Когда ошибки оказываются гениальными и что из этого может получиться

- Количество солидное, а качество?

- Верно, но ошибка ошибке рознь.

"Если бы в результате какой-нибудь мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными и к грядущим поколениям перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленное из наименьшего количества слов, принесло бы наибольшую информацию?" - таким вопросом задался в своих "Лекциях по физике" известный американский ученый Р. Фейнман. И сам же ответил: атомная гипотеза. "В одной этой фразе, как вы убедитесь, содержится невероятное количество информации о мире, стоит лишь приложить к ней немного воображения и чуть-чуть соображения", - пояснил он.

А ведь атомная гипотеза была ошибкой, если вспомнить, что "атом" значит "неделимый". Ошибкой, как мы теперь знаем, грубой, но для своего времени поистине гениальной. Когда же и как ее исправили?

Придется начать опять-таки с ошибки. "Облученные ярким солнечным светом соли урана испускают рентгеновскую радиацию". Так заявил 80 лет назад А. Беккерель.

Таинственные невидимки

Потомственный ученый, он чуть было не стал инженером, специалистом по дорогам и мостам. Окончив в 1878 году Парижскую политехническую школу, он получил должность в Институте путей сообщения. Но оставил карьеру путейца, предпочтя ей иную жизненную колею. И неплохо сделал. Ибо одним из самых первых начал прокладывать дороги в глубины атома, наводить мосты между микро- и мегамиром.

Первотолчком послужило открытие В. Рентгена. 20 января 1896 года оно обсуждалось на заседании Французской академии. Докладчик - математик А. Пуанкаре, тоже выпускник Парижской политехнической школы - выдвинул интересное предположение. Не испускают ли невидимую радиацию, обнаруженную В. Рентгеном, фосфоресцирующие вещества сами по себе, без разрядной трубки? Действительно, на том конце, куда бьют катодные лучи, стекло всегда светится. Если же именно там и возникает рентгеновская радиация, стоит поискать ее источники среди минералов, способных люминесцировать.

Среди слушателей был профессор А. Беккерель, 44-летний член академии. Эта идея запала ему в душу. Случайно ли? Еще дед его успешно изучал фосфоресценцию, да и сам он занимался ею давно, увлеченно и основательно. А в "рентгеновский год" о ней заговорили повсюду, причем не только в ученых собраниях, но даже в светских салонах, слово о модной звезде сцены.

Как все несущее печать таинственности, это явление исстари привлекало людей. Как отмечал еще Аристотель, оно наблюдается, например, когда рыба разлагается. Оно, можно сказать, вездесуще: гнилушки и светлячки в лесу, пылающие по ночам холодным огнем тропические воды, нагонявшие мистический ужас на мореплавателей, хотя "поджигатели" - не сверхъестественные силы, а мелкие морские организмы...

Теперь даже школьники знают, что флуоресценция и фосфоресценция - разновидности люминесценции, отличающиеся только длительностью. Первая затухает почти мгновенно, после того, как устранен ее возбудитель (скажем, электронный луч в кинескопах телевизоров). Вторая - не столь быстро (некоторые соли урана и другие соединения, "позагоравшие" на солнце час-другой, продолжают какое-то время люминесцировать, и если их перенесут в темное помещение, ибо запасают впрок больше энергии).

Призрачное мерцание тлеющих гнилушек, разлагающихся останков или живых организмов - не что иное, как хемилюминесценция. Она обусловлена химическими процессами и прекращается вместе с ними. Есть фотолюминесценция, она вызывается обычным видимым светом. Есть и радиолюминесценция. Ее возбуждает проникающее излучение, например рентгеновское (рентгенолюминесценция). Разумеется, не обязательно волновое, корпускулярное тоже. Допустим, поток электронов в электровакуумных приборах - от круксовой трубки, как у В. Рентгена, до телевизионного кинескопа, как у нас дома (катодолюминесценция). Или альфа-частицы радиоактивных изотопов (альфа-люминесценция).

