Физика этого процесса довольно сложна (уж поверьте мне), но в общих чертах Рамзай и Рэлей измерили скорость звука в газе X в двух состояниях, а потом получили отношение этих значений. Такая процедура нужна для определения формы молекул газа, поскольку (внимание, это важно!) это отношение зависит от размера и структуры молекул. Представьте, например, что вы пропускаете импульс через облако углекислого газа (CO[34]₂) или аммиака (NH₃). Атомы C, O, N и H в этих молекулах поворачиваются по отношению друг к другу или приближаются и удаляются, как на пружинке. Из-за этих дополнительных движений часть исходной энергии волны рассеивается, и — по другим сложным физическим причинам — критическое отношение снижается примерно до 1,3. Атомы в более простых молекулах, таких как H₂ или N_2, имеют меньше возможностей для относительных перемещений и, следовательно, рассеивают меньше энергии. Для них характерно отношение 1,4. Рамзай и Рэлей обнаружили, что данное отношение для загадочного нового газа составляло 1,67, а это означало, что его молекула состоит меньше чем из двух атомов. Другими словами, молекула газа состояла всего лишь из одного атома — как никакая другая молекула газа.

Но самым удивительным оказалось не это. Рамзай и Рэлей хотели посмотреть, как их газ реагирует с другими веществами, и пытались ввести его в реакцию с кислородом, водородом и углекислым газом. Но реакций не происходило. Они попытались осуществить взаимодействие с более активными веществами, такими как сера, фосфор или калий. Бесполезно. Они попробовали хлор, кислоты и другие ужасы. Ничего. В конце концов они опустошили всю химическую лабораторию, натравливая на свой газ все самые активные в химическом плане соединения. Ни проблеска ответа.

К августу 1894 г. ученые поняли, что открыли совершенно новый газ и, возможно, новый элемент. Но они все еще не осмеливались предать гласности свои результаты. Они все же опубликовали данные о странном отношении скоростей звука и полном отсутствии реакционной способности, но не захотели идти дальше и заявлять об открытии нового элемента. Отчасти это была нормальная осторожность — необходимо было полностью удостовериться в своей правоте. Отчасти гордость. Они знали, что Смитсоновский институт вручает премию в размере 10 000 долларов (сегодня это 275 000) за лучшую публикацию о ранее неизвестных свойствах воздуха. Поскольку институт интересовали только новые данные, ученые решили пока промолчать и сохранить возможность выиграть премию.

Однако никакие меры предосторожности не могли помешать распространению информации среди ученых, которые прекрасно понимали суть результатов и относились к ним весьма неодобрительно. Для химиков, изучавших свойства атмосферы, это был удар: как все они могли просмотреть этот загадочный газ? (Если газ X составляет 1 % воздуха, как утверждали эти двое, значит, каждый человек за день вдыхал 100 г этого газа.) Хуже того, если R&R действительно открыли новый элемент (некоторые называли его аргоном — от греческого слова, обозначающего «ленивый»*), его нужно поместить в периодическую таблицу. Но куда? На основании плотности аргона Рэлей определил его атомную массу. Она равнялась 40. В таком случае его место было рядом с хлором и калием — двумя чрезвычайно активными элементами. Но это же полная бессмыслица! Создатель периодической таблицы Дмитрий Менделеев включился в обсуждение и заявил, что никакого аргона не существует, а Рэлей и Рамзай просто каким-то образом умудрились получить молекулу N₃.

В январе 1895 г. Рэлей и Рамзай все-таки выиграли премию Смитсоновского института, опередив 218 других претендентов. Это была тяжелая победа, поскольку за время их молчания отношение научного сообщества к ним заметно ухудшилось. Один критик назвал аргон «химическим монстром, неожиданно и без приглашения ворвавшимся в счастливое семейство элементов». Периодическая таблица так много значила для химии, что всякий, кто ей угрожал, угрожал самой химии. Рэлей и Рамзай вынуждены были извиниться за привнесенный хаос, но не отказались от своих убеждений.

