Исследователь электрических разрядов в газах

Английский химик и физик Уильям Крукс вошёл в историю как человек, открывший таллий, впервые получивший гелий в лабораторных условиях и исследователь газоразрядных трубок .

Уильям Крукс (William Crookes) родился 17 июня 1832 года в Лондоне в семье Джозефа Крукса, портного, приехавшего в столицу с английского севера, и его второй жены Мэри Скотт. Он был старшинм из 16 детей от второго брака (в семье росло ещё 5 детей от первого брака). Как он сам говорил, в его доме вряд ли знали слово "наука". Начальное образование он получил у дяди, державшего книжную лавку рядом с магазином отца.

В 1850 году он окончил только что открытый Королевский химический колледж и до 1854 года работал в нём ассистентом. Лекции Фарадея, которые он посещал в Королевском институте, произвели на него незабываемое впечатление. Вскоре Крукс приступил к самостоятельным исследованиям, но не в области органической химии — что можно было бы предположить, учитывая, что его учителем был Август Вильгельм фон Хоффман: он стал исследовать новые соединения селена. Эти опыты послужили основой для его первой научной работы, опубликованной в 1851 году.

По окончании Королевского колледжа Крукс стал управляющим метеорологического отдела в Радклиффской обсерватории в Оксфорде (1854), а в 1855 году был приглашён читать лекции по химии в Честерский колледж.

В 1856 году Крукс женился на Эллен, дочери Уильяма Хамфри из Дарлингтона: в этом браке у него родились трое сыновей и дочь. С этого времени он жил в Лондоне и занимался исследовательской работой, в основном самостоятельно – у себя в домашней лаборатории, оборудованной в Лондоне на собственные средства.

Интенсивность научной деятельности и широкий круг интересов вскоре сделали Крукса известным в обществе человеком. В 1859 году Уильям Крукс основал научный журнал, став его первым редактором, а с 1864 года редактировал «Ежеквартальный научный журнал». В разные годы Крукс занимал президентские посты в Химическом обществе, Институте инженеров-электриков, Британском объединении «За прогресс науки» и в Обществе психических исследований.

Будучи прежде всего исследователем-практиком, Крукс с энтузиазмом принял и взял на вооружение метод спектрального анализа, открытый Бунзеном и Кирхгофом.

В марте 1861 года Уильям Крукс исследовал пыль, которую улавливали на одном из сернокислотных производств. Крукс полагал, что эта пыль должна содержать селен и теллур, аналоги серы. Селен он нашёл, а вот теллура обычными химическими методами обнаружить не смог. Тогда Крукс решил воспользоваться новым для того времени и очень чувствительным методом спектрального анализа. В спектре он неожиданно для себя обнаружил новую линию светло-зеленого цвета, которую нельзя было приписать ни одному из известных элементов. Благодаря ей новый элемент был обнаружен и благодаря ей назван: по-латыни thallus - "распускающаяся ветка". Спектральная линия цвета молодой листвы оказалась "визитной карточкой" таллия.

О таллии в то время говорили как об элементе редком, рассеянном и ещё - как об элементе со странностями. Один из первых исследователей элемента № 81 французский химик Ж. Дюма утверждал, что среди металлов таллий занимает такое же место, какое среди животных занимает утконос.

Но таллий не так уж редок - содержание его в земной коре 0,0003% - намного больше, чем, например, золота, серебра или ртути. Найдены и собственные минералы этого элемента, правда, очень редкие. Ни одно месторождение минералов таллия не представляет интереса для промышленности. Получают этот элемент при переработке различных веществ и руд - как побочный продукт. Таллий действительно оказался очень рассеян.

И странностей в его свойствах, как говорится, хоть отбавляй. С одной стороны, таллий сходен со щелочными металлами. И в то же время он в чём-то похож на серебро, а в чём-то на свинец и олово.

В течение шестидесяти лет после открытия Крукса таллий оставался "безработным". Но к началу двадцатых годов двадцатого столетия были открыты специфические свойства таллиевых препаратов, и сразу же появился спрос на них.

Ж. Дюма, сравнивший таллий с утконосом, верил, что этому элементу "суждено сделать эпоху в истории химии". Эпохи таллий пока не сделал. Но применение нашёл.

Бельгийский химик К. Лами открыл таллий независимо от Крукса.. Крукс опередил Лами всего на несколько месяцев.

Таллий обнаружен в растительных и животных организмах. Он содержится в табаке, корнях цикория, шпинате, древесине бука, винограде и других растениях. Однажды его обнаружили в свекле, произраставшей на почве, в которой самыми тонкими аналитическими методами не удавалось обнаружить элемент № 81. Позже было установлено, что даже при минимальной концентрации таллия в почве свекла его накапливает. Из животных больше всего таллия содержат медузы, актинии, морские звезды и некоторые другие обитатели морей.

