Свет невидимого

Идея радиоактивных геологических часов проста и очевидна, как просты и очевидны все большие идеи. Имеется какой-либо минерал, в состав которого входит радиоактивный элемент. С течением времени радиоактивного элемента в минерале становится все меньше, а продуктов распада — все больше. Скорость радиоактивного распада — величина постоянная. Если известен период полураспада радиоактивного элемента (а для большинства естественных радиоактивных элементов эта характеристика определена с достаточной точностью), то соотношение между радиоактивным элементом и продуктами его распада с исчерпывающей определенностью укажет на возраст минерала.

Идея проста и очевидна, но тем не менее определение на практике возраста минерала или горной породы — дело не такое уж легкое и безмятежное. Прежде всего необходимо провести тщательный химический анализ минерала (за это берутся, конечно, химики). Затем приступают к определению изотопного состава элементов, по которым находится возраст породы (решение этой задачи поручается физикам). При всем этом надо быть уверенным, что продукты распада радиоактивного элемента не выветрились, не вымылись либо улетучились из минерала, да и сам исходный радиоактивный их предок остался в неприкосновенности (за исключением, разумеется, той доли, которая успела распасться) — эти гарантии обязаны доставить геологи.

Итак, лаборатория, где устанавливают абсолютный возраст минерала или горной породы — обширное объединение представителей различных наук.

«Сконструировано» несколько типов радиоактивных часов. Самые распространенные и удобные — ураново-свинцовые. Химики научились с большой точностью определять содержание урана и свинца в породах, а это гарантия точности «хода» часов.

Удобны и часы, основанные на определении содержания в минералах инертного газа гелия, выделяющегося при распаде почти всех тяжелых радиоактивных элементов. Правда, при определении возраста минералов по гелиевому методу следует заручиться доказательствами того, что в исследуемом образце сохранился весь гелий, образовавшийся при распаде, и даже самая малая часть его не улетучилась. Впрочем, такие доказательства получить в общем несложно.

Спектральный анализ далеких звезд, прямое изучение метеоритов, пород Луны, Венеры, Марса — все это позволяет представить достаточно полную картину распространенности элементов во Вселенной.

Абсолютный чемпион Вселенной по распространенности — водород. Его во Вселенной больше, во много раз больше, чем всех остальных элементов вместе взятых.

Второй в Периодической системе, гелий, — второй и по распространенности во Вселенной. Но его уже гораздо меньше, чем водорода — почти вдесятеро.

У нас на Земле картина несколько иная. В земной коре — оболочке, включающей пару десятков километров земной тверди, гидросферу (океаны, моря, реки, озера) и атмосферу — чемпион по распространенности — кислород, а «серебряный призер» — кремний. Если же брать всю планету в целом, с ее глубинными слоями и ядром, то на первое место по распространенности уверенно выходит железо, а кислород на пьедестале занимает только вторую ступеньку.

У наших небесных соседей — Луны, Венеры, Марса — картина в общих чертах такая же, как и на Земле. Быть может, только водорода меньше, потому что водой богата, похоже, только Земля.

Но в общем, то ли на далеких звездах, то ли на близких планетах, то ли на нашей родимой Земле — всюду прослеживается одна универсальная закономерность: распространенность элемента тем меньше, чем больше его порядковый номер в Периодической системе Д. И. Менделеева.

Тут, впрочем, следует сделать одну существенную оговорку — правильнее говорить не о распространенности элемента вообще, а каждого из составляющих его изотопов. Потому что как, к примеру, ни много на нашей планете кислорода, но это практически всё кислород-16, а изотопа кислорода с атомной массой 17 на нашей планете немногим больше, чем золота.

Исследования показали, что во Вселенной решительно преобладают изотопы, атомная масса которых кратна четырем, то есть делится на 4 без остатка. Не стоит обращаться к руководству «Правила делимости», чтобы уразуметь тягу природы к атомным массам, кратным четырем. Дело здесь не в арифметике, а в физике: атомные ядра изотопов с атомными массами, кратным четырем, как правило, построены из целого числа альфа-частиц — очень дружного и крепко спаянного квартета из двух протонов и двух нейтронов — из целого числа, без всяких довесков из нейтронов. А такие ядра особенно устойчивы. Вот почему природа предпочитает их иным, менее прочным (менее энергетически выгодным) ^[9].

Разговор о распространенности элементов во Вселенной затеян здесь, на страницах книги о радиоактивности, не случайно. Потому что нам в высшей степени важно понять, почему химические элементы встречаются в природе так неравномерно; почему одних элементов много, а других мало; почему много именно одних и почему мало именно этих других; почему соотношение между различными элементами именно такое, а не какое-нибудь другое. А понять все это можно, только познав законы превращения одних элементов в другие, законы радиоактивности.

Говорят, что однажды гениального астронома и математика Лапласа спросили:

— Как вы создаете выдающиеся теории?

— Очень просто, — усмехнулся ученый. — Записываю первую пришедшую мне в голову мысль, а затем опровергаю ее по частям.

(Рассказывают также, что задавший этот вопрос любознательный обыватель, услышав ответ Лапласа, страшно обрадовался и побежал домой записывать первую пришедшую ему в голову мысль с тем, чтобы затем «опровергать ее по частям». Вот как просто создавать научные теории! Но сколько бедняга ни сидел, кроме фразы: «Сегодня за обедом было чудное жаркое!» — ничего придумать не мог. А опровергнуть эту мысль даже по частям было трудно, потому что кухарка у незадачливого претендента в Лапласы действительно была хорошей.)

Шутка шуткой, но в научном творчестве очень важна бывает первая, пусть даже не всегда верная, предпосылка. Не беда! Постепенно накапливая подробности, сопоставляя факты, отбрасывая неверное и примиряя противоречия, ученый в конце концов выведет теорию на правильную дорогу.

Так вот, когда заходила речь о том, почему светит и греет Солнце, ученые не могли воспользоваться советом Лапласа! И прежде всего потому, что тут никакие мысли не возникали. Никакие!

Уже в середине прошлого века в науке прочно утвердился закон сохранения энергии. Каждому ученому-естественнику было ясно, что энергия не может возникать из ничего и не может исчезать бесследно. Оставались еще идеалисты-путаники, которые никак не могли примириться с тем, что это и есть самый главный, всеобщий закон природы. Всюду им мерещились нарушения этого закона. Но с этими горе-учеными окончательно разделался Владимир Ильич Ленин еще в начале нашего века.

Представьте себе ученого, скажем, прошлого века. Он отлично понимает, что Солнце — колоссальнейший источник энергии. Но откуда эта энергия берется?

Предположить, что на Солнце идет непрекращающаяся реакция горения, то есть соединения углерода с кислородом? Нет, такая бредовая идея не посетит даже последнего неуча. Ясно, если бы Солнце целиком состояло из лучших березовых дров или нефти высшей кондиции, если бы там даже имелся в избытке кислород (хотя чего там нет в сколько-нибудь заметных количествах, так именно этого элемента; да и других элементов, за исключением водорода и гелия, на Солнце, можно считать, нет вовсе), даже тогда, учитывая массу нашего светила, можно было бы подсчитать, что Солнце горело бы 100 тысяч лет, ну, миллион.