С веществом и материей дело обстоит так же, как и с бесконечностью вселенной. Мы не находим конца ни в вышину, ни в глубину. Мы спрашиваем себя, что находится над звездами, что находится в бесконечных далях. С другой стороны, мы задаем, себе вопрос, что получится, если мы разложим материю на ее составные части, все более утончая и размельчая их. Придем ли мы при этом к какой-нибудь границе, к какому-нибудь пределу? Из физики нам известно, что материя состоит из мелких частиц, молекул, которые в свою очередь могут быть разложены на атомы. Например, вода состоит из маленьких водяных молекул; каждая водяная молекула — из трех атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода. Эти данные были всего лишь, несколько лет тому назад пределом наших знаний. В настоящее время в этой области наши знания расширились, мы проникли глубже в сущность материи и знаем также, что там действуют чудовищные силы, скрытые от нашего взора.
Опыты и исследования привели к взгляду, согласно которому сущность атомов сводится к электрическому явлению. Выяснили, что атом состоит из атомного ядра, заряженного положительным электричеством, и из электронов, которые, будучи заряжены отрицательно, движутся вокруг ядра, — иными словами, атом представляет собою бесконечно малую солнечную систему, которая, разумеется, у различных элементов и веществ сгруппирована в динамическом отношении различно, отчего и зависит различие в свойствах элементов. Возникает вопрос: достигнуты ли теперь с помощью этого открытия границы вещества? При современном состоянии научного знания на этот вопрос приходится ответить отрицательно. В наше время естествознание достигло единства познания природы; по одним и тем же законам создаются все существующие элементы химии. Каждый элемент образуется из двух, видов самых основных строительных камней или «кирпичей» мироздания: из минимального количества отрицательного электричества (электрона) и положительного ядра водорода, как ясно высказался проф. Вольфганг Кёлер по вопросу об атомной теории. Что же касается электронов и водородного ядра, то они, по мнению Кёлера, характеризуются, в первую очередь, своим динамическим поведением. Поэтому не следует предполагать, что все наше представление о материи — это утомительная монотонность, в которой существуют лишь атомное ядро и электроны. Дело в том, говорит Кёлер, что когда физик близок к цели, например ему удается выделить из всех химических атомов оба упомянутые кирпича, то это еще совсем не значит, что он должен рассматривать атомы как «безразличные» скопления этих кирпичей. Для того чтобы его система носила стройный характер, он должен приобретать все более глубокое понимание тех специфических динамических сочетаний, в которых определенные группировки упомянутых «кирпичей» существуют в форме соединений, находящихся в постоянном движении.
Из всех атомов простейшим строением обладает атом водорода, ядро которого имеет только один положительный заряд, причем вокруг него кружится только один электрон. Такой атом водорода по величине равен одной стомиллионной сантиметра, а по массе одной квадриллионной доли грамма. Плавающий в море шар диаметром в метр и величина земли дают приблизительное представление о соотношении, существующем между атомом и свинцовой дробинкой. Каждый из этих атомов представляет собою, как упомянуто, самостоятельную солнечную систему. В одном только грамме водорода находится 27 триллионов подобных маленьких солнечных систем. Круговорот их происходит с такой точностью, что нет места для хаоса. Атом водорода, в виду его простоты, является самой малой частицей материи, и это служит основанием для теории построения всей материи, формулируемой в словах: «все состоит из ядра водорода и электрона».
Вслед за атомом водорода идет атом гелия, имеющий ядро с двумя положительными зарядами и два электрона, кружащиеся вокруг ядра. За этими двумя элементами следуют по порядку— литий, бериллий, бор, углерод, азот, кислород и т. д. Максимальный положительный заряд ядра и максимальное число электронов имеют из числа всех элементов радиоактивные вещества. Здесь необходимо дать более подробные объяснения.
Открытие, сделанное в 1895 г. Рентгеном, побудило французского ученого Беккереля заняться изучением солей урана, причем выяснилось, что эти соли после освещения солнечным светом продолжают светиться в темноте. Беккерель затем установил, что препарат урана не только, будучи освещен солнечными лучами, получал свойство сквозь светонепроницаемую бумагу заставлять темнеть фотографическую пластинку, но сохранял это свойство и после пребывания в темноте в течение более или менее долгого срока.
