Вы освещаете незнакомое вещество и, проанализировав рассеянный им свет, получаете точную характеристику этого вещества. Ну да, ведь молекулы вещества оставили на свету свои «следы». Другое вещество — иные отпечатки. Научитесь только читать эти следы, и молекулы расскажут вам о многих своих тайнах. Вы узнаете об их строении, о силах, связывающих атомы в молекулы, о характере движения атомов.

Освещая самые различные вещества, физики учились расшифровывать спектры рассеянного света. Учились понимать «световой язык», которым молекулы рассказывают о себе.

Сегодня новый метод изучения веществ из лаборатории ученых пришел на заводы. Он помогает быстро и точно проводить анализы авиационных бензинов, продуктов крекинга и многих других материалов. Он позволяет опознать вещество в сложной смеси, даже если его количество не превышает нескольких процентов.

Прошло много лет с тех пор, как язык молекул был открыт, расшифрован и понят Мандельштамом и Ландсбергом, Раманом и Кришнаном. С тех пор физики многих стран трудятся над составлением «словаря» языка молекул. Каждое новое слово в нем знаменует новую победу человека над природой, облегчает его труд, множит его богатства.

«Культура и жизнь» № 5, 1963 г.

Тайна сжатых атомов

Он порывисто схватил трубу, насыпал в нее тщательно перемешанную смесь, залил водой, закупорил и начал подогревать. Три года он готовился к этому опыту, решал задачу о составе смеси, обдумывал технику. Теперь он у цели.

Произошел взрыв, стекла в комнате и часть аппаратуры были разбиты вдребезги, но человек из рассказа Уэллса в упоении рассматривал плод своего безумного опыта — порошок, сверкающий бриллиантовыми зернами…

Уэллсу, удивительному английскому мечтателю, было четырнадцать лет, когда его страну, а затем и весь мир облетела сенсационная весть: Хэнней научился делать бриллианты! Английский ученый засыплет мир драгоценными камнями собственного изготовления!

Это событие вскружило голову не одному солидному дельцу, давшему себе слово не попадаться на удочку очередной сенсации. А подростку, страдающему недюжинным воображением, оно так пришлось по вкусу, так долго его преследовало, что через много лет заставило написать рассказ о человеке, научившемся делать алмазы.

Техника эксперимента Хэннея была весьма примитивна. Он смешивал различные углеводороды с костяным маслом и загружал эту смесь в трубу, подобную орудийному стволу. Затем заваривал отверстие трубы и подогревал ее до красного каления в течение 14 часов.

Герой Уэллса, усовершенствовав эту технику, поступал приблизительно так же, но охлаждал свое варево в течение двух лет, надеясь, что маленькие кристаллики подрастут. И когда он потушил огонь, вынул из горна цилиндр и стал его в нетерпении развинчивать, обжигаясь еще горячим металлом, он нашел внутри несколько мелких и три крупных алмаза.

Вот и вся разница между действительным экспериментом и выдуманным. Вся разница, если не считать, что ученым руководило стремление к покорению новых вершин науки, а героем Уэллса, обывателем, — страсть к обогащению. Кроме того, вымышленный охотник за бриллиантами скрывал свою тайну, боясь, что алмазы станут так же дешевы, как уголь, а Хэнней опубликовал описание своих опытов, и каждый мог при желании их повторить.

Мог… но, странное дело, с тех пор прошло свыше восьмидесяти лет, а еще ни одному ученому не помогли советы Хэннея. Как Хэнней получил свои алмазы, осталось тайной. Молва говорила, что ученый сделал восемьдесят попыток, но достиг успеха лишь на восемьдесят первой: он смог продемонстрировать всему миру кучку твердых сверкающих минералов.

12 маленьких кристалликов Хэннея создали своему творцу ореол славы. Они были водворены как чудо в Британский музей, где и хранятся под названием «искусственные алмазы Хэннея».

И действительно, это настоящие алмазы. Тщательное исследование этих кристалликов, проведенное уже в наше время — в 1943 году — при помощи рентгеновских лучей, с достоверностью подтвердило, что одиннадцать из двенадцати кристаллов — алмазы. Но действительно ли они получены искусственным путем, доказать невозможно: алмазы Британского музея до сих пор безмолвно хранят загадку своего происхождения…

Однажды в давние времена, разъезжая по щедрой Африке и еле успевая нагружать объемистый фургон слоновой костью, которую приносили туземцы в обмен на стеклянные бусы, дешевую материю и побрякушки, бродячий торговец был поражен невиданным зрелищем. В одной из деревень он наткнулся на детей, беспечно игравших удивительно сверкающими прозрачными камешками. Дошлый торговец сразу сообразил, что детишки перебрасываются никак не меньше, чем миллионами.

