«Время рождения мира и другие научные эссе»

190

пути вокруг планеты, прямой спутник опишет кривую, которая будет составлять менее половины пути вокруг планеты: то есть размах, обусловленный ретроградным спутником, будет более 180 градусов, в то время как размах, обусловленный прямым спутником, будет менее 180 градусов на экваторе планеты.

Я хотел бы обратить ваше внимание на тот факт, что то, каким будет размах, не зависит от того, насколько орбита спутника наклонена к экватору. Это лишь определяет, насколько далеко кривая, прочерченная спутником, будет отступать от экватора.

Мы находим тогда, пока что, что легко различить прямые и ретроградные кривые. Размах одной меньше, другой больше, чем 180 градусов. Количество градусов, которое любой тип кривой стягивает на экваторе, полностью зависит от скорости спутника и осевой скорости планеты.

Но из этих двух скоростей скорость спутника можно считать ощутимо неизменной, когда он достаточно близко, чтобы использовать свой карандаш. Это зависит от закона центробежной силы, который учит нас, что масса планеты одна определяет скорость спутника по его орбите на любом фиксированном расстоянии от центра планеты. Другая скорость — скорость планеты вокруг своей оси — была, как мы видели, в прошлом не такой, как сейчас. Если тогда Марс, в разные времена своей прошлой истории, захватывал спутники, эти спутники будут описывать вокруг него кривые, имеющие разные размахи, которые будут зависеть от скорости осевого вращения Марса в то время, и только от этого.

191

Каким образом теперь мы можем применить это знание кривых, описываемых спутником, в качестве проверки лунного происхождения линий на Марсе?

Чтобы сделать это, мы должны обратиться к карте Лоуэлла. Мы выбираем предпочтительно, конечно, наиболее полные и определенные кривые. Цепочка каналов, членами которой являются Ахерон и Эреб, очерчивает довольно определенную кривую. Мы продолжаем ее на глаз, сохраняя кривизну насколько возможно, пока она не пересечет экватор. Считывая размах на экваторе, мы находим, что он составляет 255 градусов. В первую очередь мы говорим тогда, что эта кривая обусловлена ретроградным спутником. Мы также отмечаем на карте Лоуэлла, что наибольшее поднятие кривой находится в точке около 32 градусов к северу от экватора. Это дает наклонение орбиты спутника к плоскости экватора Марса.

С этими данными мы рассчитываем скорость, которой планета должна была обладать во время формирования канала, исходя из гипотезы, что кривая была действительно делом рук спутника. Окончательный вопрос теперь остается: если мы определим кривую, обусловленную этой скоростью Марса вокруг своей оси, будет ли эта кривая соответствовать той, которая появляется на карте Лоуэлла, и от которой мы на самом деле воспользовались только тремя точками? Чтобы ответить на этот вопрос, мы наносим на сферу кривую спутника, способом, который я описал, присваивая этой сфере скорость, полученную из размаха в 255 градусов. Нанеся кривую на сферу, остается только перенести ее на карту Лоуэлла. Это легко сделать.

192

Эта карта (Pl. XXII) показывает вам результат обработки этой, а также других кривых, способом, только что описанным. Вы видите, что независимо от того, являются ли фрагментарные кривые крутыми и отступающими далеко от экватора; или являются ли они плоскими и лежащими близко вдоль экватора; охватывают ли они менее или более 180 градусов; кривые, определенные в предположении, что они являются делом рук спутников, вращающихся вокруг Марса, согласуются с нанесенными на карту кривыми; следуя им с удивительной точностью; обладая их свойствами, и, действительно, в некоторых случаях, фактически совпадая с ними.

Я могу добавить, что недопустимый размах в 180 градусов и размахи, очень близкие к этому значению, которые не являются хорошо допустимыми, насколько я могу обнаружить, отсутствуют. Кривые не являются большими кругами.

Вы потребуете от меня, чтобы я объяснил центры излучения, столь заметные здесь и там на карте Лоуэлла. Встреча более чем двух линий в оазисах — это явление, возможно, той же природы и также требующее объяснения.

В первую очередь кривые, к которым я лишь кратко обращался, на самом деле дают начало в большинстве случаев узловым, или точкам пересечения; иногда на экваторе, иногда вне экватора; через которые путь спутника возвращается снова и снова. Эти узловые точки, однако, не дадут общего объяснения многоветвистых радиантов.

Вероятно, мы должны отнести такое появление

193

как показано в Sinus Titanum, к возмущениям пути спутника из-за особенностей поверхности на Марсе. Заметьте, что основные радианты расположены на границе темных областей или в оазисах. Более высокие уровни поверхности могут быть вовлечены в обоих случаях. Некоторое заметное различие в топографии должно характеризовать обе эти особенности. Последние могут, возможно, возникать при разрушении спутников. Или, опять же, они могут возникать при коровых возмущениях вулканической природы, первоначально вызванных или локализованных пересечением двух каналов. Каково бы ни было происхождение этих особенностей, достаточно предположить, что они представляют собой возвышенные особенности некоторого масштаба, чтобы объяснить умножение пересекающихся линий. Мы должны здесь вспомнить, что наблюдатели говорят о множественности каналов. Согласно Лоуэллу: «Каково их число, лежит совершенно вне возможности подсчета в настоящее время; ибо чем лучше наш собственный воздух, тем больше их видно».

Такие бесчисленные каналы — это как раз то, что требует настоящая теория. Падающий спутник будет, в течение последних 60 или 80 лет своей карьеры, циркулировать около 100 000 раз над поверхностью Марса. Теперь что будет определять более заметное развитие конкретного канала? Масса спутника; состояние поверхностной коры; близость спутника; и количество повторений над одной и той же землей. Последующие эффекты могут быть приняты как пропорциональные первичному возмущению.

194

Вероятно, что возвышенные особенности поверхности будут влиять на два из этих условий: количество повторений и близость к поверхности. Участок диаметром 100 миль и возвышающийся на 5000 или 10 000 футов серьезно возмутил бы орбиту такого тела, как Фобос. Следует ожидать, что он был бы эффективен не только в отклонении орбиты спутника в горизонтальном направлении, но и притянул бы его ближе к поверхности. Следует даже рассмотреть, не мог ли бы такой массив стать узловым для орбиты спутника, так что она проходила бы через или над этой точкой при различных наклонах к своему первичному направлению. Если он действует, чтобы снизить орбиту, то это ускорит скорость и заставит спутник дальше на своем пути достичь несколько большей высоты над поверхностью. Линии, наиболее заметные в телескоп, короче говоря, те, которые были благоприятствованы сочетанием обстоятельств, как рассмотрено выше, среди которых особенности коры, в некоторых случаях, сыграли свою роль.

