Наука Плоского Мира

Согласно Менделееву, элементы делятся на группы, члены которых разделены упомянутыми периодами, причем в каждой группе систематически проявляются сходства физических и химических свойств. Эти свойства повторяются настолько регулярно, что просматривая элементы одной группы можно обнаружить отчетливые, хотя и не абсолютно точные, числовые закономерности. Особенно хорошие результаты получаются, если предположить, что некоторые элементы еще не известные (это те самые пустые ячейки). К тому же сходства элементов группы позволяют предсказывать свойства неизвестных элементов до того, как они будут открыты. Если эти предсказания окажутся верными — вы достигли цели. Небольшие изменения в систему Менделеева вносятся до сих пор, но ее главные свойства остаются неизменными. Сейчас мы называем ее Периодической системой элементов.

Теперь мы знаем, что лежит в основе закономерности, открытой Менделеевым. Происходит это из-за того, что атомы на самом деле вовсе не такие неделимые, как считали Демокрит и Бойль. Действительно, их нельзя расщепить химическим путем — с помощью реакции в пробирке. Но зато это можно сделать с помощью особого физического (а не химического) процесса и подходящего оборудования. Эти «ядерные реакции» требуют значительно больших затрат энергии — в расчете на один атом — чем необходимо для химических реакций. Поэтому средневековые алхимики так и не смогли превратить свинец в золото. В наше время это возможно, однако стоимость оборудования будет колоссальной, а количество полученного таким путем золота — микроскопическим. В результате ученые были бы похожи на алхимиков Плоского Мира, которые сумели только найти способ превратить золото в меньшее количество золота.

Благодаря усилиям физиков, мы знаем, что атомы состоят из других, более мелких частиц. Сначала были известны только три таких частицы: нейтрон, протон и электрон. Массы протона и нейтрона примерно равны, в то время как масса электрона намного меньше. Нейтрон не имеет электрического заряда, протон заряжен положительно, а электрон несет отрицательный заряд, в точности соответствующий заряду протона. Атомы в целом не заряжены, поэтому количество протонов и электронов в них одинаково. На нейтроны же такое ограничение не распространяется. Приблизительный атомный вес элемента можно вычислить как сумму количества протонов и нейтронов — например, в атоме кислорода и тех, и других восемь штук, поэтому его атомный вес составляет 8 + 8 = 16.

По человеческим меркам атомы чрезвычайно малы — например, диаметр атома свинца составляет примерно 100 миллионных долей дюйма (250 миллионных сантиметра). Однако составляющие их частицы существенно меньше. Наблюдая за соударениями атомов, физики пришли к выводу, что протоны и нейтроны занимают крошечную область в центре — так называемое ядро — в то время как электроны, в сравнении с ними, занимают значительно большее пространство. В течение некоторого времени атом изображали в виде миниатюрной солнечной системы, в которой ядро играет роль Солнца, а электроны кружатся по орбитам, подобно планетам. Но эта модель себя не оправдала, ведь электрон — это движущийся заряд, который в соответствии с законами классической физики должен излучать энергию. В результате подобная модель предсказывала, что в течение доли секунды электрон должен потерять всю энергию и упасть на ядро. Физика, построенная на великих открытиях Ньютона, не в состоянии объяснить атом, построенный в виде солнечной системы. Тем не менее, планетарная модель все еще остается массовым заблуждением, «ложью для детей», которая автоматически всплывает в сознании. Она впитала в себя столько рассказия, что избавиться от нее уже невозможно.

После долгих споров, физики, изучавшие материю в микроскопических масштабах, решили сохранить планетарную модель, но отказаться от Ньютоновской физики, заменив ее квантовой теорией. Как ни странно, даже такая планетарная модель работала не совсем правильно, но она смогла продержаться достаточно, чтобы дать развиться квантовой теории. В соответствии с квантовой механикой, протоны, нейтроны и электроны, из которых состоит атом, вообще не имеют точного местоположения — они в некотором роде размазаны по пространству. Однако можно определить степень размазывания — и тогда оказывается, что протоны и нейтроны сосредоточены в крошечной области вблизи центра, а электроны распределены по всему атому.