Итак, в объеме кристалла имеется капелька насыщенного раствора его вещества. Вначале — о форме этой капельки. Если капля «маленькая» (в том смысле, который обсуждался в очерке об опыте Плато), ее форма будет такой, при которой энергия на границе капелька — кристалл окажется минимальной. В опыте Плато капля жидкости граничит с жидкостью, аморфное вещество с аморфным веществом. Это значит, что поверхностная энергия границы во всех направлениях одинакова, и поэтому наименьшей энергия всей границы будет тогда, когда наименьшей будет ее поверхность. Для этого капля должна принять сферическую форму. Если же жидкая капля расположена в кристалле, аморфное тело граничит с кристаллом, энергия границы жидкость — кристалл, как и поверхностная энергия границы кристалл — воздух, будет зависеть от направления. В этом случае наименьшей полная энергия границы будет у капли несферической формы. Капля приобретает равновесную огранку, такую, какую продиктует ей равновесная огранка кристалла; например, капля в объеме кристалла каменной соли будет кубической, в других кристаллах она будет иметь более сложную форму — восьмигранника, пирамид, которые сложены основаниями, и т. д.
«Немаленькая» капля деформируется силой тяжести. Это во всяком случае происходит с каплей, которая свободно лежит на твердой поверхности. И нет основания для того, чтобы капля в кристалле не испытывала на себе действия этой силы. Складывается непростая ситуация: капля стремится расплющиться, так как при этом понизится ее центр тяжести и уменьшится ее потенциальная энергия, а кристалл — сохранить полость, содержащую каплю, такой, при которой энергия ее поверхности будет наименьшей. Любое изменение формы равновесной полости приведет только к увеличению ее поверхности, а значит и поверхностной энергии. В этой противоречивой ситуации капля и кристалл находят оптимальное решение.
Естественно может возникнуть недоумение: неужели капля способна вынудить кристалл изменить свою форму? Усилиям наших пальцев массивный кристалл соли не поддается, как же он подчиняется воле капли? Дело в том, что капля может сделать то, чего не могут сделать наши пальцы; она растворит в себе немного соли с боковых поверхности полости и поможет этой соли переместиться на верхнюю поверхность. Таким образом, верхняя поверхность приблизится к нижней, и центр тяжести понизится, а с ним понизится и потенциальная энергия капли.
В ископаемых минералах, в частности в естественных кристаллах солей, тысячелетия подвергавшихся действию силы тяжести, можно найти множество жидких приплюснутых включений. Выть может, именно сила тяжести их и расплющила?
Я вспоминаю великолепный кинофильм, который был снят Г. Г. Леммлейном в первые послевоенные годы. Главными героями этого фильма были кристаллы натриевой селитры с жидкими включениями — каплями раствора натриевой селитры в воде. Особенно запомнились два эпизода, которые впоследствии Леммлейн описал в одной из своих статей.
Сценарий первого эпизода был следующим. Поверхность кристалла натриевой селитры с жидким включением — каплей — ярко освещалась мощной лампой. Небольшой участок поверхности, вблизи которого было включение,— зачернен. Оказывается, капля начинает медленно двигаться по направлению к черному пятнышку. Съемка велась в замедленном темпе, чтобы при демонстрации ленты с обычной скоростью движение капли можно было отчетливо наблюдать.
Жидкая капля самопроизвольно движется в твердом кристалле по направлению к лампе! Возникают вопросы: к излучаемому ею свету? или к теплу? почему движется? как движется?
Движется капля не к свету, а к теплу. В этом легко убедиться с помощью простого контрольного опыта, например такого: поднести к кристаллу несветящийся источник тепла.
Ответы на вопросы «почему» и «как» можно совместить. Дело в том, что растворимость натриевой селитры в воде очень сильно зависит от температуры и даже при малом ее повышении заметно возрастает. Если к капле направлен поток тепла — от лампы или любого другого источника,— на лобовой ее поверхности температура будет немного выше, чем на тыльной. Это означает, что на лобовой, более горячей, поверхности натриевая селитра будет растворяться, а на тыльной, более холодной, возникший в капле избыток соли будет осаждаться. А это и означает, что капля будет двигаться по направлению к теплу. Скорость движения в опытах Леммлейпа была небольшой — приблизительно 10-7 см/сек, но важна не величина скорости, а принципиальная возможность на первый взгляд курьезного явления: жидкая капля движется в кристалле! Как следует из рассказанного, реально движется не капля, а атомы вещества кристалла, растворившиеся в ее объеме, но результат такого движения атомов мы воспринимаем как движение капли в кристалле.