Я должен кратко упомянуть одну из наиболее интересных особенностей марсианских линий: то, как они, по-видимому, появляются и исчезают, словно видения.

Нечто, происходящее на Марсе, определяет это явление. В одну ночь определенная линия выглядит одиночной. Несколько ночей спустя становятся заметны признаки удвоения, а еще позже, когда условия видимости особенно хороши, видны уже не одна, а две линии. Так, например, мы можем рассмотреть случай Фисона и Евфрата. Слабые проблески двойного состояния были обнаружены летом

195

и осенью, но лишь в ноябре они проявились как отчетливо двойные. Заметьте, что к этому времени антарктические снега уже растаяли, и, кроме того, было достаточно времени для того, чтобы высвободившаяся влага распространилась в атмосфере планеты.

Это увеличение четкости и заметности некоторых деталей на поверхности Марса связывается с таянием полярных снегов и диффузией этой воды через атмосферу тем фактом, что четкость изображения постепенно улучшалась от южного полюса вверх по мере исчезновения снега. Лоуэлл полагает, что это указывает на растительность, прорастающую под влиянием влаги; однако, как мы видели, он считает, что каналы переносят эту влагу. Ему приходится предполагать существование тройных каналов, чтобы объяснить удвоение линий.

Если мы однажды допустим, что каналы представляют собой возвышенности — не обязательно большой высоты, — то трудность объяснения повышенной четкости при увеличении влажности исчезает. Нам даже не обязательно предполагать участие растительности. Что касается этой последней возможности, мы можем заметить, что цветовые наблюдения, на которых основывается идея о растительности, вероятно, недостоверны из-за возможных эффектов утомления зрения, когда темный объект наблюдается на красноватом фоне.

Как бы то ни было, мы должны рассмотреть, какими будут последствия увеличения влажности в атмосфере Марса для видимости возвышенностей,

196

Мы предполагаем наличие безмятежной и разреженной атмосферы: ночи интенсивно холодные, дни жаркие под воздействием нескрываемого солнечного излучения. На вершинах холмов ночной холод будет еще более сильным, как и дневное солнечное излучение. Результатом такого положения дел станет то, что влага будет выпадать преимущественно на горах во время ночного холода — в виде инея, — а днем этот покров из инея будет таять; и точно так же, как мы видим, что обильная роса затемняет землю летом, тающий лед будет выделять возвышенности на фоне засушливых равнин внизу. Наши долины более влажные, чем наши горы, только потому, что влаги у нас так много, что она стекает с гор в долины. Если бы влага была в дефиците, она бы дистиллировала с равнин на более холодные возвышенности холмов. С этой точки зрения акцентирование канала является результатом метеорологических эффектов, подобных тем, что возникли бы в марсианском климате; эффектов, на которые должны влиять условия высоты гор, атмосферные течения и т. д. Таким образом, мы следуем за Лоуэллом, приписывая акцентирование каналов циркуляции воды на Марсе; но мы предполагаем простой и естественный способ переноса и не постулируем искусственные сооружения почти невозможных масштабов. То, что растительность может принимать участие в затемнении возвышенных участков, вполне вероятно. Действительно, мы могли бы ожидать, что в марсианском климате эти участки были бы единственными плодородными частями поверхности.

Облака там также, безусловно, есть. Более поздние наблюдения

197

по-видимому, поставили это вне сомнений. Их присутствие, очевидно, вносит другие возможные объяснения появления и исчезновения возвышенных деталей поверхности.

Наконец, мы можем спросить, как обстоит дело с достоверностью карт? Относительно этого следует сказать, что самая последняя карта — карта Лоуэлла — была подтверждена многочисленными рисунками разных наблюдателей и сама по себе является результатом более чем 900 рисунков. Она стала стандартной картой Марса, и хотя было бы опрометчиво утверждать отсутствие ошибок, кажется несомненным, что на направление основных каналов можно положиться, как и на общие черты поверхности планеты.

Вопрос о возможности иллюзии поднимался часто. То, что я сказал выше, в значительной степени отвечает на такие возражения. Тесное согласие между рисунками разных наблюдателей действительно должно положить конец этому вопросу. В последнее время, однако, фотография не оставила места для скептицизма. Впервые сфотографированная в 1905 году, планета с тех пор была снята много тысяч раз из различных обсерваторий. Большинство каналов были нанесены на карту таким образом. Утверждается, что удвоение каналов также было зафиксировано.[1]

Гипотеза, которую я рискнул представить вам, не предполагает никакого органического вмешательства для объяснения

[1] Статья Э. К. Слайфера в журнале Popular Astronomy за март 1914 года дает хороший обзор недавних работ.

198

деталей на поверхности Марса. Это физические особенности поверхности. Марс представляет свою историю, написанную на своем лице шрамами былых столкновений — подобно щиту сэра Ланселота. Некоторые из наиболее интересных выводов математической и физической астрономии находят подтверждение в его истории. Замедление скорости осевого вращения первичного тела; окончательное неизбежное разрушение спутника; существование в прошлом гораздо большего числа астероидов, чем те, о которых мы знаем в настоящее время; все эти великие факты включены в выдвигаемую сейчас теорию. Если это оправдано, то лицо Марса — это подлинные «Начала» (Principia).

Чтобы полностью ответить на вопрос, который вынесен в заголовок этих лекций, нам следовало бы выйти в густонаселенные пустыни (если позволительно использовать этот термин), которые лежат за пределами нашей системы. Хорошо, что сейчас не осталось времени сделать это; ибо, по правде говоря, там мы можем лишь видеть сны, в которых границы возможного и невозможного стираются.

Чудо бесконечного числа звезд не столь удивительно, как та разумность, что стремится их постичь. Ища иные умы, чем наш, мы ищем то, что является почти бесконечно сложным и скоординированным в материальной вселенной, относительно простой и гетерогенной. В нашем ментальном отношении к великому вопросу этот факт должен рассматриваться как фундаментальный.

Я могу лишь подобающим образом завершить рассуждение, которое на всем своем протяжении взвешивало вопрос о живой мысли против бездумных законов материи, перефразировав слова

199

великого поэта, когда он, на более высоком и, возможно, более философском языке, также стремился сопоставить одно с другим.[1]

Рихтер думал, что он — со своим человеческим сердцем, не укрепленным для этого, — был взят ангелом среди вселенной звезд. Затем, по мере их путешествия, наша солнечная система утонула, как слабая звезда в бездне, и они путешествовали еще дальше, на крыльях мысли, через более могущественные системы: через все бесчисленные множества нашей галактики. Но в конце концов и они остались позади и растворились, как туман в прошлом. Но это было еще не все. Рассвет других галактик появился в пустоте. Звезды, еще более бесчисленные, с невыносимым светом возникли впереди. И эти тоже были пройдены. И так они шли через галактики без числа, пока, наконец, не оказались в великом Соборе Вселенной. Бесконечны были звездные проходы; бесконечны звездные колонны; бесконечны арки и архитравы из звезд. И поэт видел могучие галактики как ступени, спускающиеся в бесконечность, и как ступени, уходящие вверх в бесконечность.

