Но с другой стороны, не совсем так, потому что перед взошедшим на гору расширяется горизонт. Линия, отграничивающая то, что мы видим, от того, чего мы не видим, стала много длинней. И за каждой точкой этой границы есть неизвестное.
С вершины открытого Менделеевым закона мир элементов был как на ладони.
Но почему он такой, этот мир?
Почему он начинается с водорода? Почему нет элемента легче? Или он еще не открыт?
Почему он кончается ураном? Почему нет элемента тяжелое, или его тоже еще не открыли?
Наконец, самый главный вопрос. Как образовались атомы разного сорта, если атомы не могут превращаться друг в друга, если они неделимы и вечны?
Новые вопросы означали конец целой эпохи в познании природы вещей. Однако новая эпоха еще не наступила. Невозможность превращения одних элементов в другие в ходе химических реакций была многократно доказана, а никаких иных реакции люди еще не знали.
Часть четвертаяОТРИЦАНИЕ ОТРИЦАНИЯ
Глава первая,в которой Крукс и Томсон обнаруживают частицы, более мелкие, чем атомы
Алхимики "читали, что подобное соединяется с подобным. И если сера соединяется с ртутью, то потому, что между ними есть какое-то сродство. Однако Роберт Бойль в своем "Химике-скептике" утверждал обратное — лучше всего соединяются как раз противоположные по своим свойствам вещества. Ведь всем известно, как жадно соединяются кислоты со щелочами!
Эта идея Бойля получила подтверждение в XVIII веке, когда Гальвани и Вольта научились делать батареи. Если в банку с раствором поваренной соли опускали два угольных стержня и подключали их к полюсам гальванического элемента, то на стержне, который был подключен к отрицательному полюсу, всегда выделялся натрий, а на стержне, подключенном к положительному, всегда выделялся хлор.
Когда научились разлагать электрическим током воду, получилась такая же картина: на отрицательном электроде непременно был водород, а на положительном — кислород.
Химики пытались понять, отчего одни элементы выделяются только на отрицательном электроде, а другие на положительном. Уже давно было известно, что одноименно заряженные тела отталкиваются, а тела, имеющие разноименные заряды, притягиваются. Поэтому Берцелиус в начале XIX века объяснил поведение элементов при электролизе так… Раз водород притягивается к катоду — отрицательно заряженному электроду, — значит, сам водород заряжен положительно. А кислород, который притягивается к положительно заряженному аноду, заряжен отрицательно.
Все элементы он разделил на электроположительные и электроотрицательные. Положительные — те, что выделяются на отрицательном электроде. Отрицательные — те, что выделяются на положительном.
А соединение одних элементов с другими Берцелиус объяснял следующим образом. Положительный водород притягивается к отрицательному кислороду, и получается вода. Положительный натрий притягивается к отрицательному хлору, и получается поваренная соль.
Это объяснение представлялось вполне логичным. Но вот однажды знаменитый в те времена французский химик Жан Батист Андре Дюма был приглашен на королевский бал.
Химик Дюма был к тому же сенатором и президентом Парижского муниципалитета, поэтому в королевском дворце ему приходилось бывать не так уж редко. Но на этот раз, едва успев войти и скинуть на руки лакею пальто, Дюма почувствовал в воздухе королевского дворца что-то необычное. Чем-то он напоминал воздух его собственной лаборатории.
Машинально взглянув в огромное зеркало и одернув полы парадного мундира, Дюма потянул носом и удивленно покачал головой: откуда это во дворце короля взялась соляная кислота?
Он поспешил наверх, в зал. Запах кислоты чувствовался там: еще сильнее. Многие дамы принимали к глазам тончайшие платочки.
Дюма с подозрением оглядывался вокруг и наконец догадался: свечи! Ослепительно белые восковые свечи издавали удушливый запах.
Всю следующую неделю Дюма вместе со своими ассистентами корпел в лаборатории, пытаясь установить, что произошло со свечами.
И установил: многие атомы водорода в молекуле воска заменились атомами хлора, которым отбеливали воск. Когда свечи горели, хлор выделялся, тут же соединялся с атомами водорода — во влажном воздухе они есть всегда — и получался хлористый водород, который растворялся во влаге воздуха и превращался в едкую соляную кислоту.
Эта история имела последствия не только для фабриканта, поставлявшего во дворец свечи — ему было отказано от двора, но и для теории Берцелиуса, согласно которой электроположительный водород никоим образом не мог быть замещен в воске электроотрицательным хлором.
