Представьте себе Европу конца XIX века. Немецкий физик Вильгельм Рентген только что открыл загадочные X-лучи. В крупных больницах уже делают первые снимки переломов, по городам открываются фотоателье, где можно запечатлеть свой позвоночник. А Томас Эдисон с командой пытается сконструировать домашний рентген-аппарат. Публика обеспокоена: насколько прилично то, что с помощью нового изобретения можно увидеть человека без одежды?

Тем временем учёные пытаются изучить необычное излучение с разных сторон. Среди них — французский физик Анри Беккерель. Если бы всё пошло по плану, он, возможно, лишь добавил бы пару строк в историю изучения рентгеновских лучей. Но благодаря одной ошибочной идее и нескольким пасмурным дням в Париже он фактически создал новую область физики — радиоактивность. Давайте посмотрим, как был устроен его эксперимент.

В ноябре 1895 года немецкий физик Вильгельм Рентген открыл неизвестное ранее излучение, которое свободно проходило через бумагу, дерево и мягкие ткани человека. Первоначально открытие назвали X-лучами (Х — поскольку природа лучей была неизвестна). Сейчас мы называем это излучение рентгеновским.

Открытие быстро нашло применение. Уже в феврале 1896 года врач в больнице Массачусетса (США) сделал первый рентгеновский снимок перелома лодыжки. Скоро врачи по всему миру начали экспериментировать с возможностями изобретения.

Что самое интересное — на удивление быстро оно вышло за пределы научного сообщества и попало в массовую культуру. Уже в начале 1896 года о рентгеновских лучах говорили по всей Европе. Но о чём именно? 

Первый сюжет — нравственность. В газетах публиковались материалы обеспокоенных авторов, мол, если новые лучи позволяют видеть человека насквозь, не нарушает ли это приличия? Одновременно появлялись карикатуры, высмеивавшие саму идею «рентгеновского зрения» сквозь одежду. 

Второй сюжет — коммерция. Предприниматели смекнули, что вокруг новой технологии можно заработать. В городах начали появляться ателье и публичные демонстрации, где желающие могли получить рентгеновские снимки собственных костей. Детективы рекламировали использование рентгеновских аппаратов для слежки за неверными супругами, а производители трикотажа выпускали свинцовое нижнее бельё, которое должно помешать подглядыванию с помощью «рентгеновских очков». Слово X-ray стало появляться и в названиях самых неожиданных товаров: например, в конце 1890-х годов существовало мыло X-Ray Soap. Разумеется, никакого рентгеновского излучения в таком мыле не было. В данном случае X-ray было скорее маркетинговым ярлыком: модное научное слово должно было вызывать ассоциации с технологическим прогрессом.

По сути, слово «рентгеновский» тогда стало таким же магическим маркетинговым ярлыком, как сегодня искусственный интеллект. Неплохой обзор о том, как открытие Рентгена проникло в массовую культуру и будоражило умы обывателей и коммерсантов, можно почитать по ссылке. X-лучи весьма занимали, конечно же, и учёных. И один из них — французский физик Антуан Анри Беккерель. 

Беккерель и Х-лучи

В 1896 году Беккерелю было 43 года, он жил и работал в Париже. Происходил он из довольно известной научной династии. Его дед, отец, а позднее и сын преподавали физику, состояли в Французской академии наук и специализировались на исследованиях света и электричества. Дед разработал электролитический способ получения металлов из руд и получил медаль Лондонского королевского общества за работы по электричеству. Отец открыл фотовольтаический эффект (возникновение электрического тока в жидкостной или полупроводниковой системе под воздействием света). После смерти отца в 1891 году Анри Беккерель фактически продолжил семейные исследования. Он был известен в научном сообществе, но знаковых открытий на тот момент у него ещё не было.

Открытие Рентгена мгновенно подхватили учёные по всей Европе. Анри Беккерель тоже захотел проверить, не скрывается ли за рентгеновскими лучами явление, связанное с его собственными исследованиями люминесценции. Вслед за отцом Беккерель изучал люминесценцию и, в частности, фосфоресценцию. По сути открытие Рентгена лишь подсказало очередной вопрос, на который учёному хотелось получить ответ.

В экспериментах Рентгена источником излучения была газоразрядная трубка с сильно разреженным газом. Высокое напряжение создавало в ней поток катодных лучей — сегодня мы знаем, что это поток электронов. Когда электроны сталкивались с материалом внутри трубки и резко тормозились, возникало рентгеновское излучение.

