Коллайдер - [10]

На роль фундаментальных частиц древнегреческие философы предлагали разных кандидатов. В V в. до н. э. основатели атомизма Левкипп и Демокрит считали, что тела можно разбивать на все более мелкие куски только до тех пор, пока не доберемся до элементарного кирпичика. В их представлении эти мельчайшие кусочки, «атомы» («неделимый» в переводе с древнегреческого), могли быть самых разных форм и размеров, как, например, галька и ракушки на морском берегу.

По другой версии, придуманной Эмпедоклом, все состоит из смеси четырех элементов: огня, воды, воздуха и земли. Аристотель добавил к ним еще пятую сущность - пустоту. В течение двух тысячелетий они традиционного играли роль строительных блоков мироздания, пока не появился научный эксперимент, подтолкнувший Европу к эмпирическому познанию природы. В своем трактате «Скептический химик» Роберт Бойль (1627-1691) показал, что на практике сочетания огня, воздуха, земли и воды не могут дать всего разнообразия материалов, встречающегося на Земле. Он предложил новое определение термина «элемент» как простейшей составной части любого вещества. Чтобы обнаружить ее, писал Бойль, химики должны разделить вещество на основные его ингредиенты, а не полагаться на философские измышления. Блестящая догадка Бойля помогла экспериментаторам с помощью различных методов открыть подлинные химические элементы. Это хорошо нам знакомые (в произвольном порядке) водород, кислород, углерод, азот, сера и др. Так что когда современные дети смешивают всевозможные жидкости и порошки из своих наборов юного химика и приходят в восторг от бурлящего раствора и разноцветных, пахучих и липких продуктов реакции, спасибо они должны говорить Бойлю.

Бойль был ярым сторонником атомизма и дотошным экспериментатором. Не желая мириться с гипотезой, основанной на чистом умосозерцании, он разработал оригинальный эксперимент, целью которого было проверить, состоит ли вещество из маленьких частичек - он их называл корпускулами - с пустым пространством между ними. Бойль взял изогнутую стеклянную трубку, запаянную с одного конца, а на другом сообщающуюся с атмосферой. Затем начал заливать через открытый конец ртуть, которая запирала оставшийся в трубке воздух во все меньшем объеме. Когда Бойль стал медленно убирать ртуть, он заметил, что объем запертого воздуха увеличивается обратно пропорционально давлению (сегодня этот факт известен как закон Бойля-Мариотта). Это, по мнению Бойля, доказывало, что воздух состоит из мелких частиц, разделенных пустыми промежутками.

А манчестерский химик Джон Дальтон (1793-1844), подающий надежды молодой квакер, интересовался тем, в какие реакции вступают различные вещества и что из этого выходит. Так он пришел к потрясающему выводу: каждому химическому элементу отвечает свой сорт атомов. По сути, Дальтон первым употребил слово «атом» в современном смысле - мельчайшая часть химического элемента, обладающая всеми его свойствами.

Английский ученый к тому же придумал экономную систему обозначений, помогающую записывать различные комбинации атомов. Он изображал элементы с помощью кружочка с каким-нибудь знаком в центре. Для водорода это была точка, для натрия (его Дальтон называл «содой») - две вертикальные линии, а для серебра - буква «s». Дальтон насчитал 20 элементов. Сегодня известно 92 элемента, встречающихся в природе, и еще по крайней мере 25 мы умеем получать в лаборатории. Составляя из своих круглых значков разные схемы, Дальтон продемонстрировал, как из отдельных «кубиков “Лего” - водорода, кислорода и углерода - можно собрать воду и углекислый газ. Кроме того, он обосновал гипотезу, названную им законом кратных соотношений: элементы, образующие какое-либо вещество, всегда вступают в реакцию в определенных пропорциях.

Дальтон также попробовал приписать атомам относительные веса. Хотя многие его оценки оказались неточными, благодаря этой попытке химия обзавелась простыми арифметическими методами. В 1808 г. шотландский химик Томас Томсон, смешивая щавелевую кислоту* с некоторыми химическими элементами, включая стронций и калий, получил много разных солей. Взвесив их, он определил коэффициенты пропорциональности между весами тех элементов, которые он брал. Результаты Томсона, опубликованные им в книге «Система химии», помогли теории Дальтона завоевать доверие научного сообщества.

Теория Дальтона, однако, оказалась не всесильна: она не способна была предсказать новые элементы. Глядя на ряд атомов, расположенных в порядке возрастания или убывания их относительных весов, ученые не могли сказать, есть ли у этого ряда продолжение. Это как если бы мать привела троих своих сыновей в новую школу и сообщила бы только их имена и возраст. Так как учителя ничего больше про них не знают, они не могут сказать, есть ли у этих ребят старшие или младшие братья и сестры.

А на самом деле в семье химических элементов было гораздо больше членов, чем изначально думал Дальтон. К середине XIX в. количество известных элементов утроилось и достигло почти 60. Примечательно, что некоторые из них имели похожие свойства, хотя атомные веса у них иногда сильно разнились. Взять хотя бы натрий и калий - отличаясь своими относительными весами, они почти одинаково реагировали с другими веществами.