Частная иллюстрация: вопрос о шаровой молнии

 

Это — одно из самых загадочных явлений природы; оно, очевидно, принадлежит к типу кризисов, и с этой точки зрения его надо исследовать. Данные о нем, по его редкости, весьма бедны; главнейшие из них таковы:

Шаровая молния наблюдается во время особенно сильных гроз, по Планте, чаще в странах тропических и горных; по Торнтону, чаще над морем, чем над сушей. Появление совпадает с сильным разрядом простой молнии. Размер шара определяют на глаз в 20–30 см диаметра; принимая в расчет иррадиацию при ослепительном блеске, следует предполагать меньшие величины; мне случалось слышать от очевидцев указания, — думаю, неточные, — на гораздо большие величины. В строении более внимательные наблюдатели отмечают более ярко окрашенное, по Планте, большей частью красновато-желтое ядро и неокрашенную, сияющую оболочку с неопределенными, расплывающимися очертаниями; по Торнтону, цвет всегда голубой; надо полагать, на деле он бывает различный. Продолжительность явления определяют до 40 секунд, минуты и даже более; здесь тоже, я думаю, должно быть иногда преувеличение на основе «иррадиации во времени». Затем шар либо рассеивается в воздухе, либо с треском разрывается при столкновении с предметами, а также, по-видимому, без него. Исчезновение, а по другим — и весь феномен, сопровождается запахом озона; по исчезновении во все стороны распространяется взрывная волна. Шаровая молния не остается на месте, а плавно и сравнительно медленно перемещается в воздухе, иногда вертикально, падая и затем как бы подпрыгивая от земли, иногда горизонтально. В иных случаях ясно, что это зависит от токов воздуха; так, я имею показание очевидца (художницы М. С. Боткиной) о шаровой молнии, довольно долго летевшей за движением поезда. В таком перемещении она, по некоторым указаниям, может попадать в сферу защитительного действия громоотводов, которое, следовательно, против нее бессильно. Разрушительная энергия, по-видимому, велика; можно указать случай, где шаровая молния расплавила целый угол большого, толстого зеркала.

Описано еще несколько случаев «четковидной» молнии, представляющей длинный ряд шаровых молний, разъединенных темными промежутками. Это уже явление исключительное по своей редкости.

Ф. Араго видел в сферической молнии «материю, сильно пропитанную электричеством», без дальнейших попыток определить ее характер точнее. Попытки объяснения дали, насколько я знаю, Г. Планте и В. Торнтон.

Гипотеза Планте ярко иллюстрирует господство организационного орудия — слова — над современным мышлением. Так как дело идет о «молнии», а молния, как известно, есть искровый разряд, то и сферическая молния тоже такой разряд, и у нее должны иметься электроды. Электроды же искрового разряда — это проводники, разделенные непроводящим слоем, — что и должно быть налицо в воздухе, где наблюдается сферическая молния. Так как проводники невидимы, то ясно, что ими являются просто влажные слои воздуха, разъединенные сухим слоем, через который длительно и протекает разряд в виде шарообразной искры.

Хотя Планте пытался подтвердить свою теорию опытами получения сферических искр от своих аккумуляторных батарей, но эти опыты отнюдь не больше пригодны здесь для объяснения, чем, например, известное «электрическое яйцо». Как могло бы сохраняться расстояние между воздушными слоями — электродами при свободных и плавных перемещениях шаровой молнии в бурной атмосфере грозы? А для «четковидной» молнии требуются, в таком случае, десятки или сотни влажных слоев, разделенных сухими прослойками надлежащей толщины: конструкция, очевидно, вполне фантастичная.

Попытка Торнтона едва ли многим лучше. Он полагает, что основу шаровой молнии составляет озон, частью при этом распадающийся на одноатомный кислород. Цвет озона голубой; удельный вес больше, чем у воздуха, — причина «падения» шаров; их «отскакивание» обусловливается их отрицательным зарядом, какой обычно существует и у земной поверхности. Озон отделяется от отрицательно заряженного облака после сильного разряда молнии. Энергия последующего взрыва дается переходом озона в простой двухатомный кислород.

В этой картине совершенно непонятно длительное сцепление сильно заряженного газового шара: он должен был бы рассеиваться с самого начала. Затем, тихий разряд, от которого, по Торнтону, зависит весь свет шаровой молнии, может дать сравнительно мягкое свечение, особенно слабое по контрасту после сильной искровой молнии, а не ослепительный блеск, о котором говорит масса показаний; и значительное разрушающее, а особенно расплавляющее, действие вряд ли способен оказать небольшой клубок озона. Вся теория явно насильственна.

Общий характер явления с очевидностью указывает на кризис взрывного типа; в частности, также постоянная сферическая форма делает чрезвычайно вероятным существование некоторого центра действия, как это должно быть при взрыве. Начало взрыва развертывается с быстротой, не допускающей наблюдения этой фазы; потом процесс держится на некоторой высоте в течение десятков секунд, что говорит о большом запасе энергии взрывающегося комплекса. Вероятно, в этом периоде лежит и подъем до максимума, и часть периода угасания; но ослепляющий блеск мешает уловить и большие изменения силы света. Вопрос в том, какого рода может быть здесь взрывной комплекс.