Столь отчетливых представлений об этих процессах во времена А. Беккереля, естественно, не было и быть не могло. Но все прекрасно понимали одну простую вещь: В. Рентген пришел к своему сверхиеобыкновенному открытию, исследуя такое вот свечение, отнюдь не сверхнеобыкновенное. Таинственное сияние кристаллов в профессорской лаборатории вюрцбургского Физического института так похоже на столь же загадочное тление гнилушек, с которым сталкивались все желающие в общедоступной лаборатории природы, идучи, например, за грибами... Если вспомнить еще о повальном тогда увлечении спиритизмом, которое не миновало иных ученых, то легко представить, что означала "лучевая лихорадка", с быстротой эпидемии распространившаяся по всему миру.

Тем более важной видится сейчас миссия настоящих ученых, которые строго научно, методично, подобно В. Рентгену, исследовали феномены, заставлявшие терять самообладание даже трезвые умы. Таким разведчиком науки был и А. Беккерель.

Он рассуждал примерно так. Если люминесценция действительно сопровождается испусканием икс-лучей, то фотопластинки непременно будут засвечены ее источником сквозь плотный оберточный материал. Вызвать же ее не проблема. Достаточно подержать на солнечном свету подходящие препараты.

Таких минералов у А. Беккереля была целая коллекция, лучшая в Париже. Он выбрал соль урана, фосфоресцирующую особенно интенсивно. И в погожий зимний день выставил ее кристаллики за окно на несколько часов. А под них была подложена фотопластинка, надежно укутанная в плотную черную бумагу. Кроме того, между ней и солью лежала фигурная металлическая прокладка. Чтобы на негативе отпечатался силуэт препятствия, когда икс-лучи сделают свое дело (если, конечно, они существуют в соответствии с гипотезой А. Пуанкаре).

Все получилось именно так, как планировал А. Беккерель. Разумеется, одно подтверждение - еще не подтверждение. Опыты повторялись, варьировались. Суть оставалась прежней. Урановое соединение, начинавшее люминесцировать под действием солнечных лучей, заставляло фотоэмульсию чернеть. Значит, ее засвечивает радиация, проходящая сквозь светонепроницаемый пакет. Разумеется, рентгеновская. Какая же еще, если она всепроникающая?

Окончательно утвердившись в этих выводах, А. Беккерель доложил их 24 февраля 1896 года Французской академии. Их восприняли как нечто долгожданное, само собой разумеющееся. Там уже поговаривали: пора выбросить капризные рентгеновские трубки за борт, их вовсе не обязательно использовать, чтобы получать икс-лучи. Но через месяц А. Беккерель был вынужден опровергать А. Беккереля, себя самого. И многих других, уверившихся в его авторитетных свидетельствах. А заодно и А. Пуанкаре, торжествовавшего победу теоретической мысли, и тех, кто, ставя аналогичные эксперименты, праздновал триумф Его Величества Опыта. Требовалось мужество, чтобы признать: лаврами увенчан не по праву, что попишешь, поторопился с проверкой гипотезы, не учел всех возможных неожиданностей. Неловко, конечно, перед коллегами, но истина дороже.

Сюрприз, подстерегавший исследователя, оказался и неприятным и радостным. Это случилось в пасмурные дни, когда новые опыты, естественно, не проводились, обрабатывались лишь результаты прежних. И вот однажды были проявлены пластинки, которые не выставляли на солнце. Они лежали в темном шкафу, ожидая своего часа, когда небо станет, наконец, чистым.

Как ни поразительно, и они оказались засвеченными! Но почему? А. Беккерель знал: они лежали в темноте рядом с урановым соединением. И видел: на них четко запечатлены автографы его кристаллов!

