Приключения Мистера Томпкинса - Георгий Гамов

— Подумать только! — воскликнул мистер Томпкинс. — Это действительно превосходит все фокусы с разноцветными носовыми платками, какие только мне приходилось видеть. А можете ли вы вернуть шарам их исходную окраску?

— Да, я вотру зеленую краску в поверхность красного шара, от чего шар снова станет белым. Разумеется, для этого придется затратить определенное количество энергии. Другой способ состоит в том, чтобы соскрести с шара красную краску, но и он требует затрат энергии. Соскобленная с поверхности протона красная краска образует красную каплю, т. е. положительно заряженный электрон, о котором вам, должно быть, приходилось слышать.

— О да, когда я был электроном, — начал было мистер Томпкинс, но во время спохватился, — т. е. я хочу сказать, что слышал, будто положительные и отрицательные электроны при столкновении аннигилируют, т. е. взаимно уничтожаются. Не могли бы вы проделать этот трюк для меня?

— С удовольствием, — ответил старый мастер. — Делается это очень просто. Я не стану соскребать краску с этого протона. У меня и так осталась парочка-другая протонов от утренней работы.

Открыв один из ящиков, он извлек из него небольшой ярко-красный шар и, крепко держа его между указательным и большим пальцами, прижал к зеленому шару, лежавшему на столе. Последовал громкий треск, словно взорвалась хлопушка, и оба шара одновременно исчезли.

— Видели? — спросил резчик, дуя на слегка обожженные пальцы. — Поэтому из электронов и нельзя строить ядра. Однажды я попытался, но потом бросил эту затею и теперь строю ядра только из протонов и нейтронов.

— Но ведь нейтроны тоже нестабильны, если я не ошибаюсь? — спросил мистер Томпкинс, вспоминая превращения белого шара.

— Если брать нейтроны поодиночке, то они действительно нестабильны. Но когда они плотно упакованы в ядре и окружены другими частицами, то становятся стабильными. Если же нейтронов или протонов становится слишком много, то они могут претерпевать превращения и испускать из ядра лишнюю краску в виде положительно или отрицательно заряженных электронов. Такие события мы называем бета-распадом.

— Используете ли вы при изготовлении ядер клей? — поинтересовался мистер Томпкинс.

— Нет, никакой клей мне не нужен, — ответил старый мастер. — Эти частицы, извольте видеть, сами слипаются, стоит лишь поднести их друг к другу. Попробуйте сами, если хотите.

Последовав этому любезному приглашению, мистер Томпкинс взял в одну руку протон, в другую нейтрон и осторожно начал их сближать. Он сразу же почувствовал сильное притяжение и, взглянув на частицы, заметил чрезвычайно странное явление: частицы начали обмениваться окраской, становясь попеременно то красными, то белыми. Казалось, будто красная краска «перепрыгивает» с шара в правой руке на шар в левой руке, а затем с шара в левой руке снова на шар в правой руке. «Перекраска» шаров происходила так быстро, что казалось, будто между шарами протянулась розоватая лента, по которой то в одну, то в другую сторону перетекала краска.

— Мои друзья-теоретики называют это обменным взаимодействием, — заметил старый мастер, посмеиваясь над удивлением мистера Томпкинса. — Если угодно, можно сказать, что оба шара хотят быть красными, но поскольку они не могут быть красными одновременно, шары как бы попеременно перетягивают красную окраску к себе. Ни один из шаров не желает уступать другому, и поэтому шары вынуждены прилипнуть друг к другу и сосуществовать, покуда вы не разделите их насильно. А теперь я хочу показать вам, как просто изготовить любое ядро, какое вы только пожелаете. Какое ядро вам нравится больше других?

— Золото, — ответил мистер Томпкинс, помня об амбициях средневековых алхимиков.

— Золото? Сейчас посмотрим, — пробормотал себе под нос старый мастер, оборачиваясь к огромной таблице, висевшей на стене. — Ядро золота весит 197 единиц и несет 79 положительных электрических зарядов. Значит, для изготовления ядра золота я должен взять 79 протонов и 118 нейтронов — тогда масса ядра получится правильной.

Отсчитав нужное количество шаров каждого сорта, мастер поместил их в высокий цилиндрический сосуд и вставил в него тяжелый деревянный поршень. Затем изо всех сил он налег на поршень, пытаясь сдвинуть его вниз.

— Это необходимо для того, — пояснил он мистеру Томпкинсу, — чтобы преодолеть сильное электрическое отталкивание между положительно заряженными протонами. Лишь после того, как сжатие поршнем преодолеет отталкивание протонов, протоны и нейтроны слипнутся под действием обменных сил и образуют ядро золота.

С силой опустив поршень до отказа вниз, мастер вынул его и быстро перевернул цилиндрический сосуд. Блестящий розоватый шар выкатился из сосуда на стол, и, присмотревшись повнимательнее, мистер Томпкинс понял, что розоватый цвет возникал из-за смешения красных и белых вспышек, то и дело проскакивавших между быстро движущимися частицами.

— Как красиво! — воскликнул мистер Томпкинс. — Так вот он какой, атом золота!

— Еще не атом, а только атомное ядро, — поправил его старый мастер. — Чтобы завершить построение атома, необходимо добавить надлежащее количество электронов. Они нейтрализуют положительный заряд ядра и создадут вокруг него обычную электронную оболочку. Впрочем, сделать это не составляет особого труда, так как ядро само захватывает свои электроны, как только те окажутся поблизости.

— Интересно, — заметил мистер Томпкинс. — Мой тесть никогда не упоминал о том, что изготовить золото так просто.

— Ваш тесть и все эти так называемые физики-ядерщики! — воскликнул старый мастер с нотками раздражения в голосе. — Очень уж они важничают, хотя делать умеют очень мало. Они утверждают, будто протоны нельзя сжать в составное ядро, так как для этого потребовалось бы слишком большое давление. Один из них даже подсчитал, что для сближения протонов понадобилось бы приложить силу, равную весу Луны. Так почему бы не достать с неба Луну, если им больше нечего делать?

— Но они все же научились осуществлять некоторые ядерные превращения,

— мягко заметил мистер Томпкинс.

— Да, но с каким трудом даются им эти реакции! А новые элементы они получают в таких ничтожных количествах, что сами же едва могут их рассмотреть! Я сейчас продемонстрирую вам, как они это делают.

И схватив протон, старый мастер что было сил запустил им в ядро атома золота, лежавшее на столе. У самого ядра протон чуть замедлил свое движение, поколебался какой-то момент и затем нырнул внутрь ядра. Поглотив протон, ядро затряслось, словно от озноба, а затем от него с треском откололась небольшая часть.

— Видите, — сказал мастер, подбирая осколок. — Это то, что называется альфа-частицей! Если присмотреться повнимательнее, то видно, что она состоит из двух протонов и двух нейтронов. Такие частицы обычно испускаются тяжелыми ядрами так называемых радиоактивных элементов, но альфа-частицу можно выбить и из обычных стабильных ядер, если стукнуть по ним достаточно сильно. Хочу обратить ваше внимание на то, что оставшийся лежать на столе более крупный осколок уже не является ядром атома золота. Он утратил один положительный заряд, и теперь перед нами ядро атома платины, предыдущего элемента в периодической таблице. Однако в некоторых случаях протон, проникнув в ядро, не приводит к распаду ядра на два осколка. В этом случае вы получите ядро элемента, следующего за золотом в периодической таблице, т. е. ядро ртути. Комбинируя эти и аналогичные процессы, можно превращать любой элемент в любой другой.

— Теперь я понимаю, почему в ядерной физике используют пучки быстрых протонов, разогнанных до высоких энергий на циклотроне, — задумчиво произнес мистер Томпкинс. — А почему вы считаете, что этот метод нехорош?

— Потому что эффективность его очень низка. Прежде всего физики-ядерщики не умеют так точно попадать в ядро, как я: у них с ядром сталкивается лишь одна частица из тысячи. Во-вторых, даже в том случае, если частица попала в ядро, она с большой вероятностью не проникает внутрь ядра, а отскакивает от него. Вы, должно быть, заметили, что когда я запустил протоном в ядро атома золота, протон немного помедлил, прежде чем войти внутрь ядра и я уже было подумал, что протон отскочит назад.

— А что мешает частицам проникать в ядра? — поинтересовался мистер Томпкинс.

— Об этом вы могли бы догадаться и сами, — сказал старый мастер. — Если вы помните, и ядра, и бомбардирующие их протоны несут положительные заряды. Силы отталкивания, действующие между этими зарядами, образуют своего рода барьер, преодолеть который не так-то легко. Если бомбардирующие протоны все же проникают в ядерную крепость, то происходит это только потому, что они используют прием, напоминающий Троянского коня: проходят сквозь ядерные стены, как волны, а не как частицы.

— Боюсь, что это выше моего разумения, — печально заметил мистер Томгасинс. — Из ваших объяснений я не понял ни слова.