Открытие Беккереля послужило поводом для французского физика м-м Кюри к исследованию, не обладают ли этими свойствами и какой-либо другой металл и чистый уран. Она пришла к выводу, что и смоляная обманка урана, продукт отбросов богемских стекольных заводов, также обладает этим свойством и, в частности, в более сильной степени, нежели чистый уран. Кюри пыталась извлечь вещество, явившееся источником новых явлений, в чистом виде из смоляной обманки, — задача крайне трудная, так как радиоактивные вещества содержатся в ней лишь в совершенно ничтожном количестве. Так, например, из вагона смоляной обманки удалось получить лишь четверть грамма драгоценного вещества. Полученное таким образом вещество обладало свойством выделять лучи, которые никогда не истощались. Даже самое ничтожное количество вещества обладало этим свойством. Флуоресцирующая ширма, употреблявшаяся в целях констатирования присутствия рентгеновских лучей, начинала светиться, когда на нее падали лучи, испускаемые радием. Наэлектризованная шелковая кисточка тотчас же реагировала разрядом, как только в комнате оказывалась ничтожная частица радия. С помощью магнитов удалось установить, что лучи радия имеют различный характер, в связи с чем их разделили на три типа: лучи альфа, бета и гамма. Последние не отклоняются под влиянием магнита, но продолжают свой путь прямолинейно, подобно рентгеновским лучам, и являются в сильнейшей степени проницающими. Лучи-альфа и бета обладают последним свойством в меньшей степени.
Рис. 13. Распад радиоактивного атомного ядра на ядро гелия, электроны и рентгеновские лучи.
Опыты показали далее, что энергия, излучаемая радием, не требует никаких затрат. Уголь перегорает в кислороде воздуха в углекислоту, тогда как радий не поддается влиянию ни кислорода, ни какого-либо другого вещества. Рамзай, известный своими открытиями благородных газов, и Содди доказали, что радий беспрерывно превращается без всякого влияния извне в другой элемент. Оба исследователя заключили радий в герметически закрытую стеклянную трубку, причем они наблюдали, что в ней образуется газ, обладающий радиоактивностью и замерзающий при 150° ниже нуля; образование газа было сопутствующим явлением процесса, при котором из одного элемента образовывались два других. Напрашивался вопрос, нельзя ли искусственно вызвать распад элемента. Попытки привели к выводу, что с помощью известных в настоящее время средств это невозможно. Ни с помощью охлаждения, ни путем сильного нагревания, давления или сильного воздействия электричества не удавалось замедлить или ускорить процесс распада радия.
Здесь обнаружился закон энергии, который нельзя было изменить никакими средствами. Ибо этот процесс обладал такой мощью, что все попытки повлиять на него равносильны были стремлению человеческими средствами заставить звезды изменить свой путь.
В одном грамме радия в секунду распадаются в свинец, иначе говоря — в другое основное вещество, тридцать миллиардов атомов, и тем не менее для завершения этого процесса распада требуется 3 600 лет. При этом освобождается количество тепла, способное нагреть 100 млн л воды от 0 до 100°. Грамм радия дает в час 130 калорий, т. е. в два с половиной дня столько же, сколько дает при сжигании такое же количество угля, с той только разницей, что уголь целиком распадается в золу, тогда как радий через два с половиной дня внешне совершенно такой же, как и до того, и совершенно не уменьшится количественно на вид даже через год.
Делались бесчисленные попытки использовать свойство радия для устройства «перпетуум мобиле», и столь же бесчисленны были разочарования, связанные с этими попытками.
Неистощимая энергия, скрывающаяся в атоме радия, побудила Стрэтта уже в 1903 г., т. е. в то время, когда в широких кругах имели еще очень слабое представление о радии, сконструировать небольшой аппарат; этот небольшой аппарат представлял собою электроскоп с золотыми листочками, заряжаемый посредством лучей радия. Когда угол расхождения между листочками достигал определенной величины, они разряжались посредством контакта, после чего процесс начинался снова.
Цюрихский физик Грейнахер на том же принципе сконструировал радиоактивное «перпетуум мобиле». Этот небольшой аппарат, подробности конструкции которого не представляют особого интереса, может действовать, пока радий не истощится, что, разумеется, продолжится несколько тысячелетий.
В высшей технической школе в Карлсруэ уже 70 лет находится аналогичное электрическое «перпетуум мобиле», которое состоит из Замбониева столба, у которого листы из медных и оловянных листочков играют роль металлов, а влажная бумага заменяет: жидкость гальванического элемента. Между полюсами столба качается золотая пластинка. Как только эта пластинка приходит в соприкосновение со столбом, заряженным положительным электричеством, она заряжается одноименным электричеством и отталкивается к отрицательному полюсу. Здесь она отдает положительное электричество и заряжается отрицательно, и процесс возобновляется.
Далее заслуживает упоминания лейпцигский инженер Пастор, сконструировавший аппарат для отыскания минеральных богатств, опирающийся на теорию квант и атомную теорию. С помощью этого аппарата можно искать вполне определенные минералы, как например, руду уголь, воду, нефть, и устанавливать их залегание с достаточной точностью.