Тогда его человеческое сердце дрогнуло, и он возжаждал какой-нибудь узкой кельи; возжаждал лечь в могилу, чтобы скрыться от бесконечности. И он сказал ангелу:

«Ангел, я не могу идти с тобой дальше. Неужели нет конца вселенной звезд?»

[1] Де Квинси в своем «Системе небес» дает прекрасный пересказ «Сна Рихтера».

200

Тогда ангел воздел свои славные руки к небу небес, говоря: «Разве есть конец вселенной Бога? Смотри! Также нет и начала».

201

ЛАТЕНТНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ [1]

Моя склонность побудила меня, несмотря на живой страх быть обвиненным в самонадеянности, обратиться к вам главным образом с этим глубоким и тончайшим вопросом: о природе и способе формирования фотографического изображения. Я побуждаем сделать это не только потому, что предмет полон очарования и надежд, но и потому, что широкие темы фотографических методов или фотографических приложений были бы совершенно неуместно рассмотрены президентом, которого вы избрали.

Я хотел бы сначала обратить ваше внимание на замечательный результат сэра Джеймса Дьюара о том, что фотопластинка сохраняет значительную способность формировать латентное изображение при температурах, приближающихся к абсолютному нулю, — результат, который, как я полагаю, заставляет нас рассматривать фундаментальные эффекты, происходящие в пленке под воздействием световых волн, как нечто иное, чем процессы чисто химической природы. Но известно лишь несколько, если они вообще известны, случаев химического соединения или разложения при столь низкой температуре. Чисто химические действия действительно прекращаются при гораздо более высоких температурах, причем фтор является одним из немногих тел, которые все еще проявляют

[1] Президентское обращение к Фотографическому конвенту Соединенного Королевства, июль 1905 г. Nature, том 72, стр. 308.

202

химическую активность при сравнительно повышенной температуре -180° C. Короче говоря, этот результат сэра Джеймса Дьюара предполагает, что мы должны искать основы фотографического действия в некотором физическом или внутриатомном эффекте, который, как в случае с радиоактивностью или флуоресценцией, не ограничивается интервалами температур, при которых преобладает активная молекулярная vis viva (живая сила). Это заставляет нас с сомнением относиться к роли окисления или другого химического действия как существенного, а скорее указывает на мнение, что такие эффекты должны быть вторичными или вспомогательными. Одним словом, мы чувствуем, что должны обратиться за руководством к некоторому чисто фотофизическому эффекту.

Здесь, в первую очередь, мы естественно вспоминаем взгляды Бозе. Этот физик относит формирование изображения к деформации молекулы бромистого серебра под действием электрической силы в световой волне, превращая ее в то, что можно было бы рассматривать как аллотропную модификацию нормального бромида, которая впоследствии особым образом реагирует на воздействие проявителя. Функция сенсибилизатора, согласно этому взгляду, состоит в том, чтобы замедлить восстановление после деформации. Бозе получил много показательных параллелей между явлениями деформации, которые он смог наблюдать в серебре и других веществах под воздействием электромагнитного излучения, и поведением фотопластинки при длительном воздействии света.

Эта теория, что бы ее ни рекомендовало, вряд ли может рассматриваться как предлагающая фундаментальное объяснение. Во-первых, мы остаемся в неведении относительно того, чем

203

может быть эта деформация. Она может означать много разных вещей. Мы ничего не знаем о внутреннем механизме ее воздействия на последующие химические действия — или, по крайней мере, мы не можем соотнести ее с тем, что известно о физике химической активности. Наконец, как будет видно позже, она едва ли адекватна для объяснения различных степеней стабильности, которые, по-видимому, могут характеризовать латентное изображение. Тем не менее, в работе Бозе есть много того, что заслуживает тщательного рассмотрения. Он отнюдь не исчерпал линию исследования, которую начал.

Другая теория, несомненно, была в умах многих. Я сказал, что мы должны искать руководство в некотором фотофизическом явлении. Существует одно такое, которое превосходно связывает свет и химические явления через посредство воздействия первого на составную часть атома. Я имею в виду явления фотоэлектричества.

Герцем и его непосредственными преемниками было установлено, что свет обладает замечательной способностью разряжать отрицательную электризацию с поверхности тел — особенно с некоторых веществ. Долгое время объяснения причины этого не было. Но электрон — вездесущий электрон — теперь, как известно с достаточной уверенностью, несет за это ответственность. Эффект электрической силы в световой волне заключается в том, чтобы направлять или помогать электронам, содержащимся в веществе, покидать поверхность тела. Каждый электрон уносит с собой очень малый заряд отрицательной электризации. Если, следовательно, тело

204

первоначально заряжено отрицательно, оно будет постепенно разряжаться в результате этого конвективного процесса. Если оно не заряжено изначально, электроны все равно будут высвобождаться на поверхности тела, и оно приобретет положительный заряд. Если тело сначала заряжено положительно, мы не можем разрядить его с помощью освещения.

Для меня было бы излишним говорить здесь о природе электронов или о различных способах, которыми может быть обнаружено их присутствие. Достаточно сказать, в дальнейшей связи с эффектом Герца, что при проецировании среди газовых молекул электрон вскоре присоединяется к одной из них. Другими словами, он ионизирует молекулу газа или передает ей свой электрический заряд. Газовая молекула может даже сама быть разрушена ударом электрона, если он движется достаточно быстро, и остаться лишенной электрона.

Мы должны отметить, что такая ионизация может рассматриваться как придающая потенциальные химические свойства молекулам газа и веществу, из которого происходят электроны. Подобная ионизация под действием электрических сил входит, как мы теперь полагаем, во все химические эффекты, протекающие в гальваническом элементе, и, действительно, вообще в ионизированных растворах.

Эксперимент лучше всего проиллюстрирует принципы, о которых я хочу вам напомнить. Чистая алюминиевая пластина, тщательно изолированная серной опорой, обращена к листу медной проволочной сетки, расположенному в паре сантиметров от нее. Сетка поддерживается при высоком положительном

205

потенциале с помощью этого сухого столба. Чувствительный электроскоп с золотыми лепестками прикреплен к алюминиевой пластине, и его изображение проецируется на экран. Теперь я направляю свет от этой дуговой лампы на проволочную сетку, через которую он частично проходит и светит на алюминиевую пластину. Электроскоп сразу быстро заряжается. Происходит высвобождение отрицательных электронов на поверхности алюминия; они под действием притяжения положительного тела быстро удаляются в виде ионов, и электроскоп заряжается положительно.