Потом Рамзай дополнительно усложнил ситуацию, сделав новое открытие. Несколькими годами ранее один начинающий американский геолог работал с урановой рудой и вдруг заметил, что из нее выделяются мельчайшие пузырьки газа. Этот газ не реагировал ни с какими веществами, имевшимися в его распоряжении, поэтому геолог счел, что это азот, и успокоился. В начале истории открытия аргона один знакомый рассказал Рамзаю об этом случае. Рамзай собрал немного рудного газа и подтвердил, что он не вступает ни в какие реакции — даже с теми веществами, с которыми обычно взаимодействует азот. Он проделал еще несколько экспериментов и показал, что этот газ легче аргона. Это означало, что Рамзай открыл еще один новый элемент. Он назвал его криптоном — от греческого слова kryptos — «скрытый». Но когда он послал образец газа другому ученому для проверки своих выводов, пришла его очередь удивляться. Еще в 1860-х гг. астрономы научились разлагать солнечный свет на составляющий его спектр. И в этом спектре они заметили странные желтые, зеленые и красные полосы, которые приписали некоему таинственному элементу. И теперь выяснилось, что новый газ Рамзая при нагревании излучал именно такой спектр. Другими словами, Рамзай открыл этот «солнечный элемент» на Земле. Поскольку для этого элемента уже было придумано название, Рамзай согласился со всеми и стал называть его гелием*.

Гелий еще больше усложнил ситуацию, возникшую в связи с открытием аргона, поскольку теперь в гармоничной периодической таблице предстояло найти место уже для двух странных элементов. Некоторые смельчаки предлагали добавить новую колонку, стоящую исключительно из газов, но Менделеев и другие отвергли эту идею. Создание периодической системы элементов было одним из величайших прорывов в истории химии. Сотни ученых провели за ее усовершенствованием миллионы часов. И теперь из-за этих двух британцев приходилось все переделывать и сооружать новый столбец? Нет уж.

Однако Рамзаю понравилась идея нового столбца — в частности, поскольку наличие целого столбца означало, что таких странных газов может быть больше. Чтобы проверить свою догадку, в 1898 г. он с помощью ассистента начал очищать 1600 л воздуха, удаляя кислород, азот и другие компоненты, пока не остались только неактивные газы. Затем этот остаток охладили, переведя его в жидкое состояние. Ученые понимали, что бо́льшую часть этой смеси составляет аргон, но если там были и другие элементы, можно было попробовать извлечь их путем постепенного нагревания. Как мы уже обсуждали выше, разные соединения в составе жидкости кипят независимым образом — при разных температурах. Было понятно, что при медленном повышении температуры новые газы поочередно отделятся от смеси. Один выделенный газ все же назвали криптоном, второй — ксеноном (от греческого слова «странный»; нужно сказать, что все инертные газы получили какие-то недобрые имена). Об открытии третьего газа Рамзай рассказал дома за ужином. Его десятилетний сын вмешался в разговор и предложил имя novum от латинского «новый». Рамзай хотел всем новым газам дать греческие имена, но обдумал предложение сына и пришел к компромиссному решению, назвав элемент неоном.

Вы можете подумать, что для периодической таблицы пять чужаков хуже, чем два. Но это не так. Имея пять неактивных газов — аргон, гелий, неон, криптон и ксенон, — химики с большей охотой открыли новый столбец, содержащий только газы. Через несколько лет ученые обнаружили еще одного представителя этого семейства — радон. Рамзай подтвердил существование радона, изучив его спектр. Таким образом, он приложил руку к открытию всех известных инертных газов*. Поначалу химики рассматривали элементы из этой колонки как изгоев: их поместили сюда, чтобы отделаться и забыть. Но со временем их оценили; улыбнулся даже старик Менделеев*. Теперь эти газы называют благородными по той причине, что они не нисходят до других элементов, чтобы вступить с ними в реакцию. Они превосходно чувствуют себя в одиночестве, и это отсутствие интереса к другим веществам позволяет им полностью подчиняться закону идеального газа.