В номере журнала «Сила и материя» от 14 сентября 1924 г. П. Граф сообщает об этом аппарате следующее:
Чтобы понять действие аппарата, необходимо знание современной атомной теории и теории квант. Согласно этим теориям, все атомы состоят из элементарных электрических зарядов. Химия различает 92 элемента, из которых известны уже 80. По внутреннему строению атом состоит из ядра и электронов; каждый атом имеет ядро, вокруг которого кружатся электроны, подобно планетам вокруг солнца. Различное число электронов определяет различия в химической природе вещества, иначе говоря, различия элементов. При этом электроны связаны с ядром в вполне определенные кольца. Если во. внутреннем строении атома происходит какое-либо сотрясение, то оно обнаруживается вовне в форме излучения. Радиоактивность, например, объясняется как результат внутреннего сотрясения атомов. При этом происходит выбрасывание электронов, которые, в виду их чудовищной скорости, налетая на другие атомы, могут вызвать новые сотрясения в составе этих атомов. Подобные сотрясения атомного состава служат причиной испускания энергии. Лучи-бета радия, например, представляют собою не что иное, как выброшенные электроны; лучи-гамма — лучистую энергию, подобную рентгеновским лучам.
Аналогичные излучения энергии получает в своем аппарате Пастор. В когерере у него находится то же вещество, какое он ищет в земле; с помощью потока катодных лучей вызывается разрушение атомов вещества, в связи с чем порождаются волны энергии, которые свойственны только этому веществу. Эти волны проникают в пространство, и если они в земле наталкиваются на то же вещество, то наблюдаются явления резонанса. Между аппаратом и местом почвы, где находится такое же вещество, возникает электромагнитное поле, влияющее на аппарат. В грозовой атмосфере аппарат не может действовать.
Аппарат работает следующим образом: переносная батарея дает катодный ток высокого напряжения, который аккумулируется соответствующим приспособлением и затем поступает в когерер. Если, например, в трубке содержатся молекулы какого-либо углеродистого соединения и их подвергнуть действию катодных лучей, то возникнут волны, свойственные только углю. Путем смены вещества в когерере можно таким образом заставить испускать волны любое минеральное вещество. В виду того что волны энергии распространяются со скоростью света, действие аппарата проявляется мгновенно.
Открытие существования элементов, которые путем распада медленно превращаются в другое вещество и при этом развивают сравнительно огромное количество энергии, пробило первую брешь в толстой стене, скрывавшей тайну строения атомов и элементов. Широкие перспективы открыли опыты, проделанные английским физиком Резерфордом в 1919 г. Ученый делал разнообразнейшие попытки использования испускаемых радием лучей для своих опытов по разрушению атомов. Исследователь пользовался сосудом, наполненным водородным газом, который он бомбардировал лучами радия. Обнаружилось, что атомы водорода поражались этими лучами. В виду того, что атом водорода, как известно, значительно легче атома радия, он с тем большей быстротой продолжал свой полет. Опыты Резерфорда шли еще дальше. Он бомбардировал упомянутыми лучами газообразный азот, причем наступали такие же явления, какие свойственны только атомам водорода. Затем были произведены еще следующие опыты. Резерфорд пользовался маленькой стеклянной трубкой, в один конец которой был введен препарат радия, тогда как на другом находилась стеклянная пластинка с кристалликом цинкового блеска, причем опыт производился в тщательно затемненной комнате. Как известно, под влиянием лучей радия цинковый блеск начинает светиться. На расстоянии 7 лучи еще способны заставить засветиться стеклянную стенку, но на большем расстоянии световые явления прекращаются. Если на расстоянии 7 см поставить очень тонкую пластинку алюминия, то нужно было бы предположить, что лучи погаснут еще раньше. В действительности же обнаруживается, что на стеклянной стенке остается небольшой след световых эффектов, который можно наблюдать даже на расстоянии 90 см. На основе этого наблюдения Резерфорд пришел к следующему выводу: если при этом последнем опыте позади алюминия появляются лучи, действующие далее, чем лучи самого радия, то они обязаны своим происхождением исключительно самому алюминию, так как вследствие бомбардировки алюминиевого листка лучами радия было разрушено некоторое количество атомов алюминия, и таким образом его лучи исходили из его внутреннего ядра. В виду того, что, как смогли установить Резерфорд и исследователи Венского радиевого института, удавалось с помощью магнита и электричества отклонить эти лучи с их пути, атомы их могут быть лишь легкими атомами водорода; иными словами, из алюминия благодаря атомному превращению получился водород — процесс, который, конечно, должен был бы продолжаться миллион лет, прежде чем удалось бы получить этим путем хотя бы один кубический сантиметр водорода.