Опять же, если я просто наэлектризую отрицательно эту алюминиевую пластину так, чтобы лепестки прикрепленного электроскопа широко разошлись, и теперь подвергну ее воздействию лучей от дуговой лампы, заряд, как вы видите, очень быстро рассеивается. При положительной электризации алюминия никакого эффекта от освещения не наблюдается.

Таким образом, из работ Герца и его преемников мы знаем, что свет, и более конкретно то, что мы называем актиническим светом, является эффективным средством высвобождения электронов из некоторых веществ. Короче говоря, наш фотографический агент, свет, обладает способностью изгонять из некоторых веществ электрон, который является столь мощным фактором в большинстве, если не во всех, химических эффектах. У меня нет времени здесь ссылаться на работу Эльстера и Гейтеля, с помощью которой они показали, что это действие прослеживается до электрической силы в световой волне, но должен перейти к вероятному значению этого явления для знакомых фактов фотографии. Я предполагаю, что эксперимент, который я вам показал, является самым

206

фундаментальным фотографическим экспериментом, который мы сейчас в состоянии провести.

Мы должны сначала спросить, из каких веществ свет может высвобождать электроны. Их много — металлы, а также неметаллы и жидкости. Это очень общее явление, и оно должно широко действовать во всей природе. Но что больше всего касается настоящего рассмотрения, так это тот факт, что галоидные соли серебра являются энергично фотоэлектрическими и, что показательно, обладают, согласно Шмидту, активностью в убывающем порядке: бромид, хлорид, иодид. Это, другими словами, их порядок активности как ионизаторов (при соответствующих условиях) при воздействии ультрафиолетового света. Фотографы узнают, что это также порядок их фотографической чувствительности.

Другой класс тел также касается нашего предмета: специальные сенсибилизаторы, используемые фотографом для изменения спектрального распределения чувствительности галоидных солей, например, эозин, фуксин, цианин. Они, в свою очередь, являются производителями электронов под воздействием светового стимула. Теперь Столетовым, Гальваксом, а также Эльстером и Гейтелем было показано, что существует тесная связь между фотоэлектрической активностью и поглощением света веществом, и, действительно, что конкретные длины волн, поглощаемые веществом, являются теми, которые эффективны при высвобождении электронов. Таким образом, у нас есть веские основания полагать, что энергичная фотоэлектрическая активность, проявляемая специальными сенсибилизаторами, должна зависеть от их цветового поглощения. Вы узнаете, что это как раз

207

связь между их фотографическими эффектами и их поведением по отношению к свету.

Существует еще одна показательная параллель. Я ссылался на наблюдение сэра Джеймса Дьюара относительно сохраняющейся чувствительности фотопленки при самом низком достигнутом пределе температуры и сделал вывод, что фундаментальное фотографическое действие должно быть внутриатомной природы и не зависеть от vis viva молекулы или атома. Ища затем происхождение фотографического действия в фотоэлектрических явлениях, мы естественно спрашиваем: прослеживаются ли эти последние явления также при низких температурах? Если они прослеживаются, мы вправе рассматривать этот факт как квалифицирующую характеристику или как еще одно звено в цепи доказательств, связывающих фотографическую активность с фотоэлектрической.

Совсем недавно, с помощью жидкого воздуха, предоставленного мне из лаборатории Королевского дублинского общества, я проверил фоточувствительность алюминия, а также бромистого серебра при температурах, приближающихся к температуре жидкого воздуха. Способ наблюдения по существу является методом Шмидта — тем, что он называет своим статическим методом. Вещество, подвергающееся наблюдению, однако, содержится на дне тонкой медной трубки диаметром 5 см, которая погружена на глубину около 10 см в жидкий воздух. Трубка закрыта сверху парафиновой пробкой, которая несет тонкое кварцевое окно, а также серные трубки, через которые проходят соединения. Воздух внутри очень тщательно высушивается фосфорным

208

пентоксидом перед экспериментом. Дуговая лампа используется в качестве источника освещения. Установлено, что энергичный фотоэлектрический эффект сохраняется в случае чистого алюминия. В случае бромистого серебра все еще наблюдается отчетливый фотоэлектрический эффект. У меня пока не было досуга сделать какую-либо достоверную оценку процентного эффекта при этой температуре в случае любого из веществ. Я также не определил температуру точно. Последнюю можно принять примерно за -150° C,

Фактические измерения сэра Джеймса Дьюара дали двадцать процентов нормального фотографического эффекта при -180° C и десять процентов при температуре -252,5° C.

Имея это в качестве основы и важный дополнительный факт, что электронный разряд — как из рентгеновской трубки или от радия — генерирует латентное изображение, я думаю, мы полностью вправе предложить, в качестве законного направления для эксперимента, гипотезу о том, что начала фотографического действия включают электронный разряд из светочувствительной молекулы; другими словами, что латентное изображение построено из ионизированных атомов или молекул, являющихся результатом фотоэлектрического эффекта на освещенном галоиде серебра, и именно на эти ионизированные атомы впоследствии направляются химические эффекты проявителя. Может быть, высвобожденные электроны ионизируют молекулы, не затронутые напрямую, или, может быть, при своем высвобождении они разрушают сложные молекулы, построенные при созревании

209

эмульсии. С тем количеством данных, что у нас есть, мы не можем рисковать детализировать. Будет сказано, что такое действие должно быть частично по своей природе химическим эффектом. Это должно быть признано, и, поскольку вовлечена перестройка молекулярных структур, результат, несомненно, будет контролироваться температурными условиями. Факты, наблюдаемые сэром Джеймсом Дьюаром, подтверждают это. Но здесь вовлечен фундаментальный процесс — высвобождение электрона электрической силой в световой волне, который является физическим эффектом и который, при гипотезе его реальности как фактора в формировании латентного изображения, по-видимому, полностью объясняет выдающуюся фотографическую чувствительность пленки при температурах, значительно ниже тех, при которых химические действия в целом прекращаются.

Опять же, мы можем предположить, что способность специального сенсибилизатора или красителя производить электроны для конкретного луча, который он поглощает, ответственна, или частично ответственна, за особую чувствительность, которую он придает пленке. Сэр Уильям Эбни показал, что эти сенсибилизаторы активны, даже если они нанесены в виде лака на чувствительную поверхность и удалены перед проявлением. Однако следует помнить, что при температурах около -50° эти сенсибилизаторы теряют большую часть своего влияния на пленку, как я указывал в статье, прочитанной перед Фотографическим конвентом 1894 года.