1895 году Крукс впервые в лабораторных условиях выявил гелий. Крукс считается пионером в исследовании газоразрядных трубок; его исследования послужили основой для всей последующей работы по изучению плазмы.

В 1866 г. Крукс выдвинул гипотезу, что каждый природный химический элемент представляет собой некоторую смесь веществ, одинаковых по своим свойствам, но имеющих разные атомные масс. Тем самым он как бы предвосхитил открытие изотопии, однако в то время такое предположение не имело экспериментального подтверждения и поэтому прошло мало замеченным.

Основные его работы посвящены исследованию электрических разрядов в газах и катодных лучей. Одним из первых Крукс начал систематическое изучение распространения электрического разряда в стеклянных трубках, наполненных разреженными газами. Такие трубки, названные трубками Гейсслера по имени немецкого стеклодува Г. Гейсслера (1815–1879), который первым начал изготовлять их, испускали яркое свечение, будучи подключены к высоковольтной обмотке индукционной катушки. Крукс установил, что характер разряда в трубке меняется в зависимости от давления, и разряд полностью исчезает при высоком вакууме. При этом он впервые предположил существование четвёртого агрегатного состояния веществ – плазменного. В 1879 г. Крукс писал: «Явления в откачанных трубках открывают для физической науки новый мир, в котором материя может существовать в четвёртом состоянии». Несколько позже Ж. Перрен покажет, что вызывающие свечение «катодные лучи» представляют собой отрицательно заряженные частицы, которые движутся прямолинейно, но могут отклоняться магнитным полем, а в 1897 г. Дж. Дж. Томсон и Э. Вихерт докажут, что эти лучи представляют собой поток электронов – частиц, которые в 2000 раз меньше атома водорода.

Крукс доказал, что основой электрического разряда в вакууме является поток заряженных частиц, исходящих из отрицательного электрода. Катодные лучи он изучал в так называемых "круксовых трубках", которым он придавал различные формы. В 1903 г он открыл эффект сцинцилляций и сконструировал на его основе спинтарископ Крукса для регистрации отдельных альфа - частиц по вспышкам.

Ходил упорный слух, что он был близок к открытию рентгеновских лучей.

В одно и то же время Крукс был изобретателем, биржевым дельцом, издателем журнала "Химические новости" и исследователем.

Он был приветливым, уравновешенным, преданным своей семье и осмотрительным с посторонними людьми человеком.

Крукс нигде не служил. С 1859 года он работал в собственной лаборатории. С 1885 года жил в Оксфорде.

Широкую известность получила книга Крукса «О происхождении химических элементов» (1886), в которой он предположил, что все элементы произошли из протила, каковым, по-видимому, является водород, «…путём эволюции, подобно тому, как произошли члены нашей солнечной системы согласно теории Лапласа, и как произошли растения и животные нашей планеты – по Ламарку, Дарвину и Уоллесу».

Ряд работ он посвятил прикладным вопросам химии (крашение тканей, свеклосахарное производство и пр.), а также металлургии. Обнаружил дезинфицирующее действие фенола (1866).

Преданность науке не мешала ему быть убеждённым сторонником спиритизма. Началом его занятий спиритизмом послужила смерть в 1867 г. в Гаване от жёлтой лихорадки его младшего брата Филиппа, которого он горячо любил. Ему посоветовали пообщаться с братом с помощью спиритизма.

В 1869 году Крукс заинтересовался паранормальными явлениями, происходившими на спиритических сеансах, и в 1870 году приступил к их практическому исследованию, пообещав себе и коллегам соблюдать полную беспристрастность и руководствоваться исключительно научными интересами. Перед медиумами он выдвинул жёсткие условия: «Опыты должны проводиться у меня дома, в присутствии мной приглашённых свидетелей и при полном соблюдении всех моих требований; я оставляю за собой право также использовать любую аппаратуру», — говорилось в его заявлении. В числе медиумов, согласившихся принять участие в опытах, были Кейт Фокс, Д. Д. Хьюм и Флоренс Кук, работа с которой особенно его увлекла. Крукс утверждал, что воочию наблюдал появления призрачных и осязаемых фигур, явления левитации, слышал загадочные голоса, измерял потери медиумом веса при выделении эктоплазмы, фиксировал появление надписей на грифельных досках без участия присутствующих.

В 1874 году он опубликовал сообщение о проделанной работе, в которой заявил, что наблюдавшиеся явления определенно не были результатом мошенничества или галлюцинаций, и призвал к дальнейшим научным исследованиям паранормальных явлений. Скандал вокруг отчета Крукса принял такие масштабы, что появились даже предложения об исключении его из Королевского общества. После этого Крукс стал проявлять осторожность и воздерживался от публичных высказываний на эту тему вплоть до 1898 года, когда понял, что его авторитет в научном мире незыблем и позиции в Королевском обществе не могут быть подвергнуты сомнению. Начиная с этого времени и вплоть до самой смерти в 1919 году Крукс открыто заявлял о том, что является убежденным спиритуалистом.

