Чтение онлайн

Но вернемся к атому. Если бы его ядро было размером с апельсин диаметром десять сантиметров, то край электронного облака — точка, за которой возможность обнаружить электрон становится исчезающее мала, — будет находиться где-то на расстоянии от трех до тридцати километров. Получается, в любом твердом теле, состоящем из атомов (например, в полу), 99 % объема пустует, и это тело — словно обширная равнина, на которой на расстоянии многих километров друг от друга разбросаны апельсины, а вокруг витают облачка почти ничего не весящих электронов.

В реальности, если отвлечься от апельсинов и километров, единица, которой пользуются для измерения атомов, называется «фемтометр», это 10 в минус пятнадцатой степени метра. Диаметр ядра составляет около фемтометра, а радиус атома — около 100 000 фемтометров, то есть чтобы выложить линию длиной в один метр, потребуется десять миллиардов атомов.

Теперь мы с вами пониманием, как вообще возник вопрос: «Почему мы не проваливаемся сквозь пол?» Возможно, в нем гораздо больше смысла, чем вам казалось сначала. Ведь не только «твердый» пол по большей части состоит из пустоты: в туфлях, которые на нем стоят, и в ногах, обутых в эти туфли, и в самом человеке — то же самое соотношение пустоты и массы. Так почему два этих объекта, в основном состоящие из пустого пространства, не проходят друг сквозь друга, как два флота, корабли которых разделяют километры, идущие навстречу друг другу по Ла-Маншу?

Ответ кроется в привычном — но зачастую превратно трактуемом — определении понятия «твердый». Если мы будем понимать под этим словом пространство, целикомзаполненное плотным веществом, то наш пол покажется нам чем-то очень уж эфемерным. Однако тут нам пригодится еще одна характеристика атомов — силовые поля, окружающие ядро. Когда два атома оказываются рядом, на них воздействуют сразу две силы: одна притягивает, а другая отталкивает. Приближаясь к другому атому, первый в какой-то момент достигает точки, где обе эти силы уравновешиваются, и дальше неколебимо держится на этой позиции. В группе атомов, прочно соединенных этими силами в нечто единое и твердое (например, пол), любой другой атом, который попытается их разъединить, в определенный момент тоже достигнет точки равновесия, и, чтобы двигаться дальше, ему придется преодолеть огромную силу сопротивления, намного превышающую силу тяжести, прижимающую ногу к полу.

Так что в следующий раз, когда вы захотите пройтись по своей комнате, вообразите, что ваши ноги и пол расталкиваютсяна крошечное расстояние мощной силой атомов. Именно поэтомувы не проваливаетесь сквозь пол.

Талантливые ученые часто обладают авантюрным и безрассудным складом характера, и это иногда влечет за собой печальные последствия (более серьезные, чем имидж чудака и возмутителя спокойствия). А порой безрассудство приводит к настоящей катастрофе — в этом на собственном примере убедился молодой канадский физик Луис Слотин, работавший в 1940-е годы в Лос-Аламосе над проектом атомной бомбы. Он пострадал от процесса, который сам же вместе с коллегами пытался понять.

Для создания нормальной, действующей атомной бомбы нужно выяснить такой важнейший параметр, как «критическая масса» обогащенного урана или плутония — вещества, в котором при определенных условиях запускается цепная реакция (см. главу «Самый древний в мире ядерный реактор»). Конечно, критическую массу можно было вычислить теоретически, но потом все равно потребовалось бы проверить вычисления экспериментально. Слотин провел кучу экспериментов, чтобы найти точную цифру. Он брал два кусочка плутония размером с половинки разрезанного крикетного мяча и медленно подносил их друг к другу.

При цепной реакции радиоактивные химические элементы, такие, как уран и плутоний, начинают испускать атомные частицы под названием «нейтроны». Обычно, если радиоактивного вещества немного, большинство нейтронов улетучивается, но некоторые из них сталкиваются с другими атомами, и выделяется еще больше нейтронов. Львиная доля этих нейтронов снова улетучивается, но часть провоцирует новый выброс. Пока масса плутония не превышает определенной величины, выброс нарастающих волн нейтронов вызывает только выделение тепла и небольшую радиоактивность, а потом скорость выделения нейтронов спадает. Однако если масса урана и плутония достаточно велика, скорость, с которой нейтроны «выбивают» из атомов новые нейтроны, возрастает, и реакция становится самоподдерживающейся. Количество нейтронов, сталкивающихся с атомами, будет расти и расти, пока всю массу радиоактивного вещества не поглотит ядерный взрыв.

