Репортаж из XXI века

А теперь достанем последний стерженек — из мрамора, хрупкого белого камня. Уже на глубине 100 километров, то есть при 10 тысячах атмосфер, на мраморе намечается «шейка», обнаруживается, что мрамор становится пластичным, может, как говорят, течь.

Нетрудно найти и практическое применение этому явлению. Уже сейчас холодный металл продавливают через узкое отверстие огромным давлением жидкости и получают отличную проволоку. Если же отверстию придать форму шестеренки или трубы и сдавить металл мгновенным высоким давлением, то готовое изделие вылетит из отверстия пулей, буквально со скоростью снаряда — 500 метров в секунду! Причем металл такой шестеренки или трубы будет сжат, упрочен, а на его отполированной поверхности вы не найдете ни одной стружки или зазубрины.

А разве не пригодится для производства особенность, подмеченная физиками: у одного и того же вещества при разном давлении может быть разная валентность. А то, что высоким давлением без всяких реактивов и при комнатной температуре удается разложить любой окисел? Конечно, все это найдет себе применение.

Два слова о температуре. Снижая температуру вещества, мы уменьшаем амплитуду собственных колебаний атомов и даем им возможность сблизиться, уплотниться. Объем вещества уменьшается. Но есть у температур предел, поставленный природой. Это температура абсолютного нуля (-273°). Техника получения глубокого холода так сложна, что для сближения атомов в веществе давлением пользуются чаще, чем температурой. Из металлов цезий поддается сжатию лучше всех других. Стоит подвергнуть его давлению в 12 тысяч атмосфер (технически это задача несложная), и расстояние между его атомами будет таким же, как при температуре -273°.

Давление неразрывно связано с температурой. И если мы хотим познать все свойства веществ, то надо не только подвергать их разным давлениям, но и обязательно менять температуру опыта. Только так можно исследовать размеры кинетической энергии атомов в разных условиях и расстояния между ними. И в этой области для физиков кроется еще много неведомых открытий, необитаемых островов, нерешенных проблем!

Высокое давление в сочетании с предельно низкими температурами может буквально творить чудеса.

Вы уже знаете, по-видимому, что физикам, сочетая технику глубокого охлаждения с давлениями, удалось при температуре -272,2° и давлении 2.6 атмосфер превратить в твердое тело гелий — исключительно важный для науки и промышленности газ.

Расчеты показывают, что с уменьшением расстояния между атомами, например, в кристаллах теллура облегчается возникновение свободных электронов и при давлении около 47 тысяч атмосфер теллур переходит в металлическую фазу. Советские специалисты П. Т. Козырев и Д. Н. Наследов обнаружили, что такое же превращение претерпевает и селен.

Известный английский физик Джон Бернал пришел к выводу, что можно перевести в металлическое состояние даже самый легкий элемент природы — водород.

Недалеко время, когда физики, воспользовавшись давлением около 80 тысяч атмосфер, получат металлический аммоний. Высокие давления позволяют получать сплавы в новых состояниях и с новыми свойствами.

Мы говорили уже о том, что пластичность металлов зависит не от того, как построена кристаллическая решетка вещества, а от числа внешних, валентных электронов. Это, конечно, не значит, что кристаллическую решетку можно вообще не учитывать, исследуя влияние высоких давлений. — Ведь при полиморфных превращениях под давлением возникают иногда и совершенно новые кристаллические формы. А от формы кристаллической решетки зависят многие важные качества металла — например, температура его плавления. И в этой области есть свои парадоксы и нерешенные загадки.

Возьмем, например, йодистый рубидий. При атмосферном давлении он кристаллизуется так, что атомы йода и рубидия образуют кубическую решетку с центрированными гранями. Но вот вы сжали это вещество высоким давлением. Происходит перестройка атомной структуры. В новой решетке уже нет атомов в центре каждой из граней, но зато появляется один атом в центре куба. Обычно под высоким давлением атомы стремятся «упаковаться» в кристаллической решетке как можно плотнее. Есть два типа решеток с самыми плотными упаковками. Это решетка в форме куба с центрированными гранями, а также гексагональная структура (шестигранник). Но каково же было удивление физиков, когда при очень высоком давлении атомы йодистого рубидия избрали для себя не одну из этих форм решетки, а другую — кубическую объемно-центрированную, то есть не с самой плотной упаковкой. Внешне вещество не изменилось, зато вес его резко вырос. Тяжелые кристаллы…

Оказывается, для атомов, сильно отличающихся друг от друга размерами, выгоднее именно такая упаковка. Так, в промежутках между арбузами можно разместить яблоки, не увеличивая объема. Конечно, это только аналогия.