В 1913 г. он стал президентом Королевского общества.

Дж.Дж. Томсон говорил о нём: "Это был исключительно независимый, оригинальный и мужественный ум, он смотрел на явления по-своему и не боялся высказывать мнения, в корне отличные от утверждений всех прежних ортодоксов".

В числе его наград — золотая медаль Королевского общества (1875), медали от Французской академии наук (1880), Дэви (1888) и медаль Копли (1904). В 1897 году королева Виктория пожаловала ему рыцарское звание. В 1910 году он получил «Орден заслуг».

Крукс вошёл в историю как человек, открывший таллий и впервые получивший гелий в лабораторных условиях. Он считается пионером в исследовании газоразрядных трубок; его исследования послужили основой для всей последующей работы по изучению плазмы, которую Крукс объявил четвертым агрегатным состоянием вещества.

Помимо этого, Уильям Крукс открыл явление сцинцилляция, изобрел радиометр, спинтарископ и т.д.

Скончался Уильям Крукс 4 апреля 1919 года в Оксфорде, на два года пережив свою жену. Похоронили учёного на лондонском кладбище

В 1970 году Международный астрономический союз присвоил имя Уильяма Крукса кратеру на обратной стороне Луны.

Рассказывают, что…

• Крукс проводил много опытов с медиумом Даниэлем Дангласом Хоумом, которого ни разу не уличили в обмане. Для некоторых экспериментов с Хоумом Крукс изготовил специальные «весы». Они состояли из доски красного дерева (длина 90 см, ширина 24 см, толщина 2,5 см). Одним концом доска опиралась на край стола, располагаясь горизонтально, как продолжение стола. Свободный конец доски опирался на пружинные весы, которые при горизонтально лежащей доске показывали 1,5 килограмма. Хоум сидел на низком стуле, кончики его пальцев лежали на том конце доски, который лежал на столе, не далее 5 сантиметров от ее края. Крукс заметил, что другой конец доски начал при этом покачиваться вверх вниз, и стрелка весов тоже покачивалась, отмечая изменения веса. Дабы убедиться, что Хоум не давит на доску, Крукс положил между его пальцами и доской спичечный коробок. Если бы Хоум действительно надавливал на доску, коробок бы сломался, но он остался целым. Во время этих опытов весы зарегистрировали увеличение нагрузки от 1,5 до 3 килограмм. Однажды Крукс встал на тот конец доски, который лежал на столе, и весь вес его тела увеличил нагрузку всего лишь на 700–900 грамм. В опыте также участвовал Уильям Хаггинс, известный физик и астроном, который, как и Крукс, был членом Королевского Общества. Крукс провел ещё ряд опытов, не предусматривающих прямого физического давления на доску. Пальцы медиума были опущены в стакан с водой, стоявший на отдельной подставке, которая лишь слегка соприкасалась с доской. Результат был тем же.

15 июня 1871 Крукс направил отчёт о проведенных опытах в Королевское общество и попросил секретарей Общества, профессора Шарпея и профессора Стокса, прийти и увидеть эксперимент своими глазами. Шарпей отказался, а Стокс сказал, что придёт взглянуть на весы, но не хочет встречаться с медиумом и участвовать в экспериментах. Крукс ответил 20 июня, и снова пригласил Стокса на эксперимент. Крукс обещал, что опыт будет ставиться при строжайшем контроле и что любые результаты будут опубликованы.

Стокс так и не пришёл, но задал несколько вопросов о предыдущих опытах. Крукс ответил: «Для получения наблюдаемого нами результата даже с учётом всех ваших требований мистер Хоум должен был приложить силу в 34 килограмма. А если принять во внимание то, что он сидел на низком стуле и за ним пристально следили четыре человека, дабы удостовериться, что он не прилагает никаких усилий, а просто держит пальцы на доске, то становится очевидным, что никакого давления на доску не было». Стокс предположил, что колебания стрелки весов могут частично объясняться вибрациями от проезжавших за окном экипажей. Крукс ответил: «Движение стрелки вверх и вниз было очень медленным и плавным, на каждый подъем и опускание уходило несколько секунд. Что же касается вибраций от проезжавших экипажей, то они вряд ли могли вызвать стабильный ход стрелки с 1,5 до 3 килограмм в течение нескольких секунд». В письме Стоксу Крукс также писал: «Сейчас эти странные феномены изучают столько учёных (включая многих членов Общества), что не пройдет и нескольких лет, как этот предмет будет представлен учёному миру таким образом, что отмахнуться от него будет уже невозможно».

