Потребовалось пройти через множество утомительных и трудных шагов, прежде чем удалось прийти даже к нашим нынешним знаниям, сколь бы неполными они ни были. Тем не менее счастливая случайность с проявлением пластинки у Беккереля положила начало долгой серии экспериментов, которые привели к открытию радия, уже совершившему революцию в некоторых из самых фундаментальных представлений физики и химии.
Примечательно, что открытием этого удивительного элемента мы обязаны женщине — мадам Склодовской-Кюри, жене французского профессора и физика. Мадам Кюри начала свою работу в 1897 году с систематического изучения нескольких минералов, содержащих уран и торий, и вскоре открыла примечательный факт: в них присутствовал некий агент, обладающий более мощной радиоактивностью, чем сам металлический уран. Она задалась целью отыскать этот агент и во взаимодействии со своим мужем, профессором Пьером Кюри, провела множество тестов и экспериментов. Наконец, в руде урановой смолки они обнаружили не одно, а сразу три вещества с высокой радиоактивностью. Урановая смолка, или уранинит, представляет собой интенсивно черный минерал с удельной плотностью 9,5 и встречается в коммерческих количествах в Богемии, английском Корнуолле и некоторых других местах. Он содержит сульфид свинца, известь, кремнезем и другие соединения.
Радиоактивному веществу, сопровождавшему висмут, извлеченный из урановой смолки, супруги Кюри дали название полоний. Вещество, сопутствовавшее барию, взятому из той же руды, они назвали радием, а веществу, обнаруженному среди редких земель урановой смолки, Дебьерн присвоил название актиний.
Ни один из этих элементов не был выделен, то есть отделен в чистом виде от сопутствующей руды. Поэтому «чистый радий» — это неверное название, хотя мы часто слышим этот термин. [Сноска: С тех пор как было написанного выше, мадам Кюри объявила Парижской академии наук, что ей удалось получить чистый радий. Совместно с профессором Дебьерном она обработала электролитическим методом дециграмм бромида радия, получив амальгаму, из которой путем дистилляции был извлечен металлический радий.] Все, что удавалось получить — это какую-либо из его более простых солей или соединений, и до недавнего времени даже они не были приготовлены в чистом виде. Самая распространенная форма этого элемента, который сам по себе весьма далек от распространенности, — это то, что в химии известно как хлорид радия, представляющий собой комбинацию хлора и радия. Он представляет собой серовато-белый порошок, несколько напоминающий обычную крупную поваренную соль. Чтобы получить количество, достаточное для взвешивания хотя бы одного грана, требуется переработать 1200 фунтов урановой смолки.
Второй формой радия является бромид. В таком виде он стоит 5000 долларов за гран, а если бы удалось получить фунт, его стоимость составила бы три с половиной миллиона долларов.
Радий, в каком бы из его соединений мы его ни рассматривали, способен передавать свое свойство радиоактивности другим телам. Любой материал, помещенный рядом с радием, становится радиоактивным и сохраняет эту активность в течение значительного времени после удаления. Даже человеческое тело приобретает эту наведенную активность, и это иногда приводит к неприятностям, поскольку в деликатных экспериментах результаты могут быть сведены на нет воздействием элемента на личность экспериментатора.
Несмотря на колоссальное количество выделяемой радием энергии, сам он, по-видимому, не изменяется: не наблюдается ни заметной потери веса, ни какого-либо микроскопического или химического изменения в исходном теле. Профессор Беккерель заявлял, что если покрыть химически чистым радием поверхность площадью в один квадратный сантиметр, он потеряет всего одну тысячную миллиграмма веса за миллион лет.
Радий — это тело, которое выделяет энергию непрерывно и самопроизвольно. Это высвобождение энергии проявляется в различных эффектах его излучения и эманации, и особенно в выделении тепла. Между тем, согласно самым фундаментальным принципам современной науки, вселенная содержит определенный запас энергии, который может проявляться в различных формах, но не может быть увеличен. По утверждению сэра Оливера Лоджа, каждый кубический миллиметр эфира содержит столько энергии, сколько ее выделила бы работающая непрерывно на протяжении сорока тысяч лет электростанция мощностью в миллион лошадиных сил. Это утверждение, вероятно, основано на том факте, что каждая корпускула в эфире вибрирует со скоростью света, то есть примерно 186 000 миль в секунду.