Мне кажется, что с этих точек зрения любопытное явление повторяющихся обращений не представляет собой проблемы, не поддающейся объяснению. Процесс фото-

210

ионизации, составляющий латентное изображение, где ион, вероятно, не нейтрализуется немедленно химическим соединением, представляет черты, сродни зарядке емкости — скажем, лейденской банки. Может возникнуть растущий потенциал между группами ионов, пока в конечном итоге не будет достигнута точка, когда произойдет спонтанная нейтрализация. Я могу заметить, что явления обращения, по-видимому, указывают на то, что изменение в молекуле бромистого серебра, какова бы ни была его природа, является изменением постепенно возрастающей интенсивности и, наконец, достигает максимума, когда происходит возврат к исходному состоянию. Максимум — это точка наиболее интенсивного проявляемого изображения. Вероятно, что сенсибилизатор — в данном случае желатин, в который погружен бромид серебра — играет роль в условиях стабильности, которые вовлечены.

Большой интерес во всех наших соображениях и теориях представляет недавняя работа Вуда по фотографическому обращению. Результат этой работы — как я его понимаю — показывает, что стабильность латентного изображения может быть самой разной в зависимости от способа его формирования. Таким образом, оказывается, что тот вид латентного эффекта, который вызывается давлением или трением, является наименее стабильным из всех. Он может быть обращен или стерт применением любой другой известной формы фотографического стимула. Так, воздействие рентгеновских лучей уничтожит его, или очень короткое воздействие света. Латентное изображение, возникающее от рентгеновских лучей, стоит следующим в порядке возрастающей стабильности. Световое действие удалит его. Третьим в порядке является очень короткий световой удар или внезапная вспышка. Это

211

не может быть обращено ни одним из вышеперечисленных способов стимуляции, но длительный волновой стимул, как от лампового света, обратит его. Последним и самым стабильным из всех является постепенно выстроенная конфигурация, обусловленная длительным воздействием света. Это может быть обращено только путем передозировки согласно известным фактам повторяющегося обращения. Вуд пользуется случаем, чтобы заметить, что эти явления плохо согласуются с теорией деформации Бозе. У нас, по сути, есть только один ресурс — аллотропная модификация галоида, — чтобы объяснить все эти порядки стабильности. Мне кажется, что гибкость электронной теории больше. Состояние ионизированной системы может быть очень разным в зависимости от того, возникает ли оно от длительных ритмических эффектов или от неорганизованных ударов. Ионизация из-за рентгеновских лучей или трения, вероятно, будет совершенно неорганизованной, та, что из-за света, — более или менее стабильной в зависимости от постепенного и мягкого характера действующих сил. Я думаю, мы вправе заключить, что в целом в прекрасных экспериментах Вуда нет ничего, что противоречило бы фотоэлектрическому происхождению фотографических эффектов, но что они скорее согласуются с тем, что можно было бы ожидать согласно этой теории.

Когда мы ищем дальнейшую поддержку взглядам, которые я изложил перед вами, мы сталкиваемся со многими трудностями. Я пока не обнаружил никакого электронного разряда из пленки под воздействием светового стимула. Это может быть связано с моими дефектными экспериментами или с фактом, отмеченным Эльстером и Гейтелем относительно фотоэлектрических свойств желатина.

212

Они получили энергичный эффект от светящейся краски Бальмена, но когда она была смешана в желатине, внешнего эффекта не было. Результаты Шмидта относительно продолжения фотоэлектрической активности, когда тела в целом растворяются друг в друге, заставляют нас полагать, что здесь вовлечено фактическое консервативное свойство среды, а не эффект этого на светящуюся краску. Этот консервативный эффект желатина может быть связан с его эффективностью в качестве сенсибилизатора.

Во взглядах, которые я изложил перед вами, я попытался показать, что недавнее дополнение к нашим знаниям об электроне как сущности, принимающей участие во многих физических и химических эффектах, следует иметь в виду при поиске объяснения способа происхождения латентного изображения.[1]

[1] Для более подробного изложения предмета и некоторых остроумных расширений высказанных выше взглядов см. «Фотоэлектричество» Г. Стэнли Аллена: Longmans, Green & Co., 1913.

213

ПЛЕОХРОИЧНЫЕ ГАЛО [1]

В настоящее время хорошо установлено, что атом гелия выбрасывается из некоторых радиоактивных элементов в момент трансформации. Атом гелия, или альфа-лучи, покидает трансформирующийся атом со скоростью, которая варьируется у разных радиоактивных элементов, но которая всегда очень велика, достигая 2 x 10^9 см в секунду; скорость, которая, если бы она не была сдержана, обнесла бы атом вокруг Земли менее чем за две секунды. Альфа-лучи несут положительный заряд, вдвое превышающий ионную величину.

Когда альфа-лучи выбрасываются из трансформирующегося элемента в газообразную среду, их скорость быстро сдерживается, а энергия поглощается. Таким образом, определенное количество энергии передается от трансформирующегося атома газу. Мы распознаем эту энергию в газе по измененным свойствам последнего; главным образом по тому факту, что он становится проводником электричества. Механизм, с помощью которого осуществляется это изменение, частично известен. Атомы газа, которые, по-видимому, свободно пронизываются альфа-лучами, расчленяются настолько, что дают заряженные электроны или ионы; атомы остаются заряженными равным и противоположным зарядом. Такая среда

[1] Лекция Хаксли, прочитанная в Бирмингемском университете 30 октября 1912 г. Bedrock, янв. 1913 г.

214

свободных электрических зарядов становится проводником электричества путем конвекции при приложении электродвижущей силы. Газ также приобретает другие свойства в силу своей ионизации. При определенных условиях он может приобрести химическую активность, и новые соединения могут быть сформированы или существующие разрушены. Когда его начальная скорость исчерпана, атом гелия отдает свои свойства как альфа-лучи и с тех пор остается обладателем обычной варьирующейся скорости теплового движения. Брэгг и Климан и другие исследовали путь альфа-лучей, когда их траектория или пробег лежат в газе при обычных или достижимых условиях давления и температуры. Мы рассмотрим некоторые из установленных фактов.

Пробег или расстояние, пройденное в газе при обычном давлении, составляет несколько сантиметров. Следующая таблица, составленная Гейгером, дает пробег в воздухе при температуре 15° C:

см. см. см. Уран 1 - 2,50 Торий - 2,72 Радиоактиний 4,60 Уран 2 - 2,90 Радиоторий 3,87 Актиний X - 4,40 Ионий - 3,00 Торий X - 4,30 Акт. эманация 5,70 Радий - 3,30 Торий эманация 5,00 Актиний A - 6,50 Рад. эманация 4,16 Торий A - 5,70 Актиний C - 5,40 Радий A - 4,75 Торий C1 - 4,80 Радий C - 6,94 Торий C2 - 8,60 Радий F - 3,77

Видно, что луч с наибольшим пробегом — это луч, исходящий от тория C2, который достигает расстояния 8,6 см. В семействе урана самый быстрый луч —

215

это луч радия C. Он достигает 6,94 см. Таким образом, существует заметная разница между предельными расстояниями, пройденными самыми энергичными лучами двух семейств. Самые короткие пробеги — у урана 1 и 2.