Это были первые алмазы, увиденные европейцем в Африке, алмазной сокровищнице, которая впоследствии начала поставлять на мировой рынок свыше 90 процентов драгоценных камней. Это были первые предвестники новых бед, которые упали в дальнейшем на страны «бриллиантовой» Африки. Сюда на поиски счастья потоком хлынули авантюристы, заболевшие алмазной горячкой, которая была сродни золотой, охватившей Калифорнию, Клондайк, Австралию.

Представьте себе, как должна была ошеломить охотников за бриллиантами весть о получении Хэннеем искусственных алмазов! Новый способ добычи алмазов привлек на свою сторону не меньше «жаждущих», чем старый. Среди них были и настоящие ученые и шарлатаны.

Изготовление драгоценных искусственных кристаллов доставило ученым годы тяжких и мучительных раздумий, поисков, ошибок. Энтузиасты шли трудным путем. Они тоже не раз в задумчивости перебирали алмазы. Но в сиянии драгоценных камней им чудился не блеск роскоши. Их взор искал в глубине алмаза призрак совсем иного вещества, схожего с углем. Рядом со сверкающим камнем им мерещились бархатно-черные глубины ничем не примечательного материала — графита.

«Алмаз и… графит? — спросите вы. — Что между ними общего? Что может быть более противоположно, чем эти воплощения света и мрака?»

Ученые знали: как это ни парадоксально, в двух столь различных материалах скрыто глубокое единство. Алмаз и графит, несмотря на то, что один прозрачный, другой черный, один самый твердый в природе материал, другой — странно мягкий, несмотря на столь различный вид и свойства, фактически одно и то же вещество. И это вещество — всем знакомый углерод.

Да, ученые давно поняли, что и графит и алмаз природа лепит из одних и тех же атомов углерода. Они знали, что простым нагреванием нетрудно превратить алмаз в графит. Вот эта-то легкость и заставляла многих думать о простоте обратного превращения. Но увы!.. Как ни нагревали графит, как ни сжимали его, алмаза из него не получалось.

Что же происходит в «подземных мастерских» природы, где изготавливаются почти все материалы, которыми пользуются люди? Об этом можно размышлять, спорить, гадать, но проверить, вещественно доказать до сих пор невозможно. И в этом парадокс нашего времени: человек достиг Луны раньше, чем смог проникнуть в глубь Земли хотя бы на десять километров!

Однако люди научились воспроизводить процессы, происходящие на звездах, гораздо раньше, чем приблизились к ним. Ядерные реакции уже скопированы в миниатюре на Земле.

Поиски путей получения искусственных алмазов приводили к попыткам создать в лабораториях условия, царящие в недрах Земли, к попыткам овладеть одной из важнейших сил природы — высоким давлением. Когда ученые заглянули в глубь вещества, сжатого высоким давлением, им открылся мир удивительных превращений. На их глазах исчезали знакомые вещества и появлялись новые, с иными свойствами и характерами. Исследователи сдавили желтый фосфор — он превратился в черное вещество с новыми физическими свойствами. Сжали лед — и оказалось, что знакомый всем нам лед лишь одна из семи его разновидностей и, кроме льда холодного, существует «горячий». Давление превращало серое олово со свойствами полупроводника в белое — металл.

И чем выше было давление, достигнутое при исследовании, чем сильнее сжималось вещество, тем большим становилось число новых, неожиданных явлений. Просветив подопытные материалы рентгеновскими лучами, ученые воочию убедились в необыкновенной силе воздействия высокого давления. Оно способно насильственно приблизить друг к другу атомы вещества, способно сдавить их так, что исчезнут все свободные участки между ними. При дальнейшем возрастании давления молекула превращалась в плотно сжатый комок атомов. А при давлениях в десятки и сотни миллионов атмосфер начинается переход к так называемому «раздавленному атому».

Кто не слышал о диковинных «белых карликах» — звездах, сжатых силами тяготения до такой степени, что большинство атомных ядер, оголенных, освобожденных от электронных оболочек, как бы сжимаются в один гигантский комок! Наперсток такого вещества весит столько, что его не увезет ни один локомотив.

Но ученые уверяют, что и это не предел сжатия материи. Можно так спрессовать ее, что будут деформироваться даже ядра атомов. Ядерные частицы нейтроны и протоны, сминая оболочки соседних частиц, вдавливаются в них, ломая и переделывая их структуру. Из такой обнаженной материи должны состоять «гиперонные» звезды, если они вообще существуют в природе. В таком состоянии материи оголены и прижаты друг к другу даже еще не изученные «ядрышки» протонов и нейтронов. И наперсток такого вещества весил бы десятки миллиардов тонн.

Это почти «крайние» давления, существующие в природе. Но нет ничего удивительного в том, что уже при давлениях, достижимых в лабораториях и не превышающих пока сотни тысяч атмосфер, поведение вещества не похоже на обычное.

Особенно удивило ученых поведение твердых кристаллических тел, сжатых высоким давлением. Если сжатый газ превращается в жидкость, а жидкость — в твердое тело, то как же действует высокое давление на кристаллическую решетку? — не раз задавали себе вопрос физики. Просветив одно из кристаллических тел — хлористый рубидий — рентгеновскими лучами, они увидели удивительную картину. Атомы, будто солдаты в строю, занимали каждый свое определенное место, создавая иногда причудливый узор кристаллической решетки. Даже под очень высоким давлением солдаты-атомы не разбегались, а перегруппировывались в более плотные построения.

Такую деформацию кристаллической решетки ученые увидели и у графита. Оказалось, что именно перегруппировка атомов углерода в графите в более стойкую формацию и рождает алмаз. И происходит это, как предсказал советский ученый Лейпунский, при давлении в несколько десятков тысяч атмосфер и температуре в несколько тысяч градусов.

Чудо современной техники позволило людям повторить чудо природы.

Применив столь высокое давление и температуру, советские, американские и шведские ученые уже в наши дни получили искусственные алмазы. Правда, они почему-то желтого цвета, что снижает их ювелирную ценность, зато они тверже естественных алмазов, что особенно важно для техники.

Советские ученые не остановились на этом. Получение алмазов было для них лишь одной из задач. По-настоящему их волновала другая сторона той же самой «алмазной» проблемы, которая привела к гораздо более важным результатам.

Нечто многообещающее в «алмазной проблеме» советские ученые увидели еще тогда, когда физики всего мира ломали головы над труднейшей задачей: из какого материала изготовить «печь», которая не разорвалась бы от громадного внутреннего давления в десятки тысяч атмосфер? И они нашли одно на первый взгляд странное решение. Аппарат для получения сверхвысокою давления сделали из самых обычных материалов, зато поместили его в жидкость. Да, в жидкость, которая, в свою очередь, находилась под большим давлением. Не правда ли, удивительно?

Чтобы стена покосившегося дома не обрушилась, ее подпирают балками. Подобно этому, стенки прибора как бы поддерживаются со всех сторон жидкостью, которая, как оказалось, придает его стенкам большую дополнительную прочность.

Давно уже ученых волновало то обстоятельство, что прочность существующих материалов в тысячи и десятки тысяч раз меньше, чем это следует из теоретических расчетов. Почему же в вопросах прочности теория так сильно отличается от практики?

Исследования последних лет показали, что в обычных металлах каждый сотый атом кристаллической решетки сидит не на месте. Казалось бы, какой пустяк! Но беда в том, что дефекты эти не остаются неподвижными. Они могут перемещаться и объединяться, образуя микротрещины и другие существенные нарушения структуры металла. Эти трещины под действием нагрузки разрастаются, становясь очагами разрушения. Ничтожные дефекты делают современные материалы в десятки тысяч раз более слабыми, чем они могли бы быть. Лишними материалами, усложнением конструкций платим мы за то, что не можем справиться с. «ничтожными» дефектами.

И вот оказалось, что под высоким давлением жидкости в металлах происходят своеобразные уплотнения. Трещины и раковины исчезают, поры затягиваются, разрывы сглаживаются. Более того, жидкость залечивает не только внутренние поражения металла. Она «зализывает» поверхностные раны и трещины, что также существенно упрочняет его. Этот процесс ученые назвали «самозалечиванием».

На эти обстоятельства и обратили особое внимание советские ученые. Они поняли, что в улучшении свойств металлов, находящихся в жидкости, не только ключ к получению искусственных алмазов, но, что гораздо важнее, ключ ко второму рождению материалов. Они решили создать для нашей промышленности прокатные станы, целиком погруженные в жидкость, находящуюся под высоким давлением. При прокатке металлических листов на таких станах будет получен металл повышенной прочности, а это значит, что существенно расширятся возможности конструирования машин, приборов и аппаратов. При равной прочности уменьшится вес изделия, будет получена огромная экономия металла.

Опытный образец такого прокатного стана уже создан. Но советские ученые пытаются заставить воду не только обрабатывать металлические листы, но и изготавливать из металлов различные сверхпрочные детали и проволоку. При этом проволоку выдавливают через небольшое отверстие в жидкость, сжатую до десяти тысяч атмосфер. Она получается пластичной и вдвое более прочной, чем изготавливаемая обычным способом. При помощи той же установки можно делать шестерни, трубы, сложные фасонные детали.