Раньше считалось, что атом — это наименьшее подразделение в природе. Ученые долго придерживались атомной теории, но в конце концов она была опровергнута, и вместо того чтобы быть первичным и неделимым, атом предстает перед нами как весьма сложное образование, своего рода миниатюрная солнечная система, центр разнообразного притяжения молекул, корпускул и электронов. Если бы мы продолжали держаться атомной теории и отрицали существование меньших подразделений материи, не нашлось бы объяснения излучениям радия, поскольку, как полагает современная наука, эти излучения представляют собой не что иное, как выброс миллионов электронов.
Радий испускает три отчетливых типа лучей, названных по первым трем буквам греческого алфавита — альфа, бета, гамма, — помимо газовой эманации, как это делает торий, являющийся мощным радиоактивным веществом. Альфа-лучи составляют девяносто девять процентов всех лучей и состоят из положительно заряженных частиц. Под воздействием магнетизма они могут отклоняться. Они обладают слабой проникающей способностью и легко поглощаются при прохождении через лист бумаги или через несколько дюймов воздуха.
Бета-лучи состоят из отрицательно заряженных частиц, или корпускул, размером приблизительно в одну тысячную от частиц, составляющих альфа-лучи. Они напоминают катодные лучи, образующиеся при электрическом разряде внутри сильно откачанной вакуумной трубки, но действуют с гораздо большей скоростью; они могут легко отклоняться магнитом, разряжают наэлектризованные тела, воздействуют на фотопластинки, сильно стимулируют фосфоресцирующие тела и обладают высокой проникающей способностью.
Данные излучения в миллион раз мощнее излучений урана. Они обладают множеством любопытных свойств.
Если поместить фотопластинку поблизости от радия, она подвергнется воздействию почти мгновенно при отсутствии экрана, преграждающего путь лучам; с экраном действие происходит медленнее, но оно все же имеет место даже сквозь толстые складки, поэтому можно получать рентгенограммы, и таким образом радий используется в хирургии для осмотра анатомического строения, внутренних органов и обнаружения пуль и других инородных тел в организме.
Стеклянный сосуд, содержащий радий, самопроизвольно заряжается электричеством. Если на стекле есть слабое место, скажем царапина, в этой точке возникает электрическая искра, и сосуд рассыпается, точно лейденская банка при перезарядке.
Радий выделяет тепло спонтанно и непрерывно. Твердая соль радия развивает такое количество тепла, что на каждый отдельный грамм приходится испускание ста калорий в час; иными словами, радий способен растопить массу льда, равную его собственному весу, за один час.
В результате выделения тепла температура радия всегда на несколько градусов выше температуры окружающей среды.
Когда раствор соли радия помещают в закрытый сосуд, радиоактивность частично покидает раствор и распространяется по всему сосуду, стенки которого становятся радиоактивными и светящимися.
Радий воздействует на химические составляющие стекла, фарфора и бумаги, придавая им фиолетовый оттенок, превращает белый фосфор в желтый, кислород в озон и производит множество других любопытных химических изменений.
Мы уже говорили, что он может служить хирургу при физических осмотрах тела на манер рентгеновских лучей. Однако он не получил широкого применения в этом направлении из-за своей редкости и запретительной цены. Он дал превосходные результаты при лечении некоторых кожных заболеваний, рака и т. д. Тем не менее он может оказывать весьма пагубное воздействие на живые организмы. Он вызывал паралич и смерть у собак, кошек, кроликов, крыс, морских свинок и других животных, и несомненно может аналогичным образом воздействовать на людей. Профессор Кюри утверждал, что одного грамма химически чистого радия было бы достаточно, чтобы уничтожить жизнь каждого мужчины, женщины и ребенка в Париже, если бы они были раздельно и надлежащим образом подвергнуты его воздействию.
Радий уничтожает всхожесть семян и задерживает рост определенных форм жизни, таких как личинки, так что они не переходят в стадии куколки и взрослого насекомого, а остаются в состоянии личинок.
На определенном расстоянии он заставляет выпадать шерсть у мышей, но, напротив, на том же расстоянии усиливает рост волос или шерсти у кроликов.
Он часто производит тяжелые ожоги на руках и других частях тела, слишком долго подвергавшихся его воздействию.
Он способен проникать сквозь газы, жидкости и все обычные твердые тела, даже сквозь много дюймов твердейшей стали. Известно, что при сравнительно коротком экспонировании он частично парализовал наэлектризованный стержень.
Ни жара, ни холод ни в малейшей степени не влияют на его радиоактивность. Он испускает совсем немного света, и его свечение в значительной мере объясняется возбуждением примесей в радии мощными, но невидимыми лучами радия.