Ионизация, осуществляемая этими лучами, отнюдь не равномерна вдоль пути луча. Исследуя проводимость газа в разных точках вдоль пути луча, можно определить ионизацию в этих точках. На границах пробега ионизация

{Рис. 13}

прекращается. Таким образом, пробег, по сути, и определяется. Пунктирная кривая (рис. 13) изображает недавнее исследование ионизации, осуществляемой пучком параллельных лучей радия C в воздухе, как определено Гейгером. Пробег отложен горизонтально в сантиметрах. Числа ионов отложены вертикально. Удивительный характер результатов будет сразу очевиден. Мы ожидали бы, что луч в начале своего пути, когда его скорость и кинетическая энергия были наибольшими, был бы более эффективным, чем к концу своего пробега,

216

когда его энергия почти иссякла. Но кривая показывает, что все как раз наоборот. Замедляющийся луч, собирающийся отказаться от своих ионизирующих свойств, становится гораздо более эффективным ионизатором, чем он был вначале. Максимальная эффективность, однако, в случае пучка параллельных лучей, находится не совсем в конце пробега, а примерно в полусантиметре от него. Увеличение до максимума происходит быстро, падение от максимума до нуля — гораздо быстрее.

Можно показать, что ионизация, осуществляемая где-либо вдоль пути луча, обратно пропорциональна скорости луча в этой точке. Но это, очевидно, не относится к последним 5 или 10 мм пробега, где скорость ионизации и скорость луча меняются наиболее быстро. К чему следует отнести меняющиеся свойства лучей в конце их пути? Только недавно этот вопрос был прояснен.

Когда альфа-лучи достаточно замедляются, их способность проходить прямо сквозь атомы, не испытывая от них заметного воздействия, уменьшается. Противостоящие атомы начинают оказывать влияние на путь луча, немного отклоняя его. Более тяжелые атомы будут отклонять его сильнее всего. Этот эффект был очень успешно исследован Гейгером. Он известен как «рассеяние». Угол рассеяния быстро увеличивается с уменьшением скорости. Теперь эффект рассеяния будет заключаться в том, что некоторые лучи завершат свои пробеги

217

или, точнее, сойдут со своей прямой линии продвижения немного раньше других. В прекрасных экспериментах К. Т. Р. Вильсона мы можем получить наглядную демонстрацию рассеяния. Фотография (рис. 14), которой я обязан любезности г-на Вильсона, показывает отклонение луча к концу его пути. В

{Рис. 14}

этом случае путь луча был сделан видимым путем конденсации частиц воды под влиянием ионизации; атмосфера, в которой движется луч, находится в состоянии пересыщения водяным паром в момент прохождения луча. Очевидно, что если бы мы наблюдали ионизацию вдоль пучка параллельных лучей, все из которых начинаются с равной скоростью,

218

эффект изгиба некоторых лучей вблизи конца их пробега должен привести к уменьшению совокупной ионизации в самом конце предельного пробега. Ибо, по сути, некоторые лучи завершают свою работу по ионизации в точках газа до того, как будет достигнут конец. Это является причиной, или, по крайней мере, важной сопутствующей причиной, снижения ионизации вблизи конца пробега, когда наблюдаются эффекты пучка лучей. Объяснение не предполагает, что ионизирующая способность любого отдельного луча действительно уменьшается до того, как он окончательно перестает быть альфа-лучом.

Сплошная линия на рис. 13 дает кривую ионизации, которую, как можно ожидать, прочертил бы один альфа-луч. В ней ионизация продолжает увеличиваться, пока внезапно не прекращается вовсе, с полной потерей начальной кинетической энергии частицы.

Весьма замечательный факт был обнаружен Брэггом. Эффект атома, проходимого лучом, в сдерживании скорости луча не зависит от физического и химического состояния атома. Он измерял «тормозную способность» среды по расстоянию, на которое луч может проникнуть в нее, по сравнению с расстоянием, на которое он может проникнуть в воздух. Чем меньше отношение, тем больше тормозная способность. Тормозная способность вещества пропорциональна квадратному корню из его атомного веса. Тормозная способность атома не изменяется, если он находится в химическом соединении с другим атомом. Атомный вес — это единственное важное качество. Физическое

219

состояние, находится ли элемент в твердом, жидком или газообразном состоянии, не имеет значения. И когда мы имеем дело с молекулами, тормозная способность просто пропорциональна сумме квадратных корней атомных весов атомов, входящих в молекулу. Это «закон аддитивности», и он, очевидно, позволяет нам рассчитать, каким будет пробег в любом веществе известного химического состава и плотности по сравнению с пробегом в воздухе.

Это имеет особое значение в связи с явлениями, которые мы должны рассмотреть в настоящее время. Это означает, что, зная химический состав и плотность любой среды, твердой, жидкой или газообразной, мы можем точно рассчитать расстояние, на которое проникнет любой конкретный альфа-луч. И температура, и давление, которым подвергается среда, не имеют никакого влияния, за исключением того, насколько они могут влиять на близость одного атома к другому. Замедление альфа-луча в атоме не затрагивается.

Этот ценный закон аддитивности, однако, не может быть применен в строгом смысле к величине ионизации, сопровождающей луч. Форма молекулы, или, более общо, ее объем, может оказывать влияние на это. Брэгг делает вывод из этого факта, а также из заметного увеличения ионизации при потере скорости, что ионизация зависит от времени, которое луч проводит в молекуле. Энергия луча, действительно, оказывается менее эффективной в производстве ионизации в меньшем атоме.

220

Прежде чем оставить наш обзор общих законов, регулирующих прохождение альфа-лучей через материю, необходимо упомянуть еще один интересный момент. Мы до сих пор говорили в общих чертах о том факте, что ионизация сопровождает прохождение луча. Мы ничего не сказали о природе производимой таким образом ионизации. Но на самом деле ионизация, обусловленная альфа-лучами, является sui generis (своеобразной). Взгляд на одну из фотографий Вильсона (рис. 14) иллюстрирует это. Белая полоса частиц воды отмечает путь луча. Произведенные ионы, очевидно, тесно сгруппированы вдоль траектории луча. Они были вызваны к существованию в очень малый момент времени. Теперь мы знаем, что ионы противоположного знака, если их оставить самим себе, рекомбинируют. Скорость рекомбинации зависит от произведения числа ионов каждого знака, присутствующих в единице объема. Здесь числа очень велики, а объем очень мал. Поэтому ионная плотность высока, и рекомбинация очень быстро удаляет ионы после их образования. Мы видим здесь особенность ионизации, осуществляемой альфа-лучами. Она линейна по распределению и очень локальна. Большая часть ионизации в газах снова уничтожается рекомбинацией до того, как диффузия приведет к разделению ионов. Эта «начальная рекомбинация» наиболее велика к концу пути луча, где ионизация является максимальной. Здесь она может быть настолько эффективной, что форма кривой полностью теряется, если не используется очень большая электродвижущая сила для разделения ионов при исследовании ионизации.

