Ксения Анатольевна Капустинская
Анри Беккерель
ПРЕДИСЛОВИЕ
В конце прошлого столетия было открыто явление, которое потрясло научный мир, – явление радиоактивности. Теперь с него снят покров таинственности, и даже школьники знают о его природе куда больше, чем смели догадываться величайшие ученые того времени. Однако радиоактивность заключает в себе еще столько различных загадок, что исследователей ждут многие неожиданности. И если сейчас, почти за семидесятилетнее существование, радиоактивность не исчерпала всех своих возможностей, то можно (представить себе, какими заманчивыми перспективами обладала она в самом начале своей жизни!
До 1896 года – а это был год рождения радиоактивности – физика представлялась уже почти лишенной тайн. Казалось бы, в этом убеждали крупные успехи в в области механики, оптики, теплоты и электродинамики. Но пытливая человеческая мысль, обратившись к изучению микромира, натолкнулась на множество загадок, решить которые предстояло ученым. И мир был буквально ошеломлен потоком открытий, опешивших заявить о себе. Открытие рентгеновских лучей, радиоактивности, электронов, квантов энергии, распространение законов термодинамики на электромагнитное излучение, наконец, создание теории относительности – вот гениальные ответы ученых на загадки Природы.
Все это вызвало гигантскую революцию в естествознании вообще и в физике в частности, начавшуюся на рубеже XIX и XX веков. Классическая физика XIX века с ее убежденностью в неделимости атома и по сути дела механистическими взглядами ушла в прошлое, уступив место новым теориям.
На пути радиоактивности есть свои замечательные вехи: это прежде всего открытие самого явления радиоактивности, открытие радия, альфа- и бета-частиц, изотопов, создание теории радиоактивного распада атомов.
За каждым из этих открытий стоят живые, упорно работающие, колеблющиеся между утверждением и сомнением, заблуждающиеся и находящие путь к истине ученые – Анри Беккерель, Мария и Пьер Кюри, Эрнест Резерфорд и многие другие, имена которых человечество всегда будет вспоминать с благодарностью.
Эта книга расскажет об одном из величайших достижений науки – открытии радиоактивности и о человеке, сумевшем найти это навое в «неразгаданном и неведомом океане истины» – замечательном французом физике Анри Беккереле.
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ЖИЗНЬ АНРИ БЕККЕРЕЛЯ
В одном из живописных уголков Парижа, среди зеленых массивов Жардэн де Плант затерялся маленький домик Кювье, принадлежащий Национальному музею естественной истории.
Дом этот по праву вошел в историю науки: здесь жил и работал великий французский естествоиспытатель Кювье; здесь прошла жизнь двух поколений знаменитой семьи Беккерелей и началась жизнь третьего, прибавившего «новые лучи ik славе этой династии», – 15 декабря 1852 года в семье Беккерелей родился сын Анри. Именно здесь Анри Беккерелю суждено было сделать бессмертное открытие. Через сорок четыре года на фасаде старого дома, чуть пониже бюста Кювье, появилась лаконичная надпись: «В лаборатории прикладной физики Музея Анри Беккерель открыл радиоактивность 1 марта 1896 г.».
Семья Беккерелей была действительно знаменита: четыре ее поколения посвятили себя физике. С этой фамилией связаны многочисленные физические исследования прошлого века.
Родоначальником этой славной династии был дед Антуан Сезар Беккерель – профессор, член Парижской академии паук. За свою девяностолетнюю жизнь Антуан Сезар Беккерель выполнил большое количество работ в разных областях физики. Он,первый из Беккерелей заинтересовался фосфоресценцией, в частности ее зависимостью от электрических разрядов. В дальнейшем у Беккерелей сохранился интерес к фосфоресценции и, образно говоря, передавался по наследству, став своеобразной традицией.
Летом 1835 года в Венеции Антуан Сезар Беккерель наблюдал сказочную по красоте фосфоресценцию Адриатического моря. С этого момента он увлекся этой проблемой, содержащей в себе еще не разгаданную тайну Природы. И он не мог предполагать, конечно, что его первые труды будут началом той «фосфоресцирующей тропы», которая через полстолетия приведет его внука Анри Беккереля к открытию радиоактивности.
Научные интересы Антуана Сезара Беккереля, как и всякого крупного ученого, были весьма разносторонние минералогия, вопросы пьезоэлектричества, метеорология. Как физик он смог сделать интересные выводы относительно влияния лесоводства на количество осадков.
В 1823 году Антуан Сезар Беккерель работал над термоэлектричеством и определением электродвижущей силы в гальваническом столбе. Будучи сторонником химической теории электричества, он выступил против Вольта и Дэви. Спустя два года он провел опыты по сравнению электропроводности различных металлов и сконструировал первый дифференциальный гальванометр. В 1829 году Антуан Сезар Беккерель определил константу гальванической батареи, по-видимому, на 9 лет опередив в этом отношении Даниеля. Эта константа объясняла зависимость мощности гальванического элемента от величины осадка на пластинах. Антуан Сезар Беккерель указал практические пути устранения подобных осадков.
