Опыты и исследования привели к взгляду, согласно которому сущность атомов сводится к электрическому явлению. Выяснили, что атом состоит из атомного ядра, заряженного положительным электричеством, и из электронов, которые, будучи заряжены отрицательно, движутся вокруг ядра, — иными словами, атом представляет собою бесконечно малую солнечную систему, которая, разумеется, у различных элементов и веществ сгруппирована в динамическом отношении различно, отчего и зависит различие в свойствах элементов. Возникает вопрос: достигнуты ли теперь с помощью этого открытия границы вещества? При современном состоянии научного знания на этот вопрос приходится ответить отрицательно. В наше время естествознание достигло единства познания природы; по одним и тем же законам создаются все существующие элементы химии. Каждый элемент образуется из двух, видов самых основных строительных камней или «кирпичей» мироздания: из минимального количества отрицательного электричества (электрона) и положительного ядра водорода, как ясно высказался проф. Вольфганг Кёлер по вопросу об атомной теории. Что же касается электронов и водородного ядра, то они, по мнению Кёлера, характеризуются, в первую очередь, своим динамическим поведением. Поэтому не следует предполагать, что все наше представление о материи — это утомительная монотонность, в которой существуют лишь атомное ядро и электроны. Дело в том, говорит Кёлер, что когда физик близок к цели, например ему удается выделить из всех химических атомов оба упомянутые кирпича, то это еще совсем не значит, что он должен рассматривать атомы как «безразличные» скопления этих кирпичей. Для того чтобы его система носила стройный характер, он должен приобретать все более глубокое понимание тех специфических динамических сочетаний, в которых определенные группировки упомянутых «кирпичей» существуют в форме соединений, находящихся в постоянном движении.
Из всех атомов простейшим строением обладает атом водорода, ядро которого имеет только один положительный заряд, причем вокруг него кружится только один электрон. Такой атом водорода по величине равен одной стомиллионной сантиметра, а по массе одной квадриллионной доли грамма. Плавающий в море шар диаметром в метр и величина земли дают приблизительное представление о соотношении, существующем между атомом и свинцовой дробинкой. Каждый из этих атомов представляет собою, как упомянуто, самостоятельную солнечную систему. В одном только грамме водорода находится 27 триллионов подобных маленьких солнечных систем. Круговорот их происходит с такой точностью, что нет места для хаоса. Атом водорода, в виду его простоты, является самой малой частицей материи, и это служит основанием для теории построения всей материи, формулируемой в словах: «все состоит из ядра водорода и электрона».
Вслед за атомом водорода идет атом гелия, имеющий ядро с двумя положительными зарядами и два электрона, кружащиеся вокруг ядра. За этими двумя элементами следуют по порядку— литий, бериллий, бор, углерод, азот, кислород и т. д. Максимальный положительный заряд ядра и максимальное число электронов имеют из числа всех элементов радиоактивные вещества. Здесь необходимо дать более подробные объяснения.
Открытие, сделанное в 1895 г. Рентгеном, побудило французского ученого Беккереля заняться изучением солей урана, причем выяснилось, что эти соли после освещения солнечным светом продолжают светиться в темноте. Беккерель затем установил, что препарат урана не только, будучи освещен солнечными лучами, получал свойство сквозь светонепроницаемую бумагу заставлять темнеть фотографическую пластинку, но сохранял это свойство и после пребывания в темноте в течение более или менее долгого срока.
Открытие Беккереля послужило поводом для французского физика м-м Кюри к исследованию, не обладают ли этими свойствами и какой-либо другой металл и чистый уран. Она пришла к выводу, что и смоляная обманка урана, продукт отбросов богемских стекольных заводов, также обладает этим свойством и, в частности, в более сильной степени, нежели чистый уран. Кюри пыталась извлечь вещество, явившееся источником новых явлений, в чистом виде из смоляной обманки, — задача крайне трудная, так как радиоактивные вещества содержатся в ней лишь в совершенно ничтожном количестве. Так, например, из вагона смоляной обманки удалось получить лишь четверть грамма драгоценного вещества. Полученное таким образом вещество обладало свойством выделять лучи, которые никогда не истощались. Даже самое ничтожное количество вещества обладало этим свойством. Флуоресцирующая ширма, употреблявшаяся в целях констатирования присутствия рентгеновских лучей, начинала светиться, когда на нее падали лучи, испускаемые радием. Наэлектризованная шелковая кисточка тотчас же реагировала разрядом, как только в комнате оказывалась ничтожная частица радия. С помощью магнитов удалось установить, что лучи радия имеют различный характер, в связи с чем их разделили на три типа: лучи альфа, бета и гамма. Последние не отклоняются под влиянием магнита, но продолжают свой путь прямолинейно, подобно рентгеновским лучам, и являются в сильнейшей степени проницающими. Лучи-альфа и бета обладают последним свойством в меньшей степени.
Рис. 13. Распад радиоактивного атомного ядра на ядро гелия, электроны и рентгеновские лучи.
Опыты показали далее, что энергия, излучаемая радием, не требует никаких затрат. Уголь перегорает в кислороде воздуха в углекислоту, тогда как радий не поддается влиянию ни кислорода, ни какого-либо другого вещества. Рамзай, известный своими открытиями благородных газов, и Содди доказали, что радий беспрерывно превращается без всякого влияния извне в другой элемент. Оба исследователя заключили радий в герметически закрытую стеклянную трубку, причем они наблюдали, что в ней образуется газ, обладающий радиоактивностью и замерзающий при 150° ниже нуля; образование газа было сопутствующим явлением процесса, при котором из одного элемента образовывались два других. Напрашивался вопрос, нельзя ли искусственно вызвать распад элемента. Попытки привели к выводу, что с помощью известных в настоящее время средств это невозможно. Ни с помощью охлаждения, ни путем сильного нагревания, давления или сильного воздействия электричества не удавалось замедлить или ускорить процесс распада радия.
Здесь обнаружился закон энергии, который нельзя было изменить никакими средствами. Ибо этот процесс обладал такой мощью, что все попытки повлиять на него равносильны были стремлению человеческими средствами заставить звезды изменить свой путь.
В одном грамме радия в секунду распадаются в свинец, иначе говоря — в другое основное вещество, тридцать миллиардов атомов, и тем не менее для завершения этого процесса распада требуется 3 600 лет. При этом освобождается количество тепла, способное нагреть 100 млн л воды от 0 до 100°. Грамм радия дает в час 130 калорий, т. е. в два с половиной дня столько же, сколько дает при сжигании такое же количество угля, с той только разницей, что уголь целиком распадается в золу, тогда как радий через два с половиной дня внешне совершенно такой же, как и до того, и совершенно не уменьшится количественно на вид даже через год.