221

Мы рассмотрели недавнюю работу достаточно подробно, чтобы понять нечто о природе самого важного достижения, когда-либо сделанного в наших знаниях об атоме. Давайте кратко взглянем на то, что мы узнали. Радиоактивный атом, опускаясь до более низкого атомного веса, выбрасывает с огромной скоростью атом гелия. Таким образом, он теряет определенную часть своей массы и своей энергии. Гелий, который химически является одним из самых инертных элементов, будучи наделенным такой большой кинетической энергией, способен проникать и ионизировать атомы, которые он встречает на своем пути. Он тратит свою энергию в акте их ионизации, останавливаясь, когда движется в воздухе, через несколько сантиметров. Его начальная скорость зависит от конкретного радиоактивного элемента, который дал ему начало. Длина его пути, следовательно, различна в зависимости от радиоактивного элемента, из которого он исходит. Замедление, которое он испытывает на своем пути, зависит исключительно от атомного веса атомов, которые он пересекает. По мере продвижения по своему пути его эффективность в ионизации атома быстро возрастает и достигает очень заметного максимума. В газе произведенные ионы, будучи сильно скученными вместе, быстро рекомбинируют; настолько быстро, что фактическая ионизация может быть полностью скрыта, если не приложена достаточно сильная электрическая сила для их разделения. Таково краткое резюме кульминации радиоактивного открытия: рождение, жизнь и смерть альфа-лучей. Их приход в науку фундаментально изменил наше представление о

222

материи. Он чреват важными последствиями для геологической науки. Как работа альфа-лучей иногда записывается видимым образом в горных породах и что мы можем узнать из этой записи, я предлагаю теперь представить вам.

В некоторых минералах, особенно в коричневой разновидности слюды, известной как биотит, микроскоп выявляет крошечные круговые отметки, встречающиеся здесь и там, совершенно нерегулярно. Наиболее обычный вид — это круговая область, более темная по цвету, чем окружающий минерал. Радиусы этих маленьких дискообразных отметок, когда они хорошо определены, оказываются удивительно единообразными, в некоторых случаях четыре сотых миллиметра, а в других — около трех сотых. Это измерения в биотитах. В других минералах измерения не совсем такие, как в биотитах. Такие крошечные объекты совершенно невидимы невооруженным глазом. В некоторых породах они очень обильны, действительно, они могут быть скучены вместе в таких количествах, что затемняют цвет минерала, содержащего их. Они долгое время были загадкой для петрологов.

Тщательное исследование показывает, что в центре круга всегда есть маленькое пятнышко инородного тела, и часто можно идентифицировать природу этого центрального вещества, каким бы маленьким оно ни было. Чаще всего обнаруживается, что это минерал циркон. Теперь этот минерал, как показал Стратт, содержит радий в количествах, значительно превышающих те, что найдены в обычных горных породах.

223

Некоторый другой минерал может иногда образовывать ядро, но мы никогда не находим такого, который, как известно, не был бы особенно склонен содержать радиоактивное вещество. Еще одно обстоятельство мы замечаем. Чем меньше это центральное ядро, тем совершеннее по форме затемненная круговая область, окружающая его. Когда круг очень совершенен, а центральный минерал четко определен в его центре, мы находим путем измерения, что радиус затемненной области обычно составляет 0,033 мм. Иногда он может быть 0,040 мм. Это всегда измерения в биотитах. В других минералах радиусы немного другие.

Мы видим на фотографии (табл. XXIII, нижний рисунок), сильно увеличенной, гало, содержащееся в биотитах. Мы смотрим на область в срезе породы, причем порода сточена до такой толщины, что свет свободно проходит через нее. Биотит находится в центре поля. Кварц и полевой шпат окружают его. Порода — гранит. Биотит — не весь один кристалл. Два кристалла, взаимно наклоненные, разрезаны поперек. Гало простирается через оба кристалла, но из-за того, что при съемке фотографии используется поляризованный свет, оно кажется темнее в одном кристалле, чем в другом. Мы видим циркон, который составляет ядро. Тонкий полосчатый вид биотита обусловлен спайностью этого минерала, который разрезан поперек в срезе.

Возникает вопрос, не может ли затемненная область, окружающая циркон, быть обусловлена влиянием радиоактивных веществ, содержащихся в цирконе. Экстраординарная

224

единообразность радиальных измерений идеально сформированных гало (используя название, под которым они давно известны) предполагает, что они могут быть результатом альфа-излучения. Ибо в этом случае, как мы видели, мы можем сразу объяснить определенный радиус как просто представляющий пробег луча в биотитах. Самый далеко идущий луч определит радиус гало. В случае семейства урана это будет радий C, а в случае тория — торий C. Теперь здесь мы обладаем средством сразу подтвердить или отвергнуть взгляд, что гало является радиоактивным явлением и вызвано альфа-излучением; ибо мы можем рассчитать, каким будет пробег этих лучей в биотитах, воспользовавшись законом аддитивности Брэгга, о котором уже упоминалось. Когда мы делаем этот расчет, мы находим, что радий C проникает ровно на 0,033 мм, а торий C — на 0,040 мм. Доказательство того, что мы имеем дело с эффектами альфа-лучей, завершено. Заметьте теперь, что совпадение измерения и расчета является не только доказательством взгляда, что альфа-излучение вызвало гало, но и очень полным подтверждением важного факта, изложенного Брэггом, что тормозная способность зависит исключительно от атомного веса атомов, проходимых лучом.

Мы видели, что наше исследование горных пород выявляет только два вида гало: радиевое гало и ториевое гало. Это не без поучения. Ибо почему не найти актиниевое гало? Теперь Резерфорд давно предположил, что этот элемент и его производные были

225

вероятно, потомками семейства урана; боковой ветвью, так сказать, в формировании которой участвовало относительно немного трансформирующихся атомов. Согласно теории Резерфорда, актиний должен всегда сопровождать уран и радий, но в очень подчиненном количестве. Отсутствие актиниевых гало ясно поддерживает этот взгляд. Ибо если бы актиний был независимым элементом, мы были бы уверены, что найдем актиниевые гало. Разница в радиусе должна быть заметной. Если, с другой стороны, актиний

всегда ассоциировался с ураном и радием, то его эффекты были бы поглощены гораздо более мощными эффектами элементов уранового ряда.

