Валентин Рич - Виток спирали
Это могло значить только одно: от катода несутся по трубке невидимые лучи, представляющие собою отрицательное электричество!
Крукс продолжал опыты и через некоторое время узнал о катодных лучах уже немало. Они распространялись прямолинейно, как солнечный свет. Они не только заставляли многие тела светиться, но некоторые могли даже расплавить. Они способны были проникать сквозь непрозрачные твердые тела. В воздухе они проходили путь в семь сантиметров.
Так не вели себя никакие известные виды лучей или вещества. И Крукс понял, что обнаружил новый вид материи.
Почему появляется темное пространства, когда газ в трубке становится более разреженным?
Да потому, что теперь частицам лучистой материи приходится пролетать некоторое расстояние, прежде чем они столкнутся с каким-нибудь атомом газа и заставят его светиться. Чем больше разрежение, тем дольше полет частиц до встречи с атомами.
Что это за частицы?
Во всяком случае, не атомы, а что-то гораздо более мелкое…
В ТЫСЯЧУ РАЗ ЛЕГЧЕ АТОМА
Скоро студентов будут привозить к нам в детских колясках!" — сказал президент Манчестерского Оуэнс-колледжа, узнав о приеме в университет четырнадцатилетнего Джозефа Джона Томсона. И тут же распорядился не принимать таких малолетних в университетские колледжи.
Однако Томсон с первого же курса стал забирать все стипендии, присуждаемые за лучшие успехи в науках.
Когда ему было 19 лет, его первую работу опубликовали в "Трудах Королевского общества". Когда ему было 24 года, он, блестяще выдержав экзамены на бакалавра, появился в Кавендишской лаборатории. Когда ому было 28 лет, один кембриджский старожил заметил:
— Критические времена наступают в университете, если мальчики делаются профессорами!
Двадцативосьмилетный Томсон был назначен преемником лорда Релея и возглавил Кавендншскую лабораторию — крупнейший в миро центр физической науки.
Томсон много занимался электрическим током. У него не было сомнений в том, что в газах, как и в жидкостях, заряды переносятся ионами. Но откуда они берутся в газах? Что превращает в ионы обычные нейтральные атомы азота пли кислорода? Очевидно, напряжение, подведенное к платиновым проволочкам — электродам трубки…
Отклоняя полет ионов в трубке магнитом, Томсон заметил, что чем больше заряд иона и чем меньше ого масса, тем сильнее отклоняется он от прямолинейного направления полета.
Сильней всего отклонялся магнитом ион водорода. Естественно — ведь его атомный вес в четыре раза меньше, чем у ближайшего к нему элемента — гелия, и в двести сорок раз меньше, чем у самого далекого — урана.
Томсон решил измерить массу частицы лучистой материи Крукса. Но для этого следовало определить величину заряда такой частицы.
Наименьшая величина заряда иона в жидкости была известна — ее определил еще Фарадей: одна пятисотмиллиардная часть кулона. Но никто не знал, какой будет величина заряда у ионов в газах. А без этого Томсон не мог работать дальше.
Выручил его физик Чарлз Таунсенд.
Он вспомнил давно известный факт: когда при разложении раствора поваренной соли выделяется хлор, то некоторые его частицы остаются заряженными и вокруг них образуется туман. Такой же туман сгущается и вокруг выделяющихся частиц водорода и кислорода при разложении током воды. Ионы притягивают к себе из воздуха мельчайшие капли воды.
Таунсенд измерил вес одного кубического сантиметра такого тумана, и полный его заряд, и вес одной капельки. И поделил вес всего кубического сантиметра на вес одной капельки, узнав таким образом число капель в кубическом сантиметре. А затем, поделив общий заряд кубического сантиметра на это число, он получил величину одного наименьшего заряда иона в газе. И оказалось, что и в газах наименьший заряд электричества тоже равен одной пятисотмиллиардной части кулона.
Фарадей мерил в жидкости. Таунсенд — в газе. Фарадей считал атомы натрия. Таунсенд — капельки тумана. А получилось одно и то же число! Значит, и там и тут действовала одна и та же порция электрического заряда, самый маленький, можно сказать — элементарный, электрический заряд.
Еще в 1894 году, за три года до работы Таунсенда, английский физик Джонстон Стони дал элементарному заряду имя — электрон. Он руководствовался идеей об атомарной природе электричества, выдвинутой еще в 1881 году немецким естествоиспытателем Германом Гельмгольцем.