Вскоре после опытов Резерфорда двум венским физикам Киршу и Петерсону удалось добиться разрушения атомов и, в частности, в первую очередь элементов магния, лития я силиция. Два английских исследователя Бетс и Роджерс также пытались аналогичным способом произвести разрушение атомов. Впоследствии Резерфорд добился разрушения и других элементов, как неон, сера, хлор, аргон и калий. В виду того что венским ученым удалось разрушить бериллий и углерод, была доказана возможность разложения всех «легких» элементов. В качестве продукта разрушения во всех опытах получался водород, а по данным венских ученых — гелий. Таким образом удалось разложить элементы на водород и гелий.
Т. Ф. Уолл, проф. Шеффильдского университета, делал опыты в другом направлении. Он пользовался при своих опытах сильными электрическими и магнитными полями. По существующим воззрениям, каждый атом состоит из ядра, заряженного положительно и представляющего как бы малое солнце, вокруг которого, подобно планетам, движутся частицы, заряженные отрицательно. Уолл утверждает, что положительное электричество ядра и отрицательное — электронов — создают сильное магнитное поле, которое может быть разрушено другим более сильным магнитным полем, причем электроны были бы выброшены при этом из своих орбит.
Физика в настоящее время уже имеет возможность установить, что с помощью полей силою от трех до пяти миллионов гаус (гаус характеризует магнитное поле, в котором одна силовая линия приходится на квадратный сантиметр) материя может быть разрушена, иначе говоря, атомы могут быть выбиты из их орбиты. Но до получения магнитного поля такой колоссальной силы еще очень далеко. Технике в настоящее время известны магнитные поля самое большее в 40 000 гаус.
Доминик описывает вышеупомянутые опыты Уолла следующим образом: «Уолл оперирует с помощью установки, состоящей из конденсатора, заряжаемого от динамомашины высокого напряжения током в 10 000 вольт и затем в течение долей одной тысячной секунды разряжаемого через катушку, намотанную на стальной стержень. Вся установка так сконструирована, что в течение, правда, весьма краткого промежутка времени в катушке и в пространстве нескольких кубических сантиметров образуется электрический ураган, мощностью около 200 л. с. При этом однако создаются переменные магнитные поля в полмиллиона гаус; подвергаемый этому магнитизированию стальной стержень обнаруживает изменение своих физических свойств, из чего и можно заключить о легком изменении самих атомов». Доминик приходит к выводу, что если бы Уоллу удалось увеличить силу тока в десять раз, он, несомненно, добился бы массового разрушения атомов. Во всяком случае ему удался опыт, идущий наиболее далеко по пути разрушения материи.
Разрушение атомов однако далеко не столь простой процесс, как это излагает Доминик, в виду того, что здесь действуют чудовищные силы. Отто Каппельмейер иллюстрирует эту мысль наглядным примером: «В Берлине имеется приблизительно 100 000 домов. Вообразим теперь, что один какой-либо дом в центре города является атомным ядром. Вокруг этого дома мчатся с невероятной быстротой в 2 240 км в секунду 80 гранат таких же размеров, как само ядро. Но расстояние между ними и ядром в сто тысяч раз больше диаметра одной гранаты. Задача, стоящая перед физиком, такова: снарядами — размером в наши гранаты — бомбардировать ядро, в то время как вокруг него беспрерывно вращаются 80 электронов. Этот эксперимент предполагает, что наши снаряды обладают такой громадной силой и скоростью, что в состоянии пронизать пути движения электронов. Более слабые снаряды были бы попросту отклонены в сторону мчащимися по своим орбитам хранителями ядра — электронами. Пробив все 80 электронных орбит, снаряд должен был бы еще иметь силу для того, чтобы пролететь в тысячу раз более длинный путь, прежде чем ему удалось бы вообще только достигнуть атомного ядра. Но здесь он сталкивается с новой преградой: атомное ядро окружено силовым полем, отклоняющим наши снаряды. Лишь в том случае, если у них хватит силы пробить и этот защитный вал, они смогут проникнуть к ядру. Если от последнего отколется хотя бы ничтожнейшая частица, элемент превращается в другой с меньшим атомным числом, — иначе говоря, ртуть с зарядом ядра 80 и 80-ю электронами превращается в золото с зарядом ядра 79 и 79-ю электронами (опыты Мите над превращением ртути в золото). Если бы удалось метко попасть нашим снарядом в атомное ядро ртути, снаряд в то же мгновенье привлек бы к себе один электрон, и осталось бы всего лишь 79 электронов. Подвергшийся бомбардировке элемент уже был бы не ртутью, а золотом».
