Величина ничтожная, такое поле не способно сдвинуть атом, прочно сидящий в узлах кристаллической решетки. И все же отдельные случаи перемещения атомов в металле исследователи отмечали. Так, в 1931 году фон Клин (Германия) пропустил по тонкой серебряной проволочке ток, превышавший допустимое значение в тысячи раз. Естественно, что она перегорела. Но как перегорела!
На оставшихся практически одинаковых кусочках проволоки ток почему-то выдавил бугорки, похожие на бородавки. Объяснить этот факт не смогли. Ток, текущий по проводнику, сжимает его. Откуда же взялась сила, «выдавившая» бородавку наружу?
В конце 1990-х годов к опытам подобного рода обратился профессор М.К.Марахтанов. Только в отличие от фон Клина, он решил охлаждать проводник, и это позволило пропускать без разрушения токи в тысячи раз большие, чем обычно.
В сосуд с водой был помещен стальной провод диаметром 0,3 мм, покрытый слоем цинка толщиною 0,005 мм. Вода хорошо охлаждала провод, поэтому через него без разрушения удавалось пропускать токи в десятки ампер, что в сотни раз больше обычно допустимых значений. А это означало, что и напряжение, приложенное к электронам в кристаллической решетке, также было в тысячи раз выше, чем обычно.
При наблюдении невооруженным глазом ничего особенного увидеть не удалось. Но видеосъемка с частотой 25 кадров в секунду вскрыла удивительные вещи. Когда ток в проводе плавно увеличивали в диапазоне от 15 до 50 А, цинковое покрытие провода вздувалось (рис. 1). Возникали сферические бусинки.
Рис. 1. При плавном повышении силы тока цинковое покрытие на проводнике вздувалось и на нем появлялись "бусинки".
Единственное объяснение этому явлению может дать квантовая механика. Под действием электрического поля электроны проводника выстраиваются в группы или волны, примерно одинаковые по энергии. Сильнейшее электрическое поле (напряженность его достигала сотен тысяч вольт), создаваемое группой электронов, отрывало от проволоки слой цинка, раздувало его как шар (рис. 2).
Рис. 2. Видно, как внутри каждой бусинки светится раскаленный проводник. Но тут же рядом, между бусинок, проводник не светится. Ток через него течет, а тепло не возникает…
При дальнейшем повышении силы тока бусинки разрушались. В этот момент было видно яркое свечение проводника, находящегося внутри каждой из них. По цвету свечения удалось определить температуру проводника. Она оказалась близка к 1200 °C. В промежутках между бусинками проводник, условно говоря, оставался холодным, имея температуру всего 300–400 °C.
Поразительно здесь очень многое. Начнем с того, что ток течет по всему проводнику, но нагревает его лишь местами. Тепло от горячего участка к холодному передается в десятки раз медленнее, чем обычно. Наконец, появление столь высокого электрического поля, надувающего бусинки, тоже полная неожиданность.
Совсем иначе протекает этот процесс в опытах А.М. Марахтанова. В качестве проводника он применил тончайшую металлическую пленку, напыленную на керамическую подложку. Как и в опытах с проволокой, электроны проводника выстраивались волнами, и на нем, чередуясь, возникали горячие и холодные участки (рис. 3).
Рис. 3. Под действием сильных токов на поверхности металлической пленки возникает чередование горячих и холодных участков.
Плотность тока увеличивали. Под конец опыта падение напряжения на проводнике оказывалось в тысячу раз больше, чем можно получить при комнатной температуре. Кинетическая энергия электронов возрастала в миллионы раз. При таких условиях электроны вылетают из кристаллической решетки. Остаются лишь сидящие в узлах положительно заряженные ионы атомов металла. Они, как и положено одноименным зарядам, разлетаются в стороны. Кристалл металла мгновенно взрывается. Причем энергия взрыва металла больше, чем у тринитротолуола и гексагена.
В ходе экспериментов выяснилось, что при помощи электрического поля можно высвободить запас энергии, которым обладают кристаллы многих металлов: вольфрама, свинца, меди, алюминия, железа и их сплавов.
Энергия взрыва превышает энергию вызывающего его импульса во много раз. Так, для алюминия мы получаем энергетический выигрыш в 66 раз, для никеля — в 171, для вольфрама в 2133 раза.