Вам, вероятно, уже приходило в голову, что если радиоактивное происхождение гало не вызывает сомнений, то форма гало на самом деле не круглая, а сферическая. Это так. Не существует дискообразных гало. Гало представляет собой сферический объем, содержащий радиоактивное ядро в центре. Поэтому истинный радиус гало можно измерить только на срезах, проходящих через ядро.

226

Чтобы понять способ формирования гало, полезно изучить на диаграмме процессы, происходящие внутри сферы гало. Такая диаграмма представлена на рис. 15. На ней в относительно правильном масштабе показан предельный пробег всех членов уранового и ториевого семейств, испускающих альфа-лучи. Мы знаем, что каждый член семейства будет существовать в равновесном количестве внутри ядра, содержащего материнский элемент. Каждый альфа-луч, покидающий ядро, достигает своего предела пробега и затем перестает воздействовать на слюду. Следовательно, внутри сферы гало должны накапливаться эффекты влияния всех лучей. У каждого из них есть своя сфера влияния, и все эти сферы концентрические.

Радиусы различных сфер в биотитах приведены в следующей таблице

УРАНОВОЕ СЕМЕЙСТВО. Радий C — 0,0330 мм. Радий A — 0,0224 мм. Эманация радия — 0,0196 мм. Радий F — 0,0177 мм. Радий — 0,0156 мм. Ионий — 0,0141 мм. Уран 1 — 0,0137 мм. Уран 2 — 0,0118 мм.

ТОРИЕВОЕ СЕМЕЙСТВО. Торий C' — 0,040 мм. Торий A — 0,026 мм. Эманация тория — 0,023 мм. Торий C'' — 0,022 мм. Торий X — 0,020 мм. Радиоторий — 0,119 мм. Торий — 0,013 мм.

На фотографии (табл. XXIV, нижний рисунок) мы видим урановое и ториевое гало в одном и том же кристалле слюды. Слюда находится в шлифе горной породы и разрезана поперек спайности. Эффекты тория C' отчетливо видны

227

в виде более светлой каймы, окружающей накопленное внутреннее потемнение, вызванное другими лучами тория. Урановое гало (справа) аналогичным образом демонстрирует эффекты радия C, но менее отчетливо.

Гало, которые равномерно темные по всей площади, как описано выше, на самом деле являются «переэкспонированными», если заимствовать знакомый фотографический термин. Встречаются гало, демонстрирующие множество прекрасных внутренних деталей. Слишком интенсивное воздействие скрывает эти детали, точно так же, как детали теряются на переэкспонированной фотографии. Мы можем также наблюдать «недоэкспонированные» гало, в которых действие отдельных лучей неполное или в которых действие некоторых лучей оставило лишь незначительный след. Начиная с наиболее недоэкспонированных гало, мы находим круглые темные отметки радиусом 0,012 или 0,013 мм. Эти гало обусловлены ураном, хотя их внутреннее потемнение, несомненно, усиливается прохождением лучей, количество которых было слишком мало, чтобы распространить потемнение за пределы интенсивных эффектов двух урановых лучей. Затем мы находим гало, доходящие до радиусов 0,016, 0,018 и 0,019 мм. Последние иногда демонстрируют очень красивые внешние кольца с радиальными размерами, которые были бы созданы радием A и радием C. Наконец, у нас могут быть гало, в которых внутренние детали теряются вплоть до радиуса, обусловленного эманацией или радием A, в то время как снаружи этого плавает кольцо, обусловленное радием C. Могут возникать определенные вариации этих эффектов, по-видимому, отмечающие различные стадии экспозиции. Таблицы XXIII и XXIV (верхний рисунок) иллюстрируют некоторые из этих стадий;

228

последняя фотография сильно увеличена, чтобы четко показать сферу гало радия A.

В большинстве упомянутых выше случаев структура явно показывает существование концентрических сферических оболочек потемневшего биотита. Это очень интересный факт. Ибо он доказывает, что в минерале альфа-луч вызывает такое же увеличение ионизации к концу своего пробега, как определил Брэгг в случае с газами. И мы должны сделать вывод, что гало в каждом случае растет именно таким образом. Сначала образуется сферическая оболочка потемневшего биотита, а внутреннее окрашивание происходит только тогда, когда более слабая ионизация вдоль пути луча в течение веков приводит к достаточному изменению минерала. Эта более слабая ионизация вблизи ядра усиливается тем фактом, что там все лучи объединяются для увеличения ионизации, и, кроме того, несколько путей там сближаются из-за сходимости к центру. Отсюда самые элементарные гало редко показывают четкие кольца, обусловленные ураном и т. д., а выглядят как эмбриональные дискообразные отметины. Фотографии иллюстрируют многие фазы развития гало.

Резерфорду удалось создать гало искусственно, сжав в капиллярной стеклянной трубке некоторое количество эманации радия. По мере распада эманации возникали различные производные продукты, и все отдельные альфа-лучи проникали в стекло, затемняя стенки капилляра до предела пробега радия C в стекле. На табл. XXV показан увеличенный срез

229

трубки. Темная центральная часть — это капилляр. Трубчатое гало окружает его. Однако этот эксперимент был предвосхищен на многие десятки миллионов лет, ибо здесь мы видим тот же эффект в кристалле биотита (табл. XXV). Вдоль того, что, по-видимому, является трубчатыми каналами или трещинами в слюде, перемещался раствор, богатый радиоактивными веществами; вероятно, во время окончательной консолидации гранита, в котором встречается слюда. Вдоль этих каналов развилось непрерывное и очень регулярное гало. Цепочка сфер гало может лежать вдоль таких проходов. Мы должны сделать вывод, что растворы или газы, способные создавать радиоактивные ядра, перемещались вдоль этих каналов, и мы вправе спросить, не являются ли все гало в этом биотите в этом смысле вторичными по происхождению. Добавлю, что многое подтверждает такой вывод.

Широкое распространение радиоактивных веществ легче всего оценить при изучении срезов горных пород, нарезанных достаточно тонко для микроскопического исследования. Действительно, трудно найти в более древних породах гранитного типа слюду, которая не демонстрировала бы гало или следы гало. Часто мы обнаруживаем, что каждое из включений в слюде — то есть каждое из ранее сформировавшихся веществ — содержит радиоактивные элементы, на что указывает наличие потемневших границ. Как будет показано далее, вовлеченные количества, как правило, ничтожно малы. Например, прямым определением было установлено, что в одном грамме богатой гало слюды из графства Карлоу содержится чуть менее двенадцати миллиардных долей грамма радия. Мы