Однако для дальнейшего успешного производства подобных экспериментов радий еще на долгое время останется слишком дорогим материалом. Один грамм его в настоящее время стоит свыше 100 000 марок. Даже тот факт, что в последние годы в Америке были открыты крупные залежи карнотита, благодаря чему за короткое время цена радия снизилась с 160 000 долларов до 110 000 долларов за грамм, не оправдывает затраты высокоценного радия на подобные эксперименты. Во всем мире в месяц добывается едва ли 5 г радия, несмотря на то, что в Конго за последние годы открыты большие залежи радия, и заводы Оолен в течение операционного года 1922/1923 добыли 23 г радия.
Наука поэтому должна будет позаботиться о других методах работы, чтобы совершенно отказаться от пользования радием и применять для разрушения атомов другой равноценный прежним способам метод. Это стало возможным лишь в 1926 г. благодаря опытам, произведенным американцем Вильямом Кулиджем в исследовательской лаборатории «Дженераль Электрик Компени» в Шенектеди. Он применил усовершенствованную трубку Кука, которая обладает якобы силой излучения тонны радия. Изобретение Кулиджа является комбинацией трубки Кука и знакомой всем радиослушателям катодной трубки. Не вдаваясь в дальнейшие подробности изобретения Кулиджа, отметим, что ряд опытов по освещению этими лучами дал поразительнейшие результаты. Например, мраморная глыба под влиянием лучей его трубки вспыхивала оранжевым светом и сохраняла этот оттенок даже после того, как действие лучей прекращалось. Ухо кролика под влиянием этих лучей в течение доли секунды было насквозь прожжено и впоследствии на нем вырастали белые волосы. Несомненно в будущем можно ожидать, что это новое открытие будет усовершенствовано далее, и радий все более и более будет вытесняться, физикам же будут открываться новые пути в области исследования атомного мира.
Напрашивается вопрос, какие перспективы открылись бы перед человечеством, если бы в один прекрасный день удалось довести исследование природы атомов до такой степени, что не представило бы затруднений разложить их до конца и использовать мельчайшие кирпичи для построения новой материи.
Об огромных количествах энергии, освобождающихся при разрушении атомов, знаменитый исследователь атомов Зоммерфельд писал несколько лет тому назад следующее:
«Источники (внутриатомной) энергии, которые открылись бы внешнему миру (при разрушении атомов), представляют собою величины совсем иного порядка, нежели количества энергии, с которыми мы имеем дело при остальных физических и химических процессах. Внутренний мир атомов вообще совершенно замкнут от влияний внешнего мира. На него не оказывают действия условия температурного давления, господствующие извне. Он управляется законом вероятности, самопроизвольности, ни от чьего влияния не зависящего распада. Лишь в исключительных случаях приоткрывается дверь, ведущая из внутреннего мира во внешний. Появляющиеся при этом лучи служат вестниками из обычно закрытого пока для нас мира».
Первые сенсационные сообщения о том, что якобы удалось добиться разрушения атомов, вызывали лишь недоверчивые улыбки. Много сот лет непоколебимо стоявшие устои химии и физики, казалось, рушились пред натиском новых данных, открывавших перед наукой совершенно новое поле деятельности.
Все новые данные, говорящие о том, что атомы освобождают свою чудовищную энергию, что человеку из первичного строительного кирпича природы удастся создать новые вещества, все это сначала казалось совершенно немыслимым.
В одной из своих работ Эмо Дескович открывает интересные перспективы в области получения энергии путем разрушения атомов. Он указывает на то, что скорость эманации радия, иными словами — беспрерывно откалывающихся от радия частиц, позволяет им совершить путешествие вокруг экватора в 6 секунд. Где рекордные скорости наших снарядов? спрашивает Дескович. Здесь мы имеем скорость, в двадцать тысяч раз большую. Но величина живой силы растет пропорционально квадрату скорости. Эманация радия, скорость которой равна по величине скорости орудийного снаряда, способна была бы поэтому произвести в 400 млн раз большую работу. Что было бы, если бы эти силы можно было подчинить принципу полезной работы? Какой простор для изобретательной фантазии! Но не будем витать в облаках, останемся на почве реальных фактов. Чтобы получить возможность сравнения, нам, правда, в первую очередь придется обратиться к инструменту разрушения, а не к такому, который производит работу в тесном смысле этого слова. Работоспособность ружейной пули весом в 10 г достигает при выходе ее из ствола ружья приблизительно 300 кг-м. Это соответствует 4 л. с. Работоспособность пули весом в 1 г соответственно равнялась бы 30 кг-м или 0,4 л. с. В грамме эманации радия таится однако в 400 млн раз большая работоспособность, — в цифрах: 12 млрд кг-м или 160 млн л. с. Этой работы хватило бы, чтобы заставить пароход, снабженный машиной в 800 л. с. с грузом около 1 000 т, в течение 60 часов идти по воде со скоростью в 10 морских миль в час, — иными словами, перевезти 1 000 т груза — не считая веса самого парохода — на расстояние 600 морских миль или в круглых цифрах свыше 1 100 км. Такой пароход обычно потребляет за это время минимум 16 т угля.