Радий мощно стимулирует различные минеральные и химические вещества, рядом с которыми его помещают. Он служит безошибочным тестом на подлинность бриллианта. Настоящий бриллиант сильно фосфоресцирует при сближении с ним, тогда как искусственный или поддельный не светится вовсе.
Как видно, изучение свойств радия представляет огромный интерес. Это справедливо и в отношении двух других элементов, обнаруженных в рудах урана и тория, а именно полония и актиния. Полоний, названный так в честь родины мадам Кюри, при первом извлечении из урановой смолки столь же активен, как и радий, но его энергия вскоре убывает, и в концеಾಗಲೇ он становится инертным, поэтому экспериментов или исследований с ним проводилось мало. То же самое можно сказать и об актинии.
Процесс получения радия из урановой смолки чрезвычайно утомителен, кропотлив и требует огромного терпения. Остаток урановой смолки, из которой уран был извлечен путем сплавления с карбонатом натрия и растворения в разбавленной серной кислоте, содержит радий наряду с другими металлами; его кипятят с концентрированным раствором карбоната натрия, а раствор остатка в соляной кислоте осаждают серной кислотой. Нерастворимые сульфаты бария и радия, после превращения их в хлориды или бромиды, разделяют путем многократной фракционированной кристаллизации.
Один килограмм нечистого бромида радия получается из тонны остатка урановой смолки после процессов, продолжающихся около трех месяцев, в течение которых расходуется пять тонн химикатов и пятьдесят тонн промывной воды.
Как уже было сказано, этот элемент никогда не был изолирован или отделен в своем металлическом или чистом состоянии, и большинство его соединений являются нечистыми. Банки радия были учреждены в Лондоне, Париже и Нью-Йорке.
Всякий раз, когда радий используется в хирургии для операции, требуется по меньшей мере около пятидесяти миллиграммов, и банки сдают это количество в аренду примерно за 200 долларов в день. При покупке цена за такое количество составила бы 4000 долларов.
ГЛАВА IV
КИНОКАРТИНЫ Фотографирование движения — Кинетоскоп Эдисона — Кинематограф Люмьера — Перед камерой — Миссия движущейся картинки.
Мало кто осознает всю обширность сферы, охватываемой движущимися картинками. В своем двойном качестве развлечения и просвещения она не имеет конкурентов на горизонте. В качестве преподавателя наука ежедневно расширяет сферу применения кинокартины в иллюстративных целях. В самых разных областях фильмы стремительно вытесняют учебники. Каждое направление, поддающееся фотографической демонстрации, охватывается движущимися картинками. В настоящее время создаются негативы сложнейших хирургических операций, и они обучают студентов лучше, чем наблюдение реальных операций, поскольку в критический момент операции киноаппарат можно остановить, чтобы позволить студенту еще раз рассмотреть, как именно все выполняется, тогда как у операционного стола хирург должен продолжать свою работу, пытаясь спасти жизнь, и не может объяснять каждый шаг процесса операции. Нет сомнений, что аппарат для показа движущихся картин сыграет важнейшую роль в будущем обучении хирургии.
В научной области естествоиспытателей он уже играет важнейшую роль. В настоящее время в связи с киноаппаратами усовершенствовано устройство для микрофотографии, с помощью которого объекты увеличиваются в огромной степени. Благодаря этому анализ вещества может быть проиллюстрирован лучше, чем любым другим способом. Например, капля воды выглядит как настоящий зоопарк с ужасного вида существами, извивающимися и копошащимися в ней, и заставляет чувствовать так, будто никогда больше не захочешь пить воду.
Движущаяся картинка в своем общем проявлении — это развлечение и просвещение в одном флаконе, и в таком качестве она вытеснила театр. Подсчитано, что в настоящее время в Америке насчитывается свыше 20 000 кинотеатров, которые ежедневно посещают почти десять миллионов человек. Сомнительно, чтобы посещаемость театров в лучшие дни зимнего сезона достигала пяти миллионов.
По своему значению движущаяся картинка далеко выходит за рамки мелких функций комедии и трагедии. Гротескный фарс водевиля и дешевое зрелище, в лучшем случае взывающее лишь к сентиментальности, а в худшем — часто к низменным страстям.
Несмотря на похотливую оппозицию, она делает стремительные успехи. Она очень прочно входит в просветительские и развлекательные отделы мировой учебной программы. Миллионы долларов ежегодно тратятся на производство фильмов. Собираются труппы обученных и практикующих актеров для разыгрывания пантомим, которые концентрируют в пространстве нескольких минут самые занимательные и поучительные эпизоды истории и главные события мира.