Что было дальше, ясно: загадка - догадка - проверка... Постепенно все стало на свои места. Оказалось, фосфоресценция тут ни при чем. Вместе с ней отмели и рентгеновскую радиацию. Заговорили о лучах А. Беккереля, тоже невидимых, тоже всепроникающих. Вскоре выяснилось, что их испускает и торий. Так, в "рентгеновский год" была открыта радиоактивность.

В 1898 году добавились еще два радиоактивных элемента - полоний и радий. Их обнаружили супруги М. Склодовская и П. Кюри, изучая открытую А. Беккерелем радиацию. Э. Резерфорд задался вопросом: чем она отличается от рентгеновской? И нашел: первая отклоняется магнитным полем, вторая нет. Затем, перегораживая путь беккерелевским лучам тонкой алюминиевой пластинкой, убедился, что в их потоке - неодинаковые составляющие. Одна их разновидность задерживается тонкой металлической преградой, другая нет.

Так мир узнал об альфа- и бета-лучах, не подозревая, что это частицы. А вскоре услышал и о гамма-излучении: оно было открыто П. Виллардом (1901 г.). Тот установил, что оно очень похоже на рентгеновское: не отклоняется ни магнитным, ни электрическим полями.

В 1900 году Э. Резерфорда осенила догадка: альфа-лучи, испускаемые радием, - атомы гелия, отрывающиеся с большой скоростью. К 1903 году это было продемонстрировано изящным экспериментом. Все ахнули: один химический элемент превращается в другой! Вернее, даже в два: радий в гелий и радон.

Атом оказался делимым! Рухнула господствовавшая 2400 лет концепция, считавшая его вечно неизменным и неразрушимым, не рождающимся и не умирающим. Кто бы мог подумать, что это начнется с икс-лучей и произойдет всего через несколько лет после "рентгеновского года".

Такова цена ошибки, допущенной и затем исправленной А. Беккерелем. Но вот ведь что любопытно: икс-лучи, которые он искал вне рентгеновской трубки, действительно можно было найти именно там, где он начал свою разведку. Их испускают некоторые радиоактивные изотопы. Иные непосредственно, исторгая их из собственных атомных недр. У других это не первичное, а вторичное явление: излучение, которое возникает при обстреле металлической мишени микропулями, альфа- и бета-частицами. Иначе говоря, оно могло встретиться и А. Беккерелю, когда тот вставлял фигурные металлические прокладки между фотопластинкой и урановой солью, которая, как установил Э. Резерфорд, с силой выбрасывает альфа- и бета-частицы.

Мало того, свечение некоторых минералов вполне логично связывать с рентгеновской радиацией, как пытался делать А. Пуанкаре. Действительно, если она генерируется содержащимися в них радиоизотопами, то может вызвать рентгенолюминесценцию таких минералов. Без помощи катодной трубки!

Правда, нельзя не оговориться: рентгеновская радиация от изотопных источников тысячекратно слабее, чем от испускающих ее специальных трубок, во всяком случае, нынешних. Так что практически А. Беккерель едва ли имел возможность зарегистрировать столь тонкие эффекты, хотя теоретически она и тогда была реальной.

Так мы впервые столкнулись с естественными генераторами этой радиации, которые слабее современного рентгеновского аппарата, тем более ускорителя или атомного реактора. Однако изотопные ее источники применяются широко, поскольку они малогабаритны, а значит, компактнее, легче и, кроме того, дешевле.

И еще, как видно, и В. Рентген, и А. Беккерель, и любой человек, и вообще род людской имел дело с икс-лучами с того самого времени, как появился на свет. Причем не только с небесными, но и земными - теми, которые испускаются, например, почвой, вернее, вкрапленными в нее радиоизотопами. Речь идет о естественной радиоактивности, которая окружает нас всегда и везде.

Правда, ее средний уровень (фон) мизерен: как мы помним, он не превышает 0,125 рентгена за год, причем на ²/₃ обусловлен именно земными факторами и лишь на ¹/₃ - небесными (космические лучи).