В рамках рассматриваемой нами темы заслуживает внимания еще одна область, находящаяся в тесной связи с атомной теорией, именно теория относительности. Несколько странно, что эта теория до сих пор. нашла лишь очень слабое применение в технике, — более того, что наряду с теми, кто способен ее понять и усвоить, она со стороны других характеризуется как область, лишенная всякого значения для техники и энергетики. Из истории техники мы знаем, что успехи последней тесно связаны с прогрессом прикладного естествознания. Всякий раз, когда физика или химия обогащались новыми открытиями, можно было рассчитывать на открытие новых возможностей и в практической области и на повышение эффективности технических процессов. Усовершенствование автомобильного двигателя стало возможно лишь в тот момент, когда удалось добиться получения металлических сплавов, позволивших создать специальный сорт твердого железа. Число примеров легко может быть увеличено. Теория относительности, как будто очень далекая от практики, также чрезвычайно расширила наши познания. Как известно, физика с XIX века основывается на законе сохранения энергии и массы, впервые изложенной гейльброннским врачом Робертом Майером. Заслуга теории относительности в том именно и заключается, что она углубила понимание этих обоих принципов в степени, которая до того была невозможной. Ганс Доминик в статье «Грядущие проблемы техники» излагает этот вопрос следующим образом: «Теория относительности рассматривает оба физических понятия энергии и массы как проявления одной и той же основной причины, как явления, столь же одинаковые по существу, как, скажем, различные формы энергии, которые поэтому могут переходить одна в другую по закону определенных соотношений. Этот закон, связывающий энергию и массу, выражается простой формулой: Е = mc 2. В этой формуле Е означает энергию в килограммометрах, m — массу в килограммах и с — скорость света в метрах в секунду. Скорость света равняется 300 млн м в секунду, и эта скорость в формуле входит во второй степени. Таким образом получается множитель в 90 000 триллионов, на который умножают массу, чтобы подсчитать количество энергии, вновь возникающее при ее распаде и бесследном исчезновении из мироздания. Как известно, мы получаем массу какого-либо тела, деля его вес на поверхности земли на ускорение силы тяжести земного притяжения. В виду того, что соответствующая постоянная составляет 9,81 м в секунду, иначе говоря — тело весом в 9,81 кг обладает массой в 1 кг, такое тело при распаде дало бы 90 000 триллионов кг-м».
Далее Доминик приводит очень интересный пример из области угольного хозяйства: «Наши современные паровые машины расходуют на лошадиную силу-час 1 / 2 кг угля. Час работы лошадиной силы равен 3 600 X 75, или 270 000 кг-м. Килограмм угля дает двойное количество энергии, иначе говоря — 540000 кг-м. Если мы хотим, исходя из этих соображений, вычислить количество каменного угля, которое нам необходимо сжечь под нашим паровыми котлами, чтобы получить в форме технически полезной работы то же количество энергии, какое освобождается при атомном распаде килограмма массы, то нам нужно разделить 90 000 триллионов на 540000, в результате наших выкладок мы получаем 167 млрд кг, или 167 млн т каменного угля. Это количество каменного угля приблизительно соответствует годовой добыче каменного угля в Германии. Физическая теория открывает здесь перед нами ошеломляющие перспективы. Если бы нам было возможно превратить в ничто какой-нибудь камень в 10 кг весом, мы, согласно этой теории, получили бы количество энергии, на которое нам потребовалась бы вся наша (Германии) годовая добыча каменного угля».
Как указывалось уже в другой главе этой книги, в последние годы удавалось также с помощью лабораторных опытов посредством электронов искусственно получать аммиак. Смесь из водорода и азота подвергалась бомбардировке электронами, в связи с чем получалось их соединение в аммиак. Этот процесс представляется следующим образом: металлическую проволоку накаляют, пропуская по ней электрический ток, при этом из накаленной проволоки начинают выделяться электроны, т. е. атомы отрицательного электричества. У поверхности проволоки они испаряются, подобно водяным молекулам на поверхности кипящей воды.
Рис. 14. Аппарат Бух-Андерсена для получения искусственного аммиака из элементов. G — вольфрамовая нить накаливания, B 1 и B 2 — батареи, А — платинов. пластинки, М — манометр, Р — соединение с насосом, V — соединение с резервуаром газа.
