Сказка о Сен-Викторе и Беккереле, открывших таинственное излучение

Ник. Горькавый
«Наука и жизнь» №5, 2015

Другие научные сказки Ник. Горькавого см. в «Науке и жизни» №11, 2010, №12, 2010, №1, 2011, №2, 2011, №3, 2011, №4, 2011, №5, 2011, №6, 2011, №9, 2011, №11, 2011, №6, 2012, №7, 2012, №8, 2012, №9, 2012, №10, 2012, №12, 2012, №1, 2013, №11, 2013, №1, 2014, №2, 2014, №3, 2014, №7, 2014, №8, 2014, №10, 2014, №12, 2014, №1, 2015, №4, 2015.

Абель Ньепс де Сен-Виктор — французский исследователь, открывший, что соли урана засвечивают фотопластинку

«Космические сыщики» — новая книга писателя, доктора физико-математических наук Николая Николаевича Горькавого. Её герои знакомы читателям по научно-фантастической трилогии «Астровитянка» и научным сказкам, опубликованным в журнале в 2010–2014 гг. и в №№1, 4, 2015 г.

— Золотистую окись урана находили в рудниках и по берегам рек ещё две тысячи лет назад, — неторопливо листая книгу, начала очередную вечернюю историю принцесса Дзинтара. — Её использовали как краску для узоров на глиняных вазах, а позже стали добавлять в расплав при варке цветного стекла. Только через много столетий, в 1841 году, французский химик Эжен Мелькьор Пелиго смог получить чистый уран — тяжёлый серо-стальной металл. Уран и его соединения привлекли внимание многих исследователей. Так, в 1804 году немецкий химик Адольф Гелен заметил, что раствор хлорида урана на свету быстро меняет ярко-жёлтый цвет на зелёный. Этот факт попробовал использовать французский исследователь Абель Ньепс де Сен-Виктор, который разработал способ получения цветных фотографий с помощью светочувствительных солей металлов. В 1857 году он обнаружил, что фотопластинки засвечиваются солями урана. Химик предположил, что, возможно, за столь неожиданный эффект отвечает фосфоресценция или флуоресценция.

— Это ещё что за звери? — не выдержала Галатея напора незнакомых терминов.

— Так называют нетепловое свечение вещества, — пояснила Дзинтара. — В случае флуоресценции свечение после воздействия внешнего фактора прекращается за доли секунды, в случае фосфоресценции свечение длится до нескольких часов или дней.

— У меня где-то есть фосфоресцирующие кубики, — вспомнил Андрей. — Если подержать их на солнце, они потом в темноте светятся зелёным светом, но постепенно их свечение слабеет.

Урансодержащий минерал отенит (водный уранил-ванадат кальция): вверху — при дневном свете; внизу — флуоресцирует при облучении ультрафиолетом. Фото: Дидье Дискунс

Дзинтара кивнула:

— Да, такой эффект ослабления свечения типичен для фосфоресцирующих веществ. Но Сен-Виктор обнаружил, что фотопластинки засвечиваются солями урана, образцы которых полгода провели в темноте. А это значит, что они никак не могли фосфоресцировать. В 1861 году Сен-Виктор пришёл к выводу, что соли урана дают «радиацию, невидимую нашему глазу», и это наблюдение признали «фундаментальным открытием». Через 7 лет, в 1868 году, другой физик, Александр Эдмон Беккерель, опубликовал книгу «Свет», в которой описал опыты Сен-Виктора с солями урана и фотопластинками.

— Значит, радиоактивное излучение открыл Сен-Виктор?! — воскликнул Андрей.

Антуан Анри Беккерель. Фото Пауля Надара из коллекции Дибнеровской библиотеки истории науки и техники

Дзинтара задумчиво ответила:

— И да, и нет. Если исследователь открыл что-то, значительно опережающее существующий уровень знаний, его открытие, скорее всего, не получит отклика и не будет работать на развитие науки. Это «что-то» будет долгое время «молчать» — как произошло с гелиоцентрической системой Аристарха Самосского, генетическими исследованиями Грегора Иоганна Менделя (см. «Наука и жизнь» №2, 2014 г., «Сказка о монахе Менделе, который нашёл великий закон на грядке с горохом») и космогоническими идеями Иммануила Канта (см. «Наука и жизнь» №4, 2015 г., «Сказка о космическом путешественнике Иммануиле Канте, которого все считали философом-домоседом»). Через десятки, сотни, а иногда и тысячи лет «молчащее» открытие открывают заново, и оно начинает влиять на ход прогресса, встраиваться в общее здание науки. Чтобы открытие прозвучало, цивилизация должна быть готова принять новое. В середине XIX века ещё ничего не знали о природе света и тем более о строении атома и о существовании невидимых излучений. Потому-то работу Сен-Виктора не поняли, и она осталась практически незамеченной.

