Открытие Джи - Джи

Гнедина Татьяна Е.

Читатель, ты вправе высказать это сомнение, пока тебе, как и Джи-Джи до 1898 года, еще неизвестна величина электрического заряда электрона.

«…Итак, я определил величину отношения массы m к заряду е в потоке отрицательного электричества, из которого состоят катодные лучи, — писал тогда Томсон. — Результат показал, что величина этого отношения гораздо меньше, чем отношение массы к заряду ионов при электролизе растворов солей и кислот, и что она не зависит ни от природы газов, через

которые распространяется электрический разряд, ни от материала электродов. Однако в этих экспериментах определялось только отношение m/e, но не раздельно m и е. Поэтому можно было предположить, что малость этого отношения обусловлена либо большим зарядом е, превышающим заряд ионов в электролитах, либо масса m неизвестных «корпускул» меньше массы любого известного иона. Несмотря на то, что у нас были основания предполагать, что заряд е лишь незначительно отличается от зарядов ионов в электролитах и что мы имеем дело с массами, меньшими атома, тем не менее я счел эти соображения косвенными и хотел, если это возможно, определить непосредственным измерением m или е. Для катодных лучей я не видел удовлетворительного метода, чтобы это сделать…»

Первый метод непосредственного измерения заряда электрона был открыт Томсоном совместно с Вильсоном и Таунсендом. Как мы уже знаем, Чарльз Вильсон обнаружил, что при резком расширении и охлаждении газа, заключенного в камеру с подвижным поршнем, капельки тумана выпадают не только на частицах пыли, взвешенной в воздухе, но и тогда, когда газ тщательно очищен. «Ядра», на которых конденсируются капельки воды, оказались электрически заряженными ионами — теми самыми «голубчиками ионами», о которых распевали песню кавендишевские ученики Джи-Джи и которых Резерфорд ласково называл «веселыми малышами».

Отношение m/e у них было точно таким же, как у «корпускул» в катодных лучах.

Томсон и Вильсон немедленно начали охоту на «веселых малышей». Создавать эти ионы в охлажденном газе они научились: достаточно облучить туманную камеру Вильсона рентгеновыми или ультрафиолетовыми лучами. А чтобы их поймать и подсчитать, надо было определить, сколько капель воды содержится в кубическом сантиметре облака тумана. Правда, для этого требовалось много дополнительных параметров: степень расширения газа, количество воды в одном кубическом сантиметре облака, размер каждой капли и т. д. Все эти величины были измерены и вычислены Томсоном и Вильсоном изящными и остроумными методами. Участвовал в работе и Резерфорд. Он первый ввел в физику газового разряда представление о подвижности ионов в различных газах и дал расчет этой величины, необходимый для определения заряда электрона.

Зная, как вычислить число заряженных ионов в одном кубическом сантиметре облака тумана, Томсон смог поставить эксперимент, позволяющий определить заряд этих ионов. Он направил поток ионов на электрически

заряженную пластину, соединенную с конденсатором. Количество электричества, попадающее на эту пластину, измерялось электрометром. Приравнивая эту величину формуле для потока ионов, выраженного через их подвижность, плотность в одном кубическом сантиметре, величину их электрического заряда е и геометрические параметры камеры и конденсатора, можно было рассчитать заряд иона е. Он оказался равным 6,8 Х 10^{– 10} электростатических единиц. Конечно, несмотря на грубую погрешность по сравнению с современными значениями заряда электрона, Томсону было нетрудно сделать заключение, что заряд этих ионов равен заряду иона водорода в электролизе, а если так, то малая величина» обусловлена именно малостью массы носителей заряда, которая, по данным Томсона, была примерно в тысячу раз меньше массы самого легкого иона — водорода.

Возвращаясь к катодным лучам, Томсон сделал окончательный вывод:

«Создание отрицательного электричества связано с расщеплением атома. В настоящее время мы еще не располагаем данными о том, какова физическая природа массы этих отрицательных частиц: обусловлена ли она целиком электрическим зарядом?»

Здесь мы должны честно признаться, что и современная физика не располагает достоверными данными о том, какова природа массы электрона: электрическая, гравитационная или электромагнитная?

Далее Томсон пишет:

«Я представляю себе атом, состоящий из большого числа малых частиц, которые я буду называть корпускулами. Масса этих корпускул равна массе отрицательного иона в газе, то есть около 3X10^{– 26} грамма. В нормальном атоме этот ансамбль корпускул образует электрически нейтральную систему…»

Мы помним, что модель атома Томсона была похожа на кекс с изюмом, в котором отрицательные изюминки нейтрализуются равномерно распределенным положительным зарядом. Однако не будем смеяться над наивностью Томсона. Заглянем еще раз в его историческую статью об открытии электрона и убедимся в том, что здесь Томсон впервые в истории науки осмелился высказать невероятное предположение о том, что «корпускулы» обладают изменчивой массой, зависящей от скорости их движения! Да, именно это положение теории относительности было впервые выдвинуто Томсоном, исходя из очень простых, наглядных физических соображений. Не будем строги к старым физическим моделям: они часто возвращаются в науку снова на новом повороте спирали ее исторического развития.

Итак, мы пробежались по пунктиру экспериментов Томсона, приведших к открытию электрона. Достаточно ли этого, чтобы судить о его открытии? Мне кажется, это достаточно для того, чтобы заинтересоваться историей науки.

Автор