На рисунке G изображает вольфрамовую нить, по которой проходит ток из батареи B 1, доводящий ее до каления. По обеим сторонам нити расположены платиновые пластинки А, соединенные с положительным полюсом батареи В 1, тогда как ее отрицательный полюс соединен с накаленной проволокой. Исходящие из G электроны, в виду того, что они заряжены отрицательно, притягиваются положительно заряженными пластинками. Поэтому они движутся со значительной быстротой, которую можно еще более увеличить, повысив напряжение между А и G. Оба электрода впаяны герметически в стеклянный сосуд, который у Р соединен с насосом и у V с резервуаром газа. Трубка М ведет к манометру (измерителю давления). В реакционную камеру впускают такое количество тщательно очищенных газов водорода и азота, чтобы давление в нем составляло несколько десятых миллиметра. Если теперь довести проволоку до каления, то давление несколько повышается, что объясняется нагреванием газовой массы и испарением газов из нагретых частей сосуда. Через короткое время давление в сосуде снова станет постоянным. Теперь полюсы батареи В 2 связываются с G и А, так что электроны, получив сильное ускорение, пронизывают газовую смесь. Давление падает, так как образуется аммиак. Если выключить батарею В 2, то прекращается падение давления, а значит и образование аммиака, причем при новом включении батареи имевший место процесс возобновляется. Для того чтобы можно было непосредственно убедиться в образовании аммиака, в углублении С помещается немного серной кислоты, которая соединяется с аммиаком в сернокислый аммоний. Автор приведенной интересной схемы опыта приходит в конце концов к выводу, что его метод, еще не испытанный в широком техническом масштабе, потребует для своего осуществления много времени и средств.
В тесной связи с разрушением атомов находится проблема судна для плавания в межпланетном пространстве. Действительно, в тот момент, когда физику и технику окончательно удастся разрешить вопрос разрушения атомов и сковать освобождающиеся при этом силы, не представит уже никаких затруднений с помощью этих сил послать в межпланетное пространство снаряд или межпланетное судно. Нелишне поэтому более подробно обсудить проблему преодоления межпланетных пространств, в частности полета на луну.
Идея отправиться в межпланетное пространство на воздушном судне или с помощью ракеты возникла уже очень давно. Римский сатирик Лукиан еще 2 000 лет тому назад написал историю Мениппа, который с помощью орлиных крыльев взлетел на луну, чтобы там посетить местопребывание богов. Первый, кто с естественно-научной точки зрения выдвинул вопрос о хотя бы теоретической возможности попасть на другие планеты, был Исаак Ньютон, который в своих лекциях доказывал, что с помощью ракетообразных машин возможно совершить полет в межпланетное пространство. Знаменитый астроном Кеплер также интересовался этой проблемой. Проживающий еще в настоящее время в Берлине изобретатель Герман Гансвинд, который уже в 80-х годах прошлого столетия указывал в своих докладах на практическую сторону полета в мировое пространство, был также первым, набросавшим модель такого судна. К сожалению, еще и посейчас он ждет осуществления своей идеи. 20 лет спустя вопросом воздушного судна для полета в межпланетное пространство заинтересовался в СССР Циолковский. В Вене в то же время Франц Гельфт изучал идею воздушного шара — ракеты и соленоидной электрической пушки. В 1900 г. конструкцией судна в виде ядра занимался также инженер Улинский в Линце. Жюль Верн, Оскар Гофман, Ляферт, Бруно Бюргель, Лясвиц в последние десятилетия своими фантастическими романами популяризовали идею полета на луну и планеты.
13 ноября 1925 г. в Вене под руководством астронома Гельфта на научной основе учреждено было Общество для изучения межпланетного пространства, которое намерено за исходный пункт своих работ принять исследования Годдарда и Оберта. В этом обществе предполагается собирать все теоретические доказательства возможности отправить из атмосферы земли снаряд в свободное межпланетное пространство с помощью соответствующей силы энергии. Само общество проектирует отправку кислородной ракеты, наполненной более или менее значительным количеством магния. Гельфт, основываясь на своих расчетах, полагает, что ракета при беспрерывном возрастании ее скорости через 49 часов достигнет темного диска луны и при своем падении посредством взрыва магния вызовет сильный световой эффект. Далее Гельфт полагает, что необходимая машина для отправки подобной ракеты может быть изготовлена за несколько тысяч марок. Сама ракета предполагается весом в 5 т. Защитник этой идеи в своем увлечении доходит до утверждения возможности заставить ракету обежать вокруг луны, везя с собою автоматически действующий киноаппарат, который заснимет все попадающее в поле его зрения. Ракета якобы сможет потом вернуться на землю и открыть человеческому взору с помощью заснятых фильм такие вещи, каких он, без сомнения, до сих пор еще никогда не видал. Ученый приходит к выводу, что потребуются еще многолетние исследования, прежде чем будет осуществлена идея судна для полетов в межпланетное пространство. Ученые, как берлинский проф. А. Маркузеи астроном Лейпцигской обсерватории Вебер, очень скептически относятся к самой идее такого судна.