— Невидимой! — пошутила Галатея.

— Но во второй половине XIX века уровень научных знаний поднялся на новую высоту: Джеймс Максвелл (см. «Наука и жизнь» №1, 2015 г., статья «Сказка о Джеймсе Максвелле и его ручном демоне») открыл электромагнитную природу света, Генрих Герц обнаружил невидимое радиоизлучение. Появились исследования Филиппа Ленарда о катодных лучах, а к концу века Вильгельм Рентген «увидел» невидимые Х-лучи. Эти новейшие для того времени открытия в корне изменили отношение учёных к работам, описывающим невидимое излучение.

Эдмону Беккерелю в опытах со светом помогал его сын Антуан, которому к моменту окончания книги «Свет» было четырнадцать лет. Впоследствии он сам стал учёным, посвятив себя вопросам фотографии и люминесценции солей урана. Антуан Анри Беккерель продолжил династию и вслед за дедом и отцом возглавил кафедру физики в Национальном музее естественной истории. Прочитав об открытии рентгеновских лучей, Антуан сразу решил, что они как-то связаны с фосфоресценцией. Он полагал, что вещество, полежавшее на ярком солнечном свете, может испускать не только обычный свет, но и Х-лучи.

В конце XIX века возник настоящий бум производства праздничной посуды из стекла с примесью урана, которая светилась в ультрафиолетовом свете. В 40-х годах ХХ века власти США конфисковали все запасы урана на военные нужды, в том числе тарелки и вазы из уранового стекла, которые хранились на складах производителей посуды. В начале 1970-х годов, когда опасность радиоактивного облучения стала всем понятна, производство светящейся урановой посуды было окончательно прекращено. На фото: ваза из уранового стекла. Фото: Z. Vesoulis/Wikimedia Commons

В этом младший Беккерель ошибался, но его главное открытие уже лежало на поверхности. Однажды Антуан запланировал исследование, которое нужно было проводить на ярком солнечном свете, но из-за туч, набежавших на небо, отложил эксперимент. Фотопластинку, завёрнутую в плотную чёрную бумагу, он положил в стол вместе с образцами солей урана. На следующий день учёный обнаружил, что убранная в стол фотопластинка оказалась засвеченной, хотя он завернул её в плотную чёрную бумагу. Существенное отличие этого случайного опыта от опытов Сен-Виктора заключалось в том, что чёрная бумага преграждала путь к пластинке любого видимого излучения. Опыты Беккереля показали, что замеченное им излучение не зависит от температуры и вызывает ионизацию воздуха, так же как лучи Рентгена.

Антуан Беккерель установил: причиной засветки стало невидимое излучение солей урана. В ходе дальнейших исследований выяснилось, что чистый уран излучает в три с половиной раза сильнее, чем его соль, значит, именно он отвечает за засветку фотопластинок.

Фотопластинка Беккереля, засвеченная солями урана. Светлая тень в нижней части фото — от мальтийского креста, расположенного между солью урана и фотопластинкой

Обнаружение радиоактивности урана — классический пример случайного открытия, которое сделано благодаря тому, что Антуан Беккерель был хорошо к этому подготовлен.

— Если Антуан читал книгу своего отца Эдмона Беккереля, то, конечно, хорошо подготовился, — отметил Андрей.

— Общество, — продолжила Дзинтара, — смогло оценить открытие радиоактивности не только благодаря работам Герца, Ленарда и Рентгена. Очень много успели сделать в этом направлении супруги Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри.

Излучение, которое исследовал Беккерель, какое-то время называли «лучами Беккереля». За открытие радиоактивности он получил в 1903 году Нобелевскую премию по физике, разделив её с Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри. Он стал знаменит, его выбрали академиком Французской академии наук, и он даже занял почётный пост её пожизненного секретаря. Его именем названы единица радиоактивности — беккерель (Бк), кратеры на Луне и на Марсе.

Вот что значит постоянно находиться в поиске, — закончила Дзинтара.