Деление элементов на положительные и отрицательные оказалось ошибочным. Со временем установили, что сам по себе любой атом электрически нейтрален и лишь в растворе или под влиянием других внешних воздействий может превращаться в электрически заряженный ион, на который и воздействует электрический ток. (Ион в переводе с греческого означает идущее, движущееся, это причастие настоящего времени от глагола эйми — идти.) Но связь между атомами и электричеством, между соединением и разложением разных веществ и притяжением и отталкиванием электрических зарядов была нащупана Берцелиусом правильно.
В тридцатых годах XIX века великий английский физик и химик Майкл Фарадей сумел измерить самую маленькую порцию электричества, необходимую для переноса иона натрия к катоду. Она оказалась в пятьсот миллиардов раз меньше одного кулона. А ведь и сам кулон тоже не очень велик — это количество электричества, способное выделить из раствора азотнокислого серебра 0,001118 грамма драгоценного металла.
Самое занятное заключалось в том, что одинаковая порция электричества была связана и с одним ионом водорода, и с одним ионом натрия, и вообще — с одним ионом любого одновалентного элемента. Но почему это так, поняли позже.
Майкл Фарадей, первым обнаруживший наименьшую порцию электричества, первым обнаружил и свойство газов пропускать электрический ток.
А его современник немецкий математик и физик Юлиус Плюккер изобрел газосветную трубку.
Он брал обыкновенную стеклянную трубку, наполнял ее каким-нибудь газом, потом часть газа откачивал, а оба конца заваривал вместе с платиновыми проволочками. Теперь стоило подвести к этим проволочкам, кончики которых торчали снаружи, электрический ток — и вся трубка начинала светиться!
После смерти Плюккера опытами с газосветными трубками увлекся английский ученый Уильям Крукс. Между прочим, ото он открыл с помощью спектроскопа элемент таллий с ярко-зеленой полоской в спектре.
Первое, что сделал Крукс — это попытался создать в трубке еще большее разрежение. И ему сразу же повезло: он увидел, как вблизи катода появилось темное пространство, которое постепенно заполнило всю трубку. И когда оно достигло противоположного конца, анод вдруг засветился зеленоватым светом.
Стоит отметить этот 1878 год — год рождения электроннолучевой трубки, самой главной части наших телевизоров.
Однако до телевизоров было еще далеко… А пока что Крукс поместил трубку между полюсами магнита. И тогда анод перестал светиться, и светящееся пятнышко перескочило на стекло, отклонившись по направлению к положительному полюсу магнита.
Это могло значить только одно: от катода несутся по трубке невидимые лучи, представляющие собою отрицательное электричество!
Крукс продолжал опыты и через некоторое время узнал о катодных лучах уже немало. Они распространялись прямолинейно, как солнечный свет. Они не только заставляли многие тела светиться, но некоторые могли даже расплавить. Они способны были проникать сквозь непрозрачные твердые тела. В воздухе они проходили путь в семь сантиметров.
Так не вели себя никакие известные виды лучей или вещества. И Крукс понял, что обнаружил новый вид материи.
Почему появляется темное пространства, когда газ в трубке становится более разреженным?
Да потому, что теперь частицам лучистой материи приходится пролетать некоторое расстояние, прежде чем они столкнутся с каким-нибудь атомом газа и заставят его светиться. Чем больше разрежение, тем дольше полет частиц до встречи с атомами.
Что это за частицы?
Во всяком случае, не атомы, а что-то гораздо более мелкое…
Скоро студентов будут привозить к нам в детских колясках!" — сказал президент Манчестерского Оуэнс-колледжа, узнав о приеме в университет четырнадцатилетнего Джозефа Джона Томсона. И тут же распорядился не принимать таких малолетних в университетские колледжи.
Однако Томсон с первого же курса стал забирать все стипендии, присуждаемые за лучшие успехи в науках.
Когда ему было 19 лет, его первую работу опубликовали в "Трудах Королевского общества". Когда ему было 24 года, он, блестяще выдержав экзамены на бакалавра, появился в Кавендишской лаборатории. Когда ому было 28 лет, один кембриджский старожил заметил:
— Критические времена наступают в университете, если мальчики делаются профессорами!
Двадцативосьмилетный Томсон был назначен преемником лорда Релея и возглавил Кавендншскую лабораторию — крупнейший в миро центр физической науки.
Томсон много занимался электрическим током. У него не было сомнений в том, что в газах, как и в жидкостях, заряды переносятся ионами. Но откуда они берутся в газах? Что превращает в ионы обычные нейтральные атомы азота пли кислорода? Очевидно, напряжение, подведенное к платиновым проволочкам — электродам трубки…
Отклоняя полет ионов в трубке магнитом, Томсон заметил, что чем больше заряд иона и чем меньше ого масса, тем сильнее отклоняется он от прямолинейного направления полета.
Сильней всего отклонялся магнитом ион водорода. Естественно — ведь его атомный вес в четыре раза меньше, чем у ближайшего к