Покоренный электрон
Шрифт:
Для опыта был сделан стеклянный сосуд в виде шара.
В нем поместили три анода и один катод.
Сначала путь разряда, заметный благодаря свечению газа, разделился на три ветви и они, изгибаясь дугами, шли каждый к своему аноду. Но при очень большом разрежении три ветви лучей слились в один поток и уперлись в стекло напротив катода (рис. 35).
Рис. 35. Три ветви лучей при сильном разрежении газа сливаются в один пучок.
Такое поведение разряда оставалось непонятным, а ученые, продолжая откачивать воздух, доводили
Но ожидания не оправдались. При предельно низком давлении катодные лучи ослабели, зеленое сияние в стекле померкло, а приборы отметили почти полное прекращение тока в цепи трубки.
Один исследователь попробовал нагреть катод в трубке, в которой вследствие слишком большого разрежения погасли катодные лучи. Когда катод раскалился, зеленое поле в стекле напротив катода вспыхнуло с прежней силой, и погасить его уже не удавалось, хотя воздушный насос продолжал откачивать последние остатки воздуха. Раскаленный катод испускал лучи, несмотря на почти полное отсутствие воздуха. Излучение прекратилось только, когда катод остыл.
Более странных явлений физикам прежде наблюдать, пожалуй, не приходилось. Что представляют собой эти таинственные лучи? В их электрической природе сомневаться было невозможно, приборы показывали, что через трубку течет ток. Но… что такое катодные лучи? Родственны ли они световым? Или, может быть, это струи каких-то новых неизвестных частиц?
Ученые заинтересовались катодными лучами и ставили один опыт за другим. Заказывали трубки самой различной, подчас фантастической формы.
Было замечено, что стекло в том месте, где сияло зеленое пятно, сильно нагревается. Это доказывало, что катодные лучи несут значительную энергию.
В одной из трубок ученые применили катод, изготовленный в виде вогнутого зеркала. Катодные лучи, испускаемые катодом такси формы, сходились в фокусе, как сходятся коническим пучком солнечные лучи, прошедшие сквозь выпуклое стекло (лупу). В фокусе солнечных лучей·, собранных большой лупой, можно плавить свинец, воспламенять бумагу. В фокусе вогнутого катода плавились и кипели такие тугоплавкие металлы, как платина или иридий.
Одно время ученым казалось, что катодные лучи — не что иное, как мельчайшие частички металла, отрывающиеся от катода и летящие с огромной скоростью. Действительно, после долгого пользования катодной трубкой на ее стенках оседал металлический налет. Но он появлялся не только там, где сияло зеленоватое свечение, а распространялся по всей трубке и отлагался гуще вблизи катода. Металлические частицы катода летели не струей по одному направлению, а веером, во все стороны. Большое значение при этом имел материал, из которого был сделан катод. Катодные лучи одинаково хорошо вылетали из серебряного и из медного катодов, но распыление шло по-разному — серебро распылялось быстрей, чем медь.
Было доказано, что катодные лучи к металлическим частицам, вылетающим из катода, отношения не имеют. Лучи двигаются сами по себе, а частицы — сами по себе.
Катодные лучи оставались загадкой.
Именно в этот период, характеризуя состояние учения об электричестве, Фридрих Энгельс писал:
«В учении же об электричестве мы имеем перед собою хаотическую груду старых, ненадежных экспериментов, не получивших ни окончательного подтверждения, ни окончательного опровержения, какое-то неуверенное топтание во мраке, не связанные друг с другом исследования и опыты многих отдельных ученых, атакующих неизвестную область вразброд, подобно орде кочевых наездников. Ив самом деле, в области электричества еще только предстоит сделать открытие, подобное открытию Дальтона, открытие, дающее всей науке средоточие, а исследованию — прочную основу. Вот это-то состояние разброда в современном учении об электричестве, делающее пока невозможным установление какой-нибудь всеобъемлющей теории, главным образом и обусловливает то, что в этой области господствует
4
Ф. Энгельс, Диалектика природы, Госполитиздат. 1950, стр. 83–84. Дальтон ввел в пауку понятие об атомных весах.
Загадочное лучистое вещество
Новые мысли зародились в результате опытов с катодной трубкой и магнитом.
Когда к трубке поднесли магнит, катодный луч изогнулся наперерез силовым линиям магнитного поля (рис. 36).
Рис. 36. Когда к трубке поднесли магнит, то катодный луч изогнулся наперерез магнитным силовым линиям.
Лучи, как видимые — световые, так и невидимые — инфракрасные и ультрафиолетовые, не отклоняются магнитом. Светоносная же струйка в катодной трубке повинуется влиянию магнита, значит, она не световой луч, а именно струйка! Но чего? Частиц какого-то вещества?
Это вещество не может быть металлом катода. Когда катод распыляется, его частицы летят не так, как движется неизвестная материя катодного луча. И это не частицы воздуха, так как катодный луч проходит в трубке, даже при самой высокой степени разрежения воздуха.
Исследователи попробовали повернуть магнит, расположенный возле катодной трубки. Его укрепили так, чтобы северный полюс оказался на месте южного, а южный — на месте северного. От перестановки магнита катодный луч изогнулся в противоположную сторону. Если в начале опыта он отклонялся вниз, то теперь он выгнулся вверх. Словом, поведение катодного луча напоминало движение провода с током в магнитном поле (см. выше рис. 25).
Эти странные явления допускали только одно, естественное объяснение: катодный луч не что иное, как поток отрицательных зарядов — мельчайших частичек отрицательного электричества, то есть электрический ток.
Уже явление электролиза наводило на мысль о существовании элементарных зарядов. Но там эти заряды были связаны с обломками молекул — с ионами, которые служили им «лодочками». Здесь же они выступали самостоятельно, так сказать, в чистом виде и летели в безвоздушном пространстве катодной трубки «вольными птицами».
Но можно ли сказать, что заряды, путешествующие на ионах, и заряды, образующие катодный луч, — это одни и те же заряды? Равны ли они между собой по величине? Нет ли между ними какой-либо разницы?
На эти вопросы ученые смогли дать ответ только после ряда новых опытов.
Подсчет атомов
К 90-м годам прошлого столетия атомистическая теория торжествовала полную победу. Атомы существуют! Это считалось окончательно доказанным. Правда, физики того времени представляли атом несокрушимо прочным шариком или кирпичиком, который никоим образом нельзя разбить на части, но это временное заблуждение тогда еще не мешало развитию науки.
В ту пору было известно 75 различных видов или сортов атомов, иначе говоря — 75 химических элементов. [5] Каждый химический элемент состоит из своих атомов: золото — из атомов золота, ртуть — из атомов ртути и так далее.
Были раскрыты законы, по которым атомы, соединяясь между собой, образуют молекулы простых веществ и химических соединений.
Ученые определили вес атомов каждого химического элемента, приняв за единицу измерения одну шестнадцатую долю веса атома кислорода.
5
Теперь известно 100 химических элементов, а разновидностей атомов (изотопов) значительно больше.