Учёные тогда искали связь нового излучения с уже известными явлениями. Математик Анри Пуанкаре предположил: а что, если рентгеновские лучи каким-то образом связаны с флуоресценцией? В январе 1896 года он представил работы Рентгена Парижской академии наук и высказал мысль, что флуоресцирующие вещества могут испускать не только видимый свет, но и рентгеновские лучи.

Эта идея особенно заинтересовала Анри Беккереля: он как раз много лет изучал флуоресценцию и фосфоресценцию. Беккерель решил проверить, действительно ли флуоресцирующие вещества способны испускать проникающее излучение, похожее на рентгеновское.

Для эксперимента он выбрал соли урана, которые ярко фосфоресцировали под действием солнечного света. Схема была довольно простой:

• завернуть фотопластинку в плотную чёрную бумагу, чтобы до неё не добрался обычный свет;

• положить сверху кристаллы соли урана;

• выставить всё это на солнце;

• проявить пластинку и посмотреть, появится ли на ней изображение кристаллов.

Если гипотеза была бы верна, после освещения солнцем соль урана должна была испустить невидимое проникающее излучение, которое пройдёт через бумагу и засветит фотопластинку. И действительно, первые опыты дали именно такой результат. Казалось, теория подтверждается.

Как облачность «сломала» теорию

Любой научный эксперимент должен быть повторяемым. В конце февраля 1896 года Беккерель взялся продолжить эксперименты, но несколько дней подряд в Париже было пасмурно. В ожидании солнца учёный убрал в ящик письменного стола завёрнутую фотопластинку вместе с солями урана.

Логично было ожидать, что без солнечного света ничего не произойдёт. Однако Беккерель через несколько дней всё же решил проявить одну из пластинок. Возможно, из простого научного любопытства: даже если солнечного света было недостаточно, результат мог показать, насколько слабым окажется эффект.

Результат оказался совершенно неожиданным. На фотопластинке появилось чёткое, сильное изображение кристаллов урановой соли — хотя несколько дней они вообще не получали солнечного света. Беккерель понял, что дело не в энергии, которую урановая соль якобы «запасает» под действием солнца. Она испускает проникающее излучение сама по себе.

Дальше последовала серия контрольных экспериментов. Они показали, что солнечный свет для возникновения излучения вообще не нужен. Более того, Беккерель обнаружил, что такой же эффект дают разные соединения урана, в том числе те, которые не обладают выраженной фосфоресценцией. Значит, явление не было связано с послесвечением вещества.

Постепенно становилось ясно: уран сам по себе непрерывно испускает неизвестное излучение. Позже выяснилось, что это свойство самого элемента — естественная радиоактивность.

Уже 2 марта 1896 года Беккерель представил Парижской академии наук (Académie des sciences) новое сообщение о результатах экспериментов. Оно было опубликовано в Comptes rendus de l'Académie des sciences.

На тот момент учёный ещё сам не вполне понимал природу явления. Он предполагал, что обнаруженные лучи могут быть связаны с фосфоресценцией урана и чем-то похожи на рентгеновское излучение. В целом его сообщение содержало примерно такой посыл: «Нашёл тут странное явление, вот результаты моих наблюдений».

Беккерель и чета Кюри

Работа Беккереля заинтересовала Пьера и Марию Кюри. Они предположили, что подобным свойством могут обладать и другие вещества. В течение нескольких лет супруги исследовали огромное количество минералов, обнаружили полоний и радий... За свой «ошибочный» эксперимент в 1903 году Беккерель вместе с Пьером и Марией Кюри получил Нобелевскую премию по физике. Правда, в научный оборот термин «радиоактивность» ввела Мария Кюри. А Беккерель изначально называл лучи урановыми. 

Потом Беккерель ещё раз засветился в этом сегменте науки, впервые задумавшись над биологическим действием радиоактивности. В первые годы научный мир ещё не понимал, насколько опасным может быть новое явление. Радиоактивные вещества свободно носили в карманах, хранили в лабораториях без какой-либо защиты и брали с собой на публичные демонстрации.

В 1902 году Анри Беккерель после одной из таких лекций обнаружил на груди покраснение кожи точно в том месте, где в жилетном кармане лежала пробирка с хлоридом радия, одолженная у Пьера и Марии Кюри. Позже покраснение превратилось в язву. Узнав об этом, Пьер Кюри проверил это наблюдение на себе: на десять часов привязал такую же пробирку к предплечью. Через несколько дней у него развился такой же тяжёлый ожог, который не заживал несколько месяцев. Так учёные впервые убедились, что радиоактивное излучение способно воздействовать не только на фотопластинки, но и на живые ткани.

Но это уже совсем другая история.