Это были годы интересных электрохимических исследований ученого. В 1846 году он сконструировал первый серебряный хлоридный элемент; в следующем году он изобрел электромагнитные весы для измерения электрического тока. В 1850 году Антуан Сезар Беккерель работал в области электрометаллургии, изучая месторождения многих металлов и условия, в которых они образовывались; его особенно интересовали месторождения никеля и кобальта. В течение 40 лет он работал в области приложения электричества к самым разнообразным разделам естествознания, в том числе и к агрономии.
Антуан Сезар Беккерель работал до самых последних дней жизни. Он умер в январе 1878 года, а всего несколькими месяцами ранее, в возрасте 90 лет, он опубликовал свою последнюю работу по электрокапиллярноста.
Не менее плодотворным оказался научный путь его сына Александра Эдмонда Беккереля – отца Анри Беккереля. Александр Эдмонд Беккерель был профессором физики и руководителем Национального музея естественной истории. Уже в возрасте 18 лет он становится ассистентом своего отца и вместе с ним начинает работать в области фосфоресценции. Одновременно он занимается вопросами фотографии – каждому специалисту хорошо известен так называемый эффект Беккереля.
В 1843 году Эдмонд Беккерель делает жидкостный реостат для измерения электропроводности жидкостей. В 1853 году он исследует электропроводность раскаленных газов и измеряет температуру топки фотометрическим способом, доказав, что она оказалась не такой высокой, как предполагалось. Эдмонду Беккерелю принадлежат также многочисленные исследования в области атмосферного электричества и инфракрасных лучей.
Однако всю жизнь ученый оставался верен своему основному интересу – фосфоресценции. В 1857 году он описал приготовление многих фосфоресцирующих веществ и определил предназначенные для возбуждения каждого из них области спектра.
Он проделал опыты по возбуждению фосфоресценции с помощью индукционной катушки и первый создал фосфороскоп – прибор для наблюдения кратковременных процессов свечения. В 1869 году Эдмонд Беккерель опубликовал сводную работу по фосфоресценции, названную «Свет, его причины и действия». В книге обобщается опыт предыдущих исследователей фосфоресценции и приводится много новых мыслей и результатов наблюдений в этой интересной области физики. Недаром труд этот явился настольной книгой Анри Беккереля при работе с фосфоресцирующими веществами.
Эдмонду Беккерелю удалось установить ряд закономерностей: законы затухания фосфоресцирующего излучения со временем, зависимость интенсивности от температуры, независимость спектра фосфоресценции от спектра облучателя. В 1872 году он начал исследовать фосфоресцирующие свойства урана и уже в этих работах ему начал помогать сын Анри.
Эта небольшая летопись научной династии Беккерелей показывает ту преемственность в научных исследованиях семьи, о которой всегда говорил Анри Беккерель. Работы по фосфоресценции проходят через жизнь трех поколений Беккерелей. Вряд ли в истории науки есть еще пример такой последовательности и верности одной проблеме, как это было у Беккерелей.
Большое количество фактов и наблюдений, ценная коллекция фосфоресцирующих минералов, полученных Анри Беккерелем от деда и отца, в значительной степени помогли ученому прийти к вершине его научного творчества – к открытию радиоактивности.
Научное наследие, полученное Анри Беккерелем, сыграло свою роль. Но, быть может, еще большее значение имела та неуловимая атмосфера научного поиска, которая окружала его с раннего детства. Мальчик рос в семье крупных физиков, увлеченность которых исследованиями проявлялась, конечно, во всем и не могла не оказать влияния на формирование интеллекта Анри.
В скромном домике Кювье была настоящая физическая лаборатория. Ее основал его дед, который стремился применить чистую физику к изучению естественных наук. Сюда часто приходил Анри и с восхищением наблюдал за опытами отца – а они ему казались удивительными: фосфоресценция, усиливающаяся от небольшой искры индукционной катушки, таинственный фосфороскоп, с которым в будущем ему пришлось работать… Это было увлекательнее даже книг, которые ему читал дед, ведь здесь он лицом к лицу сталкивался с чудесами непознанного еще мира, одну из тайн которого он разгадал именно в этой маленькой лаборатории спустя тридцать с лишним лет.
Антуан Сезар Беккерель имел неограниченное влияние на внука, в воспитании которого он играл активную роль. Он знал, что Анри не обладает исключительными способностями, но в нем было нечто, что безошибочно угадывал Антуан Сезар Беккерель и что давало ему возможность говорить о внуке: «Он далеко пойдет». Это были, видимо, и неистребимая жажда знаний, отличавшая Анри с детства, и редкий дар истинного исследователя, оказывающийся порой в мелочах, но обещавший потом из этих драгоценных зерен дать ростки истинного таланта…