В своей работе «Ракета к межпланетным пространствам» Оберт указывает начальный вес проектируемой им лунной ракеты в 300 000 кг. В виду того, что ракета ежесекундно увеличивает свою скорость на 30 км, уже через 6 минут после начала полета от этих 300 000 кг осталось бы всего лишь 9 000 кг, но тем самым однако ракета уже вышла бы из сферы земного притяжения. Оберт считает возможным достижение еще больших скоростей вплоть до скорости в 40 км в секунду. Разумеется, при этих огромных скоростях должно тратиться огромное количество горючего, расход которого предположительно должен достигать 3 000 кг в секунду.
Как мы видим, не так легко удачно выполнить этот эксперимент посредством известных нам в настоящее время взрывчатых веществ. Наши современные взрывчатые вещества, как порох и динамит, не дают возможности достигнуть необходимых скоростей, разве что пришлось бы затратить невероятные количества взрывчатых веществ для отправки ракеты и для начинки самой ракеты. Единственными средствами, дающими наивысший взрывчатый эффект при современном состоянии техники, были бы жидкий воздух и водород, которые способны развивать необычайную взрывчатую силу.
В конечном счете нам могло бы помочь разрушение атомов, и если бы у нас имелся в больших количествах радий, то проблема лунной ракеты была бы несомненно давно решена. Дело в том, что тогда наука наверное уже давно воспользовалась бы для целей межпланетного сообщения эманацией этих веществ. Кроме энергетического процесса, происходящего в радии в виде рассеиваемых им частиц, которые, как мы уже упоминали в другом месте, развивают чудовищную скорость, в современной физике существует еще один процесс распада, освобождающий огромную энергию. Если через пространство, наполненное разреженным воздухом, пропускать электрический ток высокого напряжения, то имеющиеся в вакууме остатки газа (гелий) будут распадаться. В результате этого процесса возникают маленькие атомы, которые обладают скоростью альфа-частиц радия. Так как наши технические средства не позволяют в настоящее время добывать радий в значительных количествах, то последний из указанных способов имеет шансы на применение при отправке снаряда в межпланетное пространство. Если бы удалось эти, получаемые посредством электрического тока, частицы добывать в достаточном количестве и использовать их в качестве взрывчатой силы, то уже не трудно было бы воплотить в действительность идею межпланетного полета.
Все это однако утопия, предположения более или менее теоретического характера, в области осуществления которых пока еще не достигнуто никаких реальных результатов. Возможно ли будет в 2000 г., или в еще более отдаленное время, переселяться на другую планету, если человеку надоест, наконец, эта «юдоль печали и слез» — кто знает? Несомненно, представление о том, что возможно будет когда-нибудь на комфортабельном судне отправляться в межпланетное пространство, к далеким звездам, и, быть может, там, среди других существ, найти себе новую родину — не более как мечта.
Резюмируя все вышеизложенное об обширной интересной области атомной науки, над которой работают многие ученые, приходишь к оптимистическому выводу, что мы в настоящее время уже так далеко проникли в сущность материи, что можно утверждать, что атом является бесконечно малым космосом, внутри которого живут бесконечные силы.
Вопрос о возможности в будущем наложить оковы на освобождающиеся при разрушении атомов силы подлежит дальнейшему изучению. Доминик полагает, что освобождающаяся атомная энергия или непосредственно может превращаться в механическое вращательное движение или же порождает электрический ток. По мнению Доминика вполне мыслимо колесо, которое состоит отчасти из железа, отчасти из другого вещества, не поддающегося атомному разрушению силами магнитного поля; такое колесо вращается в подобном переменном поле по принципу реактивной турбины. Переменное поле, для создания которого, разумеется, также необходимо затратить некоторое количество энергии, дает толчок началу процесса, подобно энергии, с помощью которой взводят курок ружья, освобождающего накопленную в патроне энергию.
В настоящее время мы еще не можем определенно и с полной уверенностью предсказать, в какой форме энергии проявится распад атомных связей; вероятно в форме новых лучей или токов, подобных тем, которые обнаружились некогда при открытии электричества. Уже английский физик Рамзай, открывший благородные газы, выдвинул вопрос, будут ли люди настолько мудры, чтобы разумно использовать новые источники энергии, когда они получат этот великий дар. Как бы то ни было, мы надеемся, что предстоящее открытие — величайшее, какое когда-либо было и будет сделано, — окажется благом для человечества.