На всех великих событиях, где бы они ни происходили, различные кинокомпании держат на передовой обученных людей, готовых со своими камерами «поймать» каждый инцидент, каждое движение, вплоть до моргания ресниц, чтобы «домоседы» могли увидеть представление столь же хорошо и с гораздо большим комфортом, чем если бы они проехали сотни или даже тысячи миль, чтобы присутствовать лично.
Как возникли движущиеся картинки? Каковы были истоки и когда они появились? Вроде бы общепринято считать, что зарождение анимированных картин связано с Эдисоном, который спроектировал биограф в 1887 году, взяв за основу ту удивительную и остроумную игрушку — зоотроп. Однако задолго до 1887 года несколько изобретательных людей обратили свое внимание на средства придания видимой анимации картинкам. Первым, кто добился определенного успеха, был Эдвард Мейбридж, фотограф из Сан-Франциско. Это произошло в 1878 году. Внедрение мгновенного процесса произвело революцию в фотографии. Благодаря использованию чувствительных пленок из желатино-бромосеребряной эмульсии время, необходимое для воздействия обычного дневного света при создании фотографии, было сокращено до ничтожно малой доли секунды. Мейбридж использовал эти пленки для фотографического анализа движения животных. Рядом с ипподромом он установил батарею камер, причем каждая камера снабжалась пружинным затвором, управляемым нитью, натянутой поперек дорожки. Бегущая лошадь разрывала каждую нить в момент прохождения перед камерой, и таким образом двадцать или тридцать ее снимков делалось в быстрой последовательности в течение одной или двух секунд времени. Из полученных таким образом негативов составлялась серия позитивов в правильном порядке на полоске чувствительной бумаги. При осмотре этой полоски с помощью зоотропа получалось воспроизведение движений лошади.
Зоотроп был игрушкой, знакомой детям; его иногда называли колесом жизни. Это было приспособление, состоящее из цилиндра шириной около десяти дюймов, открытого сверху, по нижнему внутреннему краю которого располагалась серия связанных между собой картинок. Затем цилиндр быстро вращался, и зритель, глядя через вертикальные узкие щели на его внешней поверхности, мог вообразить, что картинки внутри движутся.
Мейбридж разработал прибор, который он назвал зоопраксископом, для оптического проецирования своих фотографий для зоотропа. Последовательность позитивов располагалась в надлежащем порядке на стеклянном диске диаметром около 18 дюймов вблизи его окружности. Этот диск был удобно смонтирован для быстрого вращения, так что каждая картинка проходила перед конденсатором оптического фонаря. Трудности, связанные с подготовкой картинок на диске и манипулированием зоопраксископом, помешали этому прибору привлечь к себе большое внимание. Тем не менее, художественно говоря, он стал предшественником многочисленных «графов», «скопов» и аппаратов для показа движущихся картин сегодняшнего дня.
Именно в 1887 году у Эдисона зародилась идея объединить со своим фонографом, который к тому времени добился заметного успеха, прибор, который воспроизводил бы для глаза эффект движения посредством быстрой и упорядоченной смены картинок, так чтобы воспроизведение членораздельных звуков, как в фонографе, сопровождалось воспроизведением движения, естественным образом с ними связанного.
Принцип работы прибора был подсказан Эдисону зоотропом, и, конечно, он прекрасно знал, чего Мейбридж добился в области создания движущихся картинок с животными почти десятью годами ранее. Однако Эдисон не использовал батарею камер, как это делал Мейбридж, а сконструировал особую форму камеры, в которой длинная полоса светочувствительной пленки быстро перемещалась за объективом, снабженным затвором, устроенным так, чтобы попеременно пропускать и перекрывать свет от движущегося объекта. Он отрегулировал механизм так, чтобы производилось 46 экспозиций в секунду, причем пленка оставалась неподвижной в течение мгновенного времени выдержки, после чего продвигалась вперед достаточно далеко, чтобы в надлежащее положение встала новая поверхность. Время перемещения составляло около одной десятой от времени, отведенного на выдержку, так что фактическое время выдержки составляло примерно одну пятидесятую долю секунды. Пленка двигалась, с учетом смен положений и остановок для выдержки, со средней скоростью чуть более фута в секунду, так что отрезок пленки длиной около пятидесяти футов получал от 700 до 800 отпечатков за цикл в 40 секунд.