Тогда никто не мог доказать, что электрон — частица. Теперь у Томсона были для этого необходимые данные.
Тем же магнитом, которым он отклонял ионы газов, он стал отклонять катодные лучи. И они отклонялись в тысячу раз сильней, чем ион водорода! Значит, их масса была по крайней мере в тысячу раз меньше массы самого маленького атома. Воистину тонкая материя!
Правильно считал Крукс: частицы лучистой материи, электроны, были совершенно иным видом вещества, чем атомы. Но откуда эти электроны брались?
Очевидно, из атомов, причем атомов любого сорта — ибо катодные лучи возникали в любом газе, лишь бы он был достаточно разрежен.
Получалось, что атом вовсе не прост, что он состоит из электронов и еще из чего-то. И это "что-то" должно было нести положительный заряд — ведь целый атом оставался электрически нейтральным.
Как же мог быть устроен этот сложный атом?
Было предложено два варианта. Первый предложил сам Томсон. В круглом, положительно заряженном атоме сидят, как изюминки в кексе, отрицательные электроны.
Второй вариант предложили сразу несколько ученых. Положительное "что-то" находится внутри, а снаружи, вокруг него, как планеты вокруг солнца, кружатся электроны.
Доказать, кто врав, а кто ошибся, удалось только через несколько лет.
Но сначала расскажем еще об одном свидетельстве того, что атом сложен.
Глава вторая,
в которой атомы пытаются говорить с людьми языком радуги, но люди их не понимают
В рассказе о французском химике Лекок де Буабодране и об открытии галлия уже шла речь о спектральном анализе. Этот замечательный способ исследования не только привел к открытию нескольких прежде не известных элементов. Спектроскоп оказался инструментом, проникшим в глубь атома. Уже по одному этому со спектральным анализом надо знакомиться подробнее. И начать это знакомство лучше с фраунгоферовых линий.
Собственно говоря, фраунгоферовы линии первым обнаружил вовсе не Иозеф Фраунгофер, живший в последней трети XVIII и в первой трети XIX века, а его современник Уильям Волластон. Но, в отличие от Фраунгофера, который всю свою жизнь занимался оптикой, Волластон интересовался всем на свете, а более всего химией, в которой он отличился открытием двух родственных платине химических элементов — родия и палладия, а также физикой, ботаникой, медициной, минералогией и другими науками.
Изучая спектр солнечного света, то есть разложенный призмой на семь цветов солнечный луч, Волластон заметил, что на спектре есть несколько резких темных линий.
Это его очень удивило, однако, он не счел нужным далее заниматься этим предметом. И наверное, справедливо, что черные полоски на солнечном спектре не носят имени Уильяма Волластона.
Тот, чьим именем они были названы, родился в 1787 году в семье стекольщика и до 14 лет не знал грамоты. Родители его умерли рано, и еще ребенком он пошел в подмастерья к шлифовщику стекол.
Так бы в безвестности и прошла его жизнь, если бы не обвалился дом хозяина. В тот момент, когда почти бездыханного Йозефа вытаскивали из-под развалин, проезжал мимо со своей свитой баварский принц.
Наследник престола изволил принять участие в судьбе мальчика и пожаловал ему довольно много денег.
Иозеф неплохо распорядился ими, начал учиться, поступил в известную оптическую мастерскую в баварском городке Бенедиктбейерне, а затем стал ее владельцем. Его оптические приборы славились во всем мире.
Но истинную славу ему принесли наблюдения за открытыми Волластоном темными линиями в солнечном спектре.
Линий этих Фраунгофер нашел и зарисовал великое множество — более пяти сотен. Располагались они без какого-либо порядка, пересекая радужную полоску спектра во всех его частях — и в желтой, и в оранжевой, и в голубой, и в синей, и в зеленой, и в красной, и в фиолетовой. Но каждая темная линия, сколько бы раз и когда бы ни смотрел на нее Фраунгофер — в любой час дня и в любой месяц года — неизменно оказывалась на одном и том же месте.
Фраунгоферовы линии поражали воображение. Физики, химики, астрономы не знали, что и думать. Откуда на ослепительном солнце могут браться какие-то черные линии? Если бы они двигались, если бы появлялись и исчезали, то это еще куда ни шло — бывают же на солнце пятна. Но фраунгоферовы линии торчали в солнечном спектре на одних и тех же местах.
