Ирина Радунская: Кванты и музы

Итак, в обиход науки вошёл квант света, элементарная частица света. Но трудности в понимании природы света, его взаимоотношений и связи с материей не иссякали.

Начиная с 1706 года, вслед за малоизвестным Френсисом Хоксби, физики продолжали изучать красивое свечение, возникавшее при прохождении электрических разрядов через разреженные газы. Уильям Крукс в последней четверти минувшего века довёл эти исследования до такой полноты, что не сомневаясь утверждал: свечение вызывается движением частиц. Но каких? Ведь в сосудах не было других частиц, кроме молекул газа… Тут была тайна, более глубокая, чем могло показаться с первого взгляда.

Большинство учёных в то время склонялось к волновой теории этого свечения. Некоторые видели в нём новый вид излучения, поэтому за ним укрепилось наименование катодных лучей…

Крукс был ближе всех к истине. Но не понял её до конца.

Прошло почти два столетия после первого опыта Хоксби, когда его начинание привело к результатам, о которых он не помышлял и которые, наверное, ошеломили бы его. Оказалось, что, пропуская электрический разряд через газ, он, не подозревая об этом, получал электроны!

В 1895 году в Париже Жан Перрен, проводя опыты с катодными лучами, поставил на их пути магнит, и эти лучи отклонились так, как если бы они состояли из частиц, несущих отрицательный заряд. Контрольные опыты показали, что катодные лучи вовсе не нейтральные молекулы, о которых писал Крукс, а гораздо более лёгкие частицы, заряженные отрицательно.

Обычно считают, что именно опыт Перрена привёл к рождению электроники, хотя термин «электрон», предложенный за четыре года до того, не был связан с этим опытом. Джозеф Джон Томсон через два года определил для частиц, участвовавших в опыте Перрена, отношение их заряда к массе, а затем и величину этого заряда. Так впервые были измерены характеристики индивидуальной элементарной частицы. Конечно, не её имели в виду древние атомисты, не о ней говорил Фарадей, заключивший из опытов по электролизу о существовании в жидкостях заряженных частиц. Не эти частицы участвовали в явлениях, наблюдаемых при разнообразных опытах с газами и жидкостями. Электрон раскрыл людям глаза на то, что атомы, считавшиеся издревле самой малой частицей материи, сами имеют сложную структуру. Теперь электрон был признан мельчайшим кирпичом мироздания, получив титул первочастицы.

Так на рубеже XX века неделимые атомы греческих философов окончательно сошли со сцены, уступив место не новым атомам, а новым гипотетическим неделимым элементарным частицам, из которых состоят все атомы химических элементов.

И тут учёные вспомнили об одной отвергнутой, забытой гипотезе. Еще в 1815 году некто Праут на основании законов Гей-Люссака и своих измерений установил теперь всем очевидный, а для того времени почти мистический факт: атомные веса многих химических элементов кратны весу атома водорода… Элементы разные, свойства разные, а атомные веса почему-то связаны между собой….

В следующем году Праут высказал такую крамольную мысль, что о ней постарались забыть: атомы всех элементов — родичи, они все образованы посредством объединения атомов водорода.

Измерения Берцелиуса и других химиков показали, что это похоже на правду, только точная кратность атомных весов химических элементов почему-то не соблюдается. Это было непонятно: под рукой не было ни опытов, ни гипотез, могущих прояснить вопрос; начало XIX века изобиловало открытиями, и работы Праута потонули в море вопросов, не имеющих ответа.

Лишь открытие в 1868 году Менделеевым Периодического закона химических элементов возродило интерес к гипотезе Праута. Менделеев доказательно установил, что химические свойства элементов и многие их физические свойства находятся в периодической зависимости от их атомных весов. Отклонения же от точной кратности оставались непонятным фактом. Но это не могло подорвать убеждения в справедливости открытия Менделеева. Оставалось надеяться, что будущая теория всё разъяснит.

Учёные вступили на нехоженую тропу познания сложной структуры атомов и молекул. Трудно сказать, как долго их поиски продолжали бы оставаться бесплодными, не натолкнись они на явление радиоактивности — самопроизвольного превращения одних веществ в другие. Понимание законов этого процесса привело к новой точке зрения на химические свойства вещества, продемонстрировало механизм процесса, развивающегося внутри атомов.