Чтение онлайн

С еще одной загадкой ученые столкнулись, когда с помощью радиоуглеродного метода они попытались определить возраст травы, которая росла возле шоссе с оживленным движением. Получалось так, что траве… много тысяч лет! Разгадка оказалась довольно простой, но поучительной: придорожная трава усваивала углекислый газ, источником которого в значительной степени были выхлопные газы автомобилей. Эти газы выделялись при сгорании бензина, бензин же получают из нефти. А так как нефть образовалась миллионы лет назад, в ней нуклид 14С не сохранился. Вот почему содержание 14С в придорожной траве оказалось сильно заниженным.

Радиоуглеродный метод проверялся на образцах, возраст которых был достоверно известен — по историко-археологическим данным. Это были, например, кусочки дерева из гробниц фараонов (от 3900 до 5600 лет назад) или из развалин Помпеи (2000 лет назад). Результаты измерений подтвердили точность радиоуглеродного метода.

В качестве последнего примера использования радиоуглеродного метода рассмотрим более подробно историю определения возраста знаменитой Туринской плащаницы — покрывала, в которое, согласно Евангелию, было завернуто после казни тело Христа и на котором якобы остался отпечаток его лица и тела.

В 1978 году в итальянском городе Турине была выставлена для всеобщего обозрения плащаница — льняное полотнище длиной 4,3 и шириной 1,1 м с пятнами, похожими на фигуру человека. Эта плащаница появилась во Франции в середине XIV века, много раз перевозилась из одной церкви в другую, в XVI веке побывала даже в пожаре, но была спасена, а последние 400 лет хранилась в Турине. С тех пор не угасали споры о ее подлинности. Еще в 1390 году папа Климент VII объявил плащаницу подделкой, тогда как папа Павел VI назвал ее в 1978 году самой важной реликвией в истории христианства.

Первую фотографию плащаницы разрешили сделать в 1898 году, и вот уже более ста лет не умолкают споры ученых. Однако совершенствующиеся год от года средства научного анализа (изучение структуры и состава волокон, способа их плетения, наличие на них пыльцы определенных растений, анализ пятен краски и крови и т. д. и т. п.) не только не прояснили вопрос, но еще больше его запутали. Аргументов «за» подлинность плащаницы было не меньше, чем аргументов «против». Главным вопросом, конечно, было время изготовления полотна. Долгое время архиепископ Турина не давал разрешения на радиоуглеродный анализ, и его можно понять, поскольку ученые требовали довольно большого куска. Но когда чувствительность радиоуглеродного метода значительно повысилась, а требования ученых соответственно снизились, было разрешено отрезать от края плащаницы, где не было следов изображения, небольшой кусочек. И вот утром 21 апреля 1988 года в присутствии архиепископа Турина кардинала Баллестреро и большой группы ученых от плащаницы отрезали полоску шириной 1 см и длиной 7 см, которую разделили натри части массой по 50 мг, завернули каждую часть в алюминиевую фольгу и упаковали в пронумерованные капсулы из нержавеющей стали. Эти капсулы вместе с тремя контрольными образцами передали представителям трех ведущих лабораторий из Аризоны (США), Оксфорда (Англия) и Цюриха (Швейцария). Представители лабораторий не знали, что находится в каждой капсуле — это держалось в секрете; в контрольных образцах была ткань из нубийского захоронения XI–XII веков, ткань, снятая с мумии Клеопатры (начало II века), и нити со старинной ризы, изготовленной во время правления французского короля Филиппа IV (1290–1310).

Во всех лабораториях образцы подвергли прежде всего микроскопическому исследованию и тщательной очистке с целью удаления возможных примесей (в разных лабораториях использовали микропылесос, промывку растворителями с применением ультразвука, обработку моющими средствами, горячими кислотами и щелочами). Затем образцы сжигали, образовавшийся углекислый газ превращали в чистый углерод — графит, в котором и определяли содержание 14С с помощью масс-спектрометра.

Отчеты всех лабораторий были собраны в одном месте — Британском музее и проанализированы, а результаты анализа опубликованы в одном из самых уважаемых научных журналов мира — Nature («Природа»); поскольку в работе приняло участие множество исследователей, не удивительно, что у статьи 21 автор! Хотя результаты разных лабораторий несколько отличались, они все же были достаточно близки и указывали на то, что возраст плащаницы составляет примерно 690 лет с ошибкой около 30 лет (возраст по радиоуглеродному методу принято отсчитывать назад от 1950 г.). Хорошо согласовывались данные и контрольных образцов — для их возраста были получены значения 937 лет, 1964 года и 724 года. После введения поправок на изменение содержания 14С в атмосфере в прошлые столетия ученые вынесли решение: с вероятностью не менее 95 % ткань плащаницы изготовлена между 1260 и 1390 годами. Таким образом, папа Климент VII как будто оказался прав: плащаница изготовлена именно тогда, когда о ней появилось первое документированное упоминание. Так радиоуглеродный метод датировки, казалось бы, положил конец спорам, которые длились шесть веков.