Физики-ядерщики назвали процесс определения критической массы радиоактивных элементов «щекотанием хвоста спящего дракона», и Слотин был опытным специалистом по этому щекотанию. Он проделал более пятидесяти экспериментов, в ходе которых медленно сдвигал два кусочка вещества с массами ниже критической, а потом наблюдал за ростом выделения нейтронов, слушая щелчки нейтронного счетчика. Он приближал кусочки все ближе друг к другу, щелчки звучали все чаще и чаще, и ему нужно было выбрать правильный момент и прекратить сближение, прежде чем запустится цепная реакция. Потом следовало измерить расстояние между кусочками, что позволило бы физикам рассчитать общую массу плутония, которая неизбежно вызовет цепную реакцию.

21 мая 1946 года Слотин провел этот опыт в последний раз, взяв кусок плутония, пока тот не отдали другим ученым для взрывов. В лаборатории также присутствовали несколько его коллег. Слотин манипулировал крышкой, прикрывавшей две полусферы плутония, — она должна была отражать нейтроны, возвращая их в зону цепной реакции, чтобы увеличить ее скорость. При этом одной рукой Слотин с помощью отвертки удерживал полусферы на расстоянии, а другой рукой боролся с крышкой. (До этого он удалил две прокладки, не позволявшие кускам плутония соединиться.) Вдруг отвертка выскользнула, и Слотин уронил крышку. Два кусочка плутония схлопнулись, была достигнута критическая масса, и произошел выброс смертельно опасного количества радиации. Ученые, присутствовавшие в комнате, увидели голубое сияние, а Слотин, стоявший к месту реакции ближе всего, ощутил кислый привкус во рту и сильное жжение в руке. Бросившись к плутонию, Слотин сумел разъединить кусочки радиоактивного материала, и в тот же миг понял, что обречен. Он получил такую дозу облучения, как если бы стоял в полутора километрах от взрыва атомной бомбы. Слотин также понимал, что и его коллеги получили немалые дозы. Быстро зарисовав схему расположения людей в комнате в момент реакции, он велел коллегам погрузиться в два джипа, и они все направились в больницу.

Девять дней спустя после бесплодных попыток врачей спасти Слотина, перелив ему кровь от нескольких не пораженных радиацией коллег, он все-таки скончался. Остальные присутствовавшие при неудачном опыте в той или иной мере пострадали от облучения, но все остались живы.

Происшествие сразу было засекречено, однако впоследствии, когда история выплыла наружу, друзья Слотина все как один постарались представить его героем, пожертвовавшим своей жизнью ради спасения коллег. Посвященная этому случаю статья, увидевшая свет в 1995 году, была озаглавлена так: «Молодой канадский ученый отдал свою жизнь ради спасения друзей, когда эксперимент вышел из-под контроля». В отчете, написанном другом Слотина в 1956 году, говорилось: «Слотин, словно бы повинуясь рефлексу, бросился вперед и голыми руками оторвал половинки реагирующей массы друг от друга. Остальные разинули рты, а Слотин, повернувшись, — его побелевшее лицо выражало ужас — жестом велел всем покинуть комнату. Молодой ученый отдал свою жизнь, как делали многие его ровесники во время войны».

Позже выяснилась одна интересная подробность: когда коллеги советовали Слотину во избежание неприятностей использовать какое-нибудь защитное устройство, которое не давало бы полушариям сомкнуться, тот только отмахивался: «Если я буду доверять свою безопасность защитным устройствам, вот тогда-то уж точно жди неприятностей». Уже после его смерти стало известно, что Слотин был фантазером, рассказывавшим небылицы о своем прошлом, а также неисправимым любителем риска. Был случай — как поведал один его бывший коллега в 1993 году, — когда Слотин попросил остановить реактор, чтобы он мог подрегулировать для предстоящего эксперимента что-то там на дне цистерны с водой, которая поглощала радиацию. Ему было отказано, тогда он пришел в выходной, разделся до трусов и нырнул на дно цистерны, хотя реактор не был выведен из рабочего режима.

Судя по всему, то, что произошло со Слотином, было случайной смертью безрассудно смелого ученого.

Если вы когда-нибудь наблюдали за ранней стадией строительства небоскреба или любого высокого здания, вы знаете, что, после того как фундамент заложен, конструкция начинает напоминать структурный скелет, на который впоследствии будут навешены полы, стены и потолки. Если этот остов делают из стали (а не из железобетона), то строители начнут с того, что возведут раму из стальных колонн высотой в несколько этажей, соединенных балками. Чем ближе к фундаменту, тем колонны толще и тяжелее, ведь им в конце концов придется выдерживать вес целого здания. По окончании строительства нижней части каркаса, сверху надстраиваются новые колонны, и скелет обретает следующий уровень. Здесь колонны уже не такие массивные, потому что им нужно поддерживать уже не все здание, а только верхние этажи. И так далее, вплоть до самой крыши: чем выше, тем тоньше и легче становятся колонны.