Исчезающая ложка

Со свойственным ему талантом Резерфорд рассказал о связи между альфа-частицами и гелием в своей нобелевской речи, прочитанной в 1908 году. Резерфорд не только получил премию сам, но и подготовил еще одиннадцать нобелевских лауреатов, последний из которых был удостоен этой награды в 1978 году, более чем через сорок лет после смерти Резерфорда. Вероятно, это был самый плодовитый отец со времен Чингисхана, который жил семью столетиями ранее и, по легенде, являлся отцом нескольких сотен детей. Открытия Резерфорда опьянили весь нобелевский бомонд. Тем не менее самое непосредственное и прикладное применение исследований Резерфорда, связанных с гелием, вероятно, ускользнуло от многих, кто присутствовал тогда в Стокгольме. Резерфорд, будучи непревзойденным экспериментатором, понимал, что по-настоящему великие исследования не просто подкрепляют или опровергают ту или иную теорию, а дают толчок новым опытам. В частности, эксперимент с альфа-гелием позволил Резерфорду стряхнуть вековую пыль с древнего научно-теологического спора о возрасте Земли.

Первая условно аргументированная оценка возраста Земли была сделана в 1650 году, когда ирландский архиепископ Джеймс Ашшер вывел его по библейским «данным» – в частности, из родословной патриархов («…и Серух жил тридцать лет, и родил Нахора… и Нахор жил двадцать девять лет и родил Тераха…» и т. д.). В результате он вычислил, что Господь создал Землю 23 октября 4004 года до н. э. Ашшер сделал наиболее точную оценку, которую можно было получить при помощи этих данных, но прошли считаные десятилетия, и практически все научные дисциплины доказали смехотворность такого результата. Физики даже смогли подкрепить свои догадки точными числами, воспользовавшись термодинамическими уравнениями. Все мы знаем, что горячий кофе остывает в морозильнике. Ученые знают, что Земля также постоянно теряет тепло, излучая его в абсолютно холодное космическое пространство. Измерив скорость потери тепла и экстраполировав эти данные в прошлое – до того момента, когда все земные породы были расплавленными, можно примерно определить дату возникновения Земли. Величайший ученый XIX века, Уильям Томсон, более известный как лорд Кельвин, потратил несколько десятилетий на решение этой проблемы и в конце XIX века объявил, что возраст Земли составляет 20 миллионов лет.

Это был триумф человеческого разума, но полученный Кельвином результат был практически так же безнадежно неверен, как и цифра Ашшера. К 1900 году Резерфорд, в частности, уже сознавал, что физика, считавшаяся в те годы значительно более престижной и светской, чем все другие науки, в данном случае дает явно ошибочную оценку. Кстати, Резерфорд однажды заявил: «В науке существует только физика; все остальное – коллекционирование марок». По иронии судьбы, в 1908 году он получил Нобелевскую премию не по физике, а по химии. Действительно, Чарльз Дарвин горячо отстаивал точку зрения о том, что человек не мог развиться из примитивной бактерии за какие-то 20 миллионов лет, а последователи шотландского геолога Джеймса Хаттона утверждали, что горы и каньоны также не могли образоваться за столь краткое время. Но никто не мог опровергнуть грандиозные вычисления лорда Кельвина до тех пор, пока Резерфорд не начал экспериментировать с образцами урановых пород и с пузырьками гелия.

Содержащиеся в некоторых горных породах атомы урана испускают альфа-частицы (в каждой из которых содержится по два протона) и превращаются в торий – элемент № 90. Затем атом тория испускает еще одну альфа-частицу, превращаясь в радон. После этого по такому же принципу радон рождает радий, радий рождает полоний, а полоний рождает стабильный свинец. Такая цепь последовательных распадов была широко известна. Но Резерфорд, как и Глазер впоследствии, испытал научное озарение и понял, что эти альфа-частицы скапливаются в горных породах, образуя пузырьки гелия. Затем Резерфорд уловил еще более важный факт: ведь гелий никогда не реагирует с другими элементами и не образует с ними какие-либо связи. Поэтому, в отличие от углекислого газа в составе известняка, гелия в горных породах быть не должно, и весь гелий, содержащийся в горных породах, появился там в результате радиоактивного распада. Если в породе много гелия, то она очень старая, если небольшие количества – сравнительно молодая.