На протяжении многих веков человек изучает различные явления природы, открывает один за другим ее законы. Однако еще и сейчас существует много научных проблем, о решении которых люди давно мечтали. Одна из этих сложных и интересных проблем — происхождение химических элементов, из которых состоят все окружающие нас тела. Шаг за шагом познавал человек природу химических элементов, строение их атомов, а также распространенность элементов на Земле и других космических телах. Но загадка рождения атомов до самого последнего времени остается не вполне разрешенной.

Проблема образования химических элементов имеет не только большое познавательное значение; знание процессов синтеза химических элементов в природе позволит людям добиться их осуществления в лабораторных условиях.

Вопрос о происхождении элементов с самого начала возникновения и на протяжении всей истории его развития всегда тесно и неразрывно связывался с вопросом о превращении элементов. И действительно, только после осуществления ядерных реакций, получения огромного количества искусственных радиоактивных изотопов и 15 новых элементов, не найденных на Земле, решение проблемы происхождения химических элементов получило твердые научные основы. Осуществление ядерных превращений в широких масштабах позволило найти некоторые способы синтеза химических элементов. Начались поиски космических объектов, в которых могли протекать подобные превращения. Долгое время усилия исследователей были безуспешны, и тогда появились теории о том, что синтез химических элементов происходит только на некоторой дозвездной стадии существования вещества Вселенной. Однако достижения молодой науки астрофизики за последнее десятилетие позволили опровергнуть это положение. Ученые считают, что синтез химических элементов протекает в звездах и сейчас.

В настоящей книге показано, что синтез химических элементов может протекать на всех стадиях развития звезд в тесной связи с ядерными реакциями, которые обеспечивают светимость звезд, их химический состав и эволюцию. Рассказывается также о том, что синтез ядер элементов и разрушение их в космическом пространстве, туманностях и таких телах, как Земля и метеориты, являются закономерными процессами эволюции вещества во Вселенной.

Наука прошла очень длинный путь, прежде чем была установлена природа элементов — основных частей нашего мироздания.

Человек постепенно проникал в тайну состава и строения всех природных тел, находил способы разложения их на простые и составные части и совершенствовал методы выделения химических элементов в чистом виде. Только после этого началось изучение их свойств и распространенности на Земле и в других космических телах, что привело к возможности постановки вопроса о происхождении химических элементов.

Большую роль в развитии наших представлений об элементах сыграли работы голландского ученого Ван-Гельмонта (1577–1644 гг.). Он первый высказал мысль о том, что можно «признавать присутствие какого-нибудь известного вещества и в то время, когда оно не обнаруживает некоторых из своих характеристических признаков». В качестве примера Ван-Гельмонт приводил медный купорос, который «содержит медь, хотя он и не обладает свойствами, характерными для меди». Эти взгляды были подтверждены работами известного химика Р. Глаубера (1604–1668 гг.). Таким образом, впервые в истории химии ученые подошли к мысли, что составными частями тел в действительности являются не отвлеченные качества — «начала» (по мнению древних философов), а определенные вещества — металлы, кислоты, щелочи и т. д. Эти взгляды дали толчок к развитию нового направления в науке — изучению состава тел, которое привело впоследствии к появлению понятия о сложных и простых телах.

Решающий шаг в этом направлении сделал английский ученый Р. Бойль (1627–1691 гг.). Он впервые предложил понимать под элементами простые тела, неразложимые химическим путем и состоящие из одинаковых первичных частиц — корпускул. Таким образом, у него понятие об элементе сочеталось с понятием об атоме.' Однако, несмотря на многочисленные эксперименты, Бойль все же смог установить, какие вещества являются элементами.

Огромную роль в развитии химии вообще и понятия о химическом элементе в частности сыграли работы И. Ньютона (1642–1727 гг.). В книге «Математические основания естественной философии» (1686 г.) он показал, что веса тел, находящихся на одинаковом расстоянии от центра Земли, пропорциональны количеству данного вещества в каждом теле. Ньютон впервые указал, каким путем можно изучать количественные химические превращения вещества. Этот путь, который привел к современной химии, оказался довольно простым — вещество необходимо взвешивать до и после превращения.

М. В. Ломоносов (1711–1765 гг.) впервые занялся этим вопросом. Изучая с помощью весов количественные изменения вещества при химических превращениях, он установил, что общий вес вещества при этом не изменяется — «остается в одной мере». Таким образом, было доказано, что вещество не уничтожается и не создается. Это положение Ломоносов распространил ка все явления природы. «Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте», — писал Ломоносов. Таким образом, он установил один из основных законов природы.

М. В. Ломоносов ввел в науку понятие о простых и сложных телах. Согласно его учению составные части сложных тел могут быть разделены на мельчайшие частицы, но «. нельзя, однако, идти до бесконечности, — писал он, — … должны в конце концов существовать составляющие, которые нельзя отделить друг от друга никакими химическими операциями». По мнению Ломоносова, «элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо меньших и отличающихся от него тел».

Дальнейшее количественное изучение превращения веществ и особенно процессов, связанных с их разложением, привело к правильным представлениям о простых и сложных телах и, самое главное, о химических элементах как основных составных частях всех тел окружающего мира. Количественный анализ дал возможность познать состав сложных тел. С его помощью крупнейший французский химик А. Лавуазье (1743–1789 гг.) впервые доказал, что вода и воздух, считавшиеся еще с глубокой древности «элементами», являются на самом деле сложными веществами; вода, например, состоит из водорода и кислорода. Лавуазье на основании многочисленных опытов сделал вывод, что металлы (медь, железо, золото, серебро и другие), а также кислород, сера, фосфор, азот и водород являются химическими элементами, многие из которых входят в состав сложных тел. Таким образом, Лавуазье впервые ввел в химию понятие о химическом элементе, которое соответствует нашим современным представлениям.

Во времена Лавуазье было известно около 30 химических элементов, но он считал, что это не предел: усовершенствование методов количественного анализа должно привести к открытию еще большего числа элементов. «Химия идет к своей цели, к полному совершенству, разделяя, подразделяя и еще подразделяя тела, и мы не знаем, каков предел ее успехов. Мы не можем поэтому утверждать, что тело, считающееся сегодня простым, действительно простое: мы можем только сказать, что данное вещество есть теперешний предел химического анализа …»— писал Лавуазье. И действительно, многие из веществ, которые Лавуазье считал за элементы: известь, магнезия, барит, глинозем, кремнезем и другие — на самом деле оказались сложными веществами.