доброе имя физика.
В лабораторном журнале профессора д-ра Вильгельма Конрада Рёнтгена вечер 8 ноября 1895 года отмечен как дата того открытия, которое и ввергло непоседливого, как ртуть, ученого в этот дурман работы. Он, как и многие физики его поколения, исследует многообразные формы электромагнитных явлений. Ровно тридцать лет назад шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл четырьмя гениальными уравнениями показал, что как свет - видимый и ультрафиолетовый, - так и электрические и магнитные явления одинаково принадлежат к спектру электромагнитных волн. Рёнтгена особенно интересуют световые явления электричества в стеклянных трубках. Трубка длиной один метр с минимальным содержанием газа подключена двумя проводками к источнику тока цилиндрической формы. В тот достопамятный вечер пятницы он как раз обернул свою трубку светонепроницаемым черным картоном, чтобы выяснить, можно ли ее таким образом полностью изолировать. Включив в затемненном помещении ток высокого напряжения, он заметил слабое свечение на столе вблизи аппаратуры. Там случайно лежал бумажный экран, покрытый химическим веществом, отражающим свет, если на него попадает подходящее излучение.