Однако в науке редко случается так, чтобы то или иное серьезное заявление не встретило бы возражений. Не стал исключением и анализ возраста плащаницы. Вы помните, как сильно можно было ошибиться с определением возраста травы радиоуглеродным методом, если не учитывать особенности ее роста и «питания» выхлопными газами. Там реальный возраст объекта исследования оказался значительно меньше, чем поданным анализа. Не исключены ошибки и «в другую сторону». Когда результаты исследований ткани плащаницы были опубликованы, российские ученые Д. А. Кузнецов, А. А. Иванов и П. Р. Белецкий в 1996 году выдвинули против них такой довод. Как известно, плащаница в 1552 году побывала в пожаре. При этом естественно предположить, что ее ткань могла сильно пропитаться дымом. Дым содержит очень мелкие частицы, от которых ткань не всегда можно отмыть, тем более если эти частицы были в ткани сотни лет. Углерод же, содержащийся в частицах дыма, имеет тот же возраст, что и горевшее дерево. Ученые провели модельный эксперимент, воспроизводивший условия средневекового пожара. Конечно, они взяли не плащаницу, а кусок ткани. Оказалось, что в условиях пожара соотношение атомов стабильного и нестабильного углерода в ткани заметно меняется, а это вносит ошибку в радиоуглеродный метод анализа. Такое загрязнение «старого» (времен Христа) углерода ткани плащаницы более «молодым» (средневековым) вполне могло привести к «омоложению» и самой плащаницы, если судить о ее возрасте по количеству нераспавшегося радиоуглерода.

Совсем недавно подлил масла в огонь американский исследователь из Калифорнийского университета Раймонд Роджерс. В 2005 году он опубликовал о Туринской плащанице сенсационную статью. Ее содержание вкратце сводится к следующему. По его данным, в 1988 году для исследования радиоуглеродным методом взяли исключительно неудачный образец: заплатку, которая была сотни лет назад пришита к обгоревшей ткани и затем подкрашена настолько искусно, что стала неотличима от остальной части плащаницы. Поэтому такое трудоемкое исследование было проведено фактически впустую! А изучение Роджерсом некоторых очень медленных химических изменений, которые в течение веков происходят в любых тканях, привело его к выводу о том, что ткань плащаницы имеет возраст (с учетом возможных ошибок) от 1300 до 3000 лет. То есть плащаница вполне могла быть изготовлена в 1 веке, когда жил Иисус.

Однако не исключено, что споры вокруг плащаницы будут продолжаться. и это нормально для научного исследования.

Вы уже знаете, что 1 моль вещества содержит огромное число частиц — примерно 6 х 1023 атомов, ионов или молекул. Как же удалось их подсчитать? Методов определения числа Авогадро было придумано много, но только один из первых методов был основан на прямом подсчете атомов. Конечно, полное число атомов в моле вещества не сосчитать лаже за все то время, что существует человечество. Но, во-первых, можно считать атомы не в моле, а в небольшой его части, а во-вторых, считать не все атомы, а только небольшую, но заранее известную их часть. Однако начнем по порядку.

В 1903 году один из наиболее талантливых физиков-экспериментаторов XX века Эрнест Резерфорд (1871–1937) показал, что открытый незадолго до этого новый химический элемент радий испускает положительно заряженные частицы, летящие с большой скоростью. Необходимо было выяснить, много ли таких частиц (их назвали альфа-частицами) испускает радий за 1 секунду. Как это сделать? В 1908 году Резерфорд выяснил это очень остроумным способом; в работе ему помогал молодой немецкий физик Ханс Гейгер (1882–1945), именем которого назван счетчик радиоактивного излучения. Для работы они использовали простой прибор, названный спинтарископом. В нем имеется маленькая стеклянная пластинка, покрытая специальным составом — люминофором. Если в темноте к пластинке с люминофором поднести близко радий или какое-либо его химическое соединение, покрытие начнет ярко светиться. Чем меньше радия в образце и чем дальше он расположен от пластинки, тем слабее свечение. Но самое удивительное открывается взгляду, если смотреть на пластинку через сильное увеличительное стекло, а лучше — в микроскоп: вместо равномерного свечения будут видны то там, то тут отдельные яркие вспышки, которые тут же гаснут. Впечатление такое, как будто на фоне черного неба видно множество вспыхивающих и гаснущих звезд. Зрелище незабываемое!

Это явление объясняется тем, что каждая альфа-частица, достигшая люминофора, вызывает в нем кратковременную вспышку света. Если частиц много, то и вспышек будет много. Если же частиц мало, то вспышки будут редкими, и их вполне можно будет сосчитать. Каждая вспышка сигнализирует о том, что распался один атом радия, на основании чего Резерфорд заключил: «Впервые в истории стало возможным регистрировать отдельные атомы вещества».

В этом и состояла идея: сосчитать число альфа-частиц, попадающих на пластинку за определенное время на определенном расстоянии от источника излучения, а затем рассчитать общее число частиц, вылетающих из образца. Для этого в лаборатории Резерфорда изготовили прибор, который он назвал «стреляющей трубкой» (рис. 7.4). Крошечное количество радиоактивного вещества (оно содержало всего 0,055 мг радия) поместили на кончик иголки, укрепленной на одном конце трубки. На другом конце трубки на расстоянии 1,5 м было маленькое отверстие диаметром 1,25 мм, через которое альфа-частицы вылетали из трубки и тут же ударялись о пластинку с люминофором, что сопровождалось вспышкой. Для успешного проведения этого опыта требовалась полная темнота, поэтому экспериментатору приходилось заранее провести не меньше часа в темном помещении, чтобы его зрение стало более чувствительным, а следовательно, более восприимчивым к слабым вспышкам света. Физиологи знают, что привыкание (адаптация) глаза к темноте в тысячи раз повышает его чувствительность.