Никакие взрывы химического типа не развивают в пределах маленького объема газа подобной суммы активностей. Только внутриатомные запасы энергии подходят к данному случаю. Их освобождение наблюдается при распаде атомов радиоактивных элементов, идущем со столь различною скоростью — от миллиардов лет у тория и урана до ничтожно малых долей секунды у иных эманаций[91]. Представим себе одно из таких веществ, обладающее продолжительностью жизни одного порядка с шаровой молнией, т. е. периодом полураспада в 10–20 секунд. Если бы оно было нами получено сразу в достаточно большом количестве, вроде тысячной доли миллиграмма, то пред нами выступила бы точная картина шаровой молнии. Во все стороны из одного центра разлетаются с огромными скоростями положительные ядра из гелия — α-частицы, а также, может быть, и отрицательные электроны — β-частицы; своими ударами они накаляют воздух до яркого свечения. Накаливание это ослабевает во все стороны от центра, и на некотором расстоянии от него свечение прекращается: весь феномен оптически представляется как огненный шар. Внутренняя часть его получает окраску в зависимости от его вещества, частью или вполне превращающегося в пары; внешняя полоса свечения воздуха за пределами этих паров образует более бледную область с расплывающимися контурами. Так как материальная основа явления по размерам соответствует более крупным частичкам того, что называют «пылью», то естественно, что и огненный шар будет двигаться в токах воздуха подобно этим частичкам, хотя бывшая центральная частичка обратилась в маленький клубок паров. При столкновении с предметами такой клуб паров естественно разрушается; а при неоднородности состава возможно и самопроизвольное распадение от внутренних взрывов другого порядка, например от образования при понижающейся температуре новых химических комбинаций.

Все элементы задачи налицо; но откуда могло бы взяться столь огромное количество так быстро распадающейся материи?

По современным понятиям о строении атомов, в сущности, всякий их комплекс обладает взрывными свойствами. Требуется только толчок, способный нарушить одновременно равновесие достаточного числа этих атомов; тогда освобождающаяся колоссальная энергия внутреннего движения разрушит в свою очередь структуру не меньшего или еще большего количества других атомов и т. д., пока не исчерпается материал. Обычные воздействия хотя и разрушают постоянно некоторое число отдельных атомов, но слишком слабы, чтобы развернуть этот процесс по взрывному типу, и хотя дезорганизуют мало-помалу, надо полагать, всякие элементы, но с неизмеримой для нас медленностью. Это подобно тому, как смесь водорода и кислорода при комнатной температуре переходит в воду со скоростью, измеряемой сотнями миллиардов лет, но от искры, сразу вовлекающей в реакцию достаточное число частиц, взрывается «мгновенно».

Какие же воздействия способны сразу разрушить достаточное число атомов центральной частички? Шаровая молния появляется после сильного разряда обыкновенной молнии, которая есть не что иное, как могучий поток электронов — β-частиц в электрическом поле. До сих пор разрушение атомов обычных элементов, как азота в опытах Резерфорда, достигалось ударами более массивных α-частиц, кинетическая энергия которых много больше. Но во много раз большее число β-частиц, может, очевидно, заменить эту массивность и, проходя через частичку относительно устойчивой материи, разрушить значительное число атомов, а тем самым лавинообразно развернуть кризис. Тогда, например, понятно и то, почему феномен чаще наблюдается в тропических странах, где грозы сильнее, а также в горных, где обнажение различных минеральных пород ведет к особенному разнообразию состава пыли в воздухе и дает наибольшую вероятность встречи искровой молнии с подходящей частичкой. Молния же «четковидная», очевидно, должна получаться при исключительном составе пыли, когда искровая молния проходит через целый ряд способных к взрыву частичек.

Нет особых оснований предполагать, что взрывающиеся в виде шаровых молний вещества — именно те, которые уже известны в качестве радиоактивных. В химии, например, соединения, довольно быстро разлагающиеся сами по себе при обычных условиях, большей частью не способны к катастрофическим взрывам. Поэтому скорее можно ожидать успеха попыток с элементами, принадлежащими к числу «устойчивых», но утратившими часть этой устойчивости путем, например, значительных и длительных потерь лучистой энергии. Кроме того, возможно, что до сих пор применявшиеся лабораторные воздействия были еще недостаточно сильны, чтобы воспроизвести данное явление.

Успех опытов в таком направлении был бы очень важен. Он проложил бы путь к сравнительно легкому овладению бесконечными запасами внутриатомной энергии, что явится, почти несомненно, основой будущей техники[92].

Заметим, что и до сих пор самые грандиозные победы человечества над природой — начиная с зажигания большого огня от маленькой искры — достигались применением принципа лавинообразно развертывающихся кризисов.