Русская фантастика / Книжная полка WIN | KOI | DOS | LAT
Предыдущая                         Части                         Следующая
снаряды альфа-частиц, и позади него на экране вспыхивали, как и в  Круксовом
спинтарископе, искры.
     Уже во время первых опытов Резерфорд  заметил,  что  вспышки  несколько
смещаются от направления полета  частиц.  Отчего?  Что  могло  заставить  их
отклоняться от первоначального пути?
     Конечно, только атомы металла, из которых состояла фольга!
     Вот и было бы интересно посмотреть, как это зависит  от  атомного  веса
металлов. Не совпадут ли величины отклонения с изменениями атомного веса?
     В 1909 году Резерфорд поручил  одному  из  своих  лаборантов  -  Эрнсту
Марсдену - проверить это на листках разных металлов.
     Марсден начал с  золотой  фольги.  Он  поместил  золотую  мишень  перед
экраном и скоро увидел, что выполнить задание  Резерфорда  будет  не  так-то
просто. Вспышки от вылетающих из круглого стеклянного дула  альфа-частиц  не
образовывали на экране четкого круга. Некоторые искорки вспыхивали далеко  в
стороне.
     Марсден не раз налаживал и настраивал свой прибор, но вспышки никак  не
желали оставаться в очерченном трубой кругу.
     Он доложил о странном поведении альфа-частиц  Резерфорду.  Тот  пришел,
понаблюдал за вспышками и дал Марсдену не менее странное указание.
     - Посмотрите-ка, не отражаются ли альфы-частицы от фольги.
     И ушел.
     Эрнст Марсден был всего-навсего двадцатилетним лаборантом. Но он понял:
если хоть одна альфа-частица отразится от  фольги,  то  тем  самым  выявится
нечто совершенно невероятное. Потому что как это  может  тонюсенькая  фольга
отбросить снаряды, летящие со скоростью двадцать  пять  тысяч  километров  в
секунду?
     Прошло несколько дней.
     Марсден  переделал  прибор,  установил  дополнительные  экраны  и  стал
терпеливо ждать.
     И вот первая вспышка - не за фольгой, а перед фольгой!.
     Вот еще одна. И еще.
     И снова пауза. И снова вспышка.
     Марсден считал весь вечер и всю ночь.
     На каждые восемь тысяч вспышек за мишенью появлялась одна вспышка перед
ней.  Один  из  восьми  тысяч  снарядов  фольга  отказывалась  пропускать  и
отправляла обратно.
     На следующий день Марсден заменил золотой листок медным, потом медный -
алюминиевым.
     Он хотел выяснять,  уменьшается  ли  число  отраженных  снарядов,  если
мишень - из более легких атомов.
     И выяснил - да, уменьшается, и довольно сильно.
     Через несколько дней он сказал Резерфорду:
     - Вы были правы, профессор...
     Событие произошло, его надо было объяснить.
     Когда рикошетирует снаряд? В двух случаях. Либо - когда отскакивает  от
чего-то более прочного и массивного, чем он сам. Либо - когда встречается  с
мишенью под очень большим углом, тут он может отскочить от чего угодно.
     Но  здесь  не  было  снаряда,  была   альфа-частица.   И   летела   она
перпендикулярно мишени. И не было брони, а была тоненькая фольга. И не  было
в этой фольге ничего, кроме атомов.
     Какими же они были, эти атомы,  если  семь  тысяч  девятьсот  девяносто
девять снарядов пронзали их насквозь, а восьмитысячный отскакивал обратно?
     К тому времени существовали две модели атома. Модель Томсона -  кекс  с
изюмом, положительно заряженный шар, внутри которого находятся  отрицательно
заряженные электроны. И планетарная модель - отрицательные электроны-планеты
вращаются вокруг положительного Солнца.
     Томсоновский атом не выдержал первого же залпа и рассыпался навсегда. В
нем не  было  ничего,  что  могло  бы  заставить  снаряд  отлететь  обратно.
Плавающие внутри шара электроны? С таким же успехом горошина могла бы отбить
пушечное ядро: альфа-частица в восемь тысяч раз тяжелей электрона, и к  тому
же несется с сумасшедшей скоростью.
     Оставался лишь один возможный вариант строения атома. Резерфорд  пришея
к нему после почти двухлетних размышлений. Положительно  заряженное  тяжелое
ядро. И на огромных расстояниях от него, подобно планетам вокруг  Солнца,  -
электроны. Почти пустой атом. Потому что ядро, в котором сосредоточена масса
атома, занимает ничтожное место - только