Неоконченная история искусственных алмазов

Итак, исследовательская группа, в которую входил Лейпунский, занималась изучением действия высокого давления на различные вещества и имела в своем распоряжении оборудование, на котором можно было доводить давление до 20000 атм при 2000° — весьма солидные по тем временам величины. Разве не самым естественным было бы попытаться использовать, это обстоятельство для изготовления алмаза? Наверное, нет. Им казалось, что правильнее было бы начать дело с другой стороны — с расчетов.

И вот, взявшись за эту работу, Овсей Ильич Лейпунский «вычислил» алмяз…

Он начал с того, с чего начинает каждый берущийся за новое дело, — с анализа всего, что было к тому времени сделано десятками, если не сотнями его предшественников.

Среди многих твердо установленных фактов, относящихся к делу, один был более всего огорчителен для изготовителей алмазов: при сгорании 1 г графита выделяется меньше тепла, чем при сгорании 1 г алмаза. Это значит, что на создание 1 г графита израсходовано природой меньше энергии, чем на создание 1 г алмаза. А это, в свою очередь, значит, что беспорядочному сонму углеродных атомов, разгоняемых энергией тепла, гораздо проще сложиться в графит, чем построиться в алмаз.

В любой точке пирамиды, горы или лестницы любой предмет менее устойчив, чем внизу, у основания, потому чт6 только внизу ему уже некуда деться, из любого же другого места он готов скатиться. Или, на языке физики: чем выше поднято тело, тем большая потенциальная энергия запасена в нем. Оно может лежать на пятом этаже как угодно долго, но раз вы единожды его туда затащили, то как только вы уберете то, что это тело удерживает, — в данном случае балки перекрытия и настил пола — оно немедленно само по себе окажется на следующем энергетическом уровне — на четвертом этаже… И так далее. Если убрать все преграды сразу, то названное тело не медля возвратится в свое первоначальное положение — туда, откуда оно было поднято, может быть, лет пять — десять назад, если это был, к примеру, старинный бабушкин рояль. Причем возвратится самопроизвольно: запасенная потенциальная энергия не убывает с течением времени; это весьма важно!

Место атомов углерода в графите можно уподобить нижнему, место в алмазе — верхнему положению рояля.

Чтобы они — атомы углерода — оказались наверху (алмаз), нужно затратить энергию. В любом из возможных положений по дороге к верхнему они сами по себе стремятся занять нижнее положение (быть графитом).

Для того чтобы вычислить, как заставить углеродные атомы подняться на этот энергетический верх, нужны были численные значения физических свойств углерода при разных давлениях и температурах. В том числе при тех, которые еще не были достигнуты. Лейпунский отыскал удобный (изящный, как утверждают математики) способ перебросить мостик расчета от известных значений к неизвестным, но совершенно необходимым для решения задачи. Это было первым успехом.

Вторым успехом было нахождение той температуры, при которой атомы углерода должны перестроиться из графитного строя в алмазный. Ее удалось вычислить, можно сказать, вообще без математики. Лейпунский задался вопросом, который теперь (после него, как всегда!) покажется само собой разумеющимся: не будет ли графит превращаться в алмаз при той самой температуре, при которой алмаз полнее всего превращается в графит? Разве вода замерзает не при тех же условиях, при которых лед тает? Расчет подтвердил и это простейшее предположение; еще один пример простоты сложных вещей.

И вот на письменном столе Лейпунского появился график — диаграмма состояния углерода при различных давлениях и температурах. Кривые показывали: для превращения графита в алмаз нужно, кроме двухтысячеградусного жара, давление не меньше 60 — 70 тыс. атм. Лучше всего что-нибудь около 100 тыс… В сотни раз больше, чем могло быть у тех, кто пытался изготовить алмаз. И Лейпунскому пришлось заканчивать свои расчеты довольно грустными словами в их адрес:

«…Выяснилось прискорбное обстоятельство: все попытки изготовления алмаза были сделаны в условиях, при которых графит является более устойчивой твердой фазой, чем алмаз».

Более того: «Большинство описанных опытов было произведено в то время, когда еще даже не было ясно, что устойчивее в земных условиях — графит или алмаз».

Ни у Каразина, ни у Муассана, ни у Хрущова, ни у многочисленных их последователей и авторов патентованных технологий не могло быть ничего похожего на 100 тыс. атм. А у Крукса, который устраивал взрывы в стальной бомбе, высокое давление было слишком непродолжительным, а значит, слишком мала (хоть и не равна нулю — заметим это!) была вероятность попасть в цель, которая раскрывается только на доли секунды…

Ну, а что же все-таки было у всех тех, кто объявлял, что алмаз сделан?

Кое у кого была, наверное, заурядная фикция. Например, у господина Карабачека и его шефов из «ИГ Фарбен». А честные ученые в конце XIX и начале XX в. — у них просто не было еще средств для точного определения вещества в тех микроскопических дозах, в которых они добывали свои кристаллы.