Хоум также умел играть на аккордеоне, держа его одной рукой, с другой стороны от клавиш. Скептики сразу возразят, что это трюк. Чтобы отбросить такую возможность, Крукс купил новый аккордеон, которого Хоум никогда не видел и не держал в руках. Кроме того, можно было предположить, что Хоум каким-то образом использовал для игры свободную руку. Чтобы исключить такую возможность, Крукс поставил под столом специально изготовленную для этих целей клетку. Аккордеон находился в клетке, и Хоум должен был просунуть туда одну руку и взять инструмент с той стороны, где не было клавиш. Аккордеон при этом играл как обычно. Крукс писал: «Аккордеон как будто находился в чьих-то руках, хотя теперь Хоум полностью отпустил его, положил ранее державшую его руку на стол, и её взял сидящий рядом человек. Таким образом, обе его руки были видны всем присутствовавшим. Я и ещё двое видели инструмент парящим в клетке без всякой видимой причины. Это повторилось два раза с небольшим перерывом. Потом мистер Хоум опять взял аккордеон одной рукой, и тот заиграл сначала гаммы и аккорды, а потом известную заунывную мелодию, причём исполнение было очень красивым и безукоризненным. Пока играл аккордеон, я взял мистера Хоума за руку чуть ниже локтя и провел по руке до аккордеона. Ни одна мышца на его руке не двигалась. Другая рука лежала на столе и её видели все, а его ноги были под столом рядом с ногами соседа».

На другом сеансе Хоума Крукс наблюдал, как сами по себе пишутся послания. Сеанс проходил при хорошем освещении в доме Крукса, в присутствии его друзей. Крукс изъявил желание получить послание. Вот как он описывает произошедшее: «На середине стола лежал карандаш и несколько листков бумаги; вскоре карандаш приподнялся на своём острие и, совершив несколько неуверенных рывков по направлению к бумаге, упал. Затем он поднялся опять и упал. После трёх безуспешных попыток маленькая деревянная планшетка, которая лежала поблизости на столе, скользнула по направлению к карандашу и приподнялась на несколько дюймов над столом; карандаш снова приподнялся и, опираясь на планшетку, пытался вместе с нею коснуться бумаги. Он упал, и после этого ещё раз были совершены совместные усилия. После третьей попытки планшетка сдалась и вернулась на свое место; карандаш как упал на бумагу, так и остался лежать там, и набранное алфавитным способом сообщение сказало нам: „Мы пытались сделать то, что вы просили, но наша сила исчерпана “».

На очередном сеансе Хоума 22 мая 1871 года, где также присутствовал Уоллес, Крукс наблюдал следующее: «На этот раз стол несколько раз взмывал в воздух, а участники сеанса взяли свечу и, встав на колени, тщательно изучили расположение ног мистера Хоума. При этом они заметили, что все три ножки стола полностью оторвались от пола. Это повторялось до тех пор, пока все не убедились, что левитация не была результатом механических движений со стороны медиума или кого-либо ещё из присутствующих».

Хоум не только заставлял предметы летать. Он и сам поднимался в воздух. Крукс наблюдал это три раза и слышал, и располагал сотней свидетельств о полётах Хоума. О тех случаях левитации, которые Крукс наблюдал у себя дома, он рассказывал следующее: «Хоум встал в свободной части комнаты, тихо постоял минуту и сказал, что взлетает. Я увидел, как он медленно взмыл в воздух, и несколько секунд оставался в 15 сантиметрах над землей, а потом медленно опустился. Никто из присутствующих в это время не двигался. В другой раз меня пригласили на сеанс к Хоуму, и когда он поднялся на полметра от пола, я провел руками у него под ногами, вокруг него и над его головой… Иногда Хоум поднимался в воздух вместе с креслом, в котором сидел за столом. Обычно он делал это намеренно, при этом он ставил ноги на кресло и вытягивал руки всем на обозрение. Однажды я присел рядом с креслом и убедился, что все его ножки оторвались от пола, а ноги Хоума подняты. В редких случаях его силы хватало, чтобы поднять других участников сеанса. Однажды он заставил парить в воздухе мою жену вместе с креслом».

Такие достоверные и внушающие доверие сообщения о левитации Хоума заставляют вспомнить и другие, более ранние, свидетельства о полетах католических святых. Например, несколько человек видели, как летает Франциск Ассизский (1181–1226). Приблизительно в 1261 году святой Бонавентура писал о том, как излучающий сияние святой Франциск во время молитвы иногда поднимался над землёй. Брат Лео, член ордена францисканцев, не раз был свидетелем того, как святой Франциск «в состоянии духовного экстаза взмывал над землёй на три или четыре локтя, а иногда даже на высоту букового дерева». В одном локте приблизительно 45 сантиметров.