Был единственный способ примирить наблюдения с теорией — признать, что энергия распределялась в форме пакетов, которые Планк назвал квантами энергии. Это утверждение опровергало законы электромагнитного излучения, установленные Максвеллом в середине XIX века, и сам Планк не был до конца уверен в своей идее. По сути немецкий физик считал, что его решение — это некий формальный шаг. Он и сам не верил в существование квантов и ожидал, что дальнейшие исследования в этом направлении позволят на основании новых физических знаний получить корректную модель. Науке нужно было подождать до 1905 года, когда Альберт Эйнштейн подтвердит идею о существовании энергии в форме пакетов и объяснит с ее помощью фотоэффект. Затем последовала работа датского физика Нильса Бора, основанная на принципе квантования энергии и призванная объяснить характерные для каждого вещества спектральные линии поглощения. Окончательно упрочила положение квантов энергии новая модель атома.
Макс Планк в 1901 году.
ГАН ДО ЗНАКОМСТВА С МЕЙТНЕР
Отто Ган родился во Франкфурте (Германия) в 1879 году. Он был младшим из трех детей в семье довольно скромного происхождения. Однако дела его отца шли успешно, и они не испытывали финансовых ограничений. Как писал в автобиографии Отто, его отец желал для сына карьеры архитектора, хотя сам Ган не чувствовал в себе способностей к этому делу:
«У меня отсутствовала какая бы то ни было склонность к рисованию. [...] У меня не было артистического воображения, в целом я совершенно не был приспособлен к этой профессии».
В юношеские годы Отто превратил прачечную в своем доме в импровизированную химическую лабораторию и так увлекся экспериментами, что твердо решил стать химиком.
В 1897 году он поступил в Марбургский университет, но, как сам говорил впоследствии, «наше внимание к науке было не слишком заметным». В тот период Гана скорее привлекали развлечения, а не наука:
«Я не планировал превращаться в ученого, мне быстро стало понятно, что для работы в промышленности достаточно освоить основы».
Он понимал, что после окончания обучения ему несложно будет найти работу в немецкой химической промышленности, переживавшей бурное развитие, поэтому в университетские годы много времени проводил в тавернах вместе с друзьями, и это были «беззаботные и счастливые часы». Однако по предметам, напрямую связанным с химией, Ган получал высшие оценки.
После окончания учебы он прошел обязательную военную службу, а затем стал ассистентом одного из профессоров Марбургского университета. Для получения работы в промышленности Гану требовалось иметь опыт работы за рубежом и знать иностранные языки. Отто решил, что для расширения полученных знаний лучше всего отправиться в Лондон. Этот простой план имел неожиданные результаты.
В 1904 году Ган прибыл в Лондон, чтобы работать вместе с шотландским химиком и экспертом по благородным газам Уильямом Рамзаем (1852-1916). Тот открыл, среди прочего, газ гелий и в этом же году получил Нобелевскую премию. Исследования Рамзая были посвящены радиоактивности, он находился на пике своей научной карьеры. Увы, через несколько лет химик занялся проектом добычи золота из морской воды, и в связи с этим его карьера пошла на спад. Для Гана сотрудничество с Рамзаем открывало множество возможностей, которыми он не преминул воспользоваться.
У Гана есть институт для открытия новых элементов.
Эрнест Резерфорд
«Это был год моей «трансмутации» из специалиста по органической химии в радиохимика», — вспоминал Ган. Его знания по радиоактивности были скудными, а опыта у него не было совсем. Однако Рамзай считал, что отсутствие знаний может стать преимуществом: такой исследователь свободен от предрассудков. Скоро изучение радия, открытого Кюри в начале века, привело Гана к выводу, что он обнаружил новый радиоактивный элемент. Отто назвал его радиоторием, так как его связь с торием была очевидна. Рамзай заметил способности Гана, сулившие блестящую карьеру исследователя, и попросил своего новоиспеченного помощника продолжать исследования в области радиоактивности. Позднее сам Ган признавал:
«Как это вещество [радиоторий] попало в образец радия? Объяснение состояло в том, что образец был взят не из жилы чистого урана, а из торианита, который залегает на Цейлоне [сегодня Шри-Ланка] и содержит, кроме урана, большой процент тория. Строго говоря, открытие радиотория было делом удачи».
Пребывание в Лондоне подходило к концу. Гана ожидало крупное химическое предприятие, занимавшее прочные позиции в экономике страны и обещавшее юноше широкие перспективы. Это была стабильная и хорошо оплачиваемая работа.
РАДИОТОРИЙ, РАДИОАКТИНИЙ, МЕЗОТОРИЙ И РАДИОАКТИВНЫЕ РЯДЫ
Если в 1900 году было известно совсем немного радиоактивных элементов, то очень скоро ученые начали открывать все новые и новые. Идентификация радиоактивных элементов (или, как их называли, радиоэлементов) происходила хаотично. Эрнест Резерфорд заметил, что при распаде радиоактивные элементы испускают излучение (альфа, бета и гамма) и в определенных случаях трансмутируют в другие вещества, которые, как правило, также являются радиоактивными. Химическая трансмутация и испускание излучения связаны, испускаемые частицы — ключ для понимания превращения элементов. Во время радиоактивных процессов меняется соотношение частиц в атоме элемента и происходит его превращение. Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди установили, что на самом деле все разнообразие радиоактивных элементов можно классифицировать по семействам и организовать в простую схему, напоминающую родословное древо, — так были сформированы ряды распада. От родительского элемента — урана или тория — при последующих распадах и испускании частиц появлялись дочерние элементы, или продукты распада. Новые вещества, открытые Ганом, должны были распределяться по радиоактивным рядам. В 1904 году Резерфорд опубликовал первые ряды, показывающие связи между разными радиоактивными элементами. На рисунке можно увидеть семейства радия и тория, которые в ходе серии распадов испускают частицы, также указанные на схеме (Чт — сокращение для обозначения частиц, в данном случае альфа или бета).
Понятие изотопа было введено Содди в 1913 году и помогло классифицировать все радиоэлементы заново. Ган замечал:
«Все мои попытки отделить друг от друга «элементы» радий и мезоторий окончились неудачей. Так же трудно было отделить радиоторий от тория. Химическое сходство между этими элементами было очевидным и значительно большим, чем сходство между редкоземельными элементами; однако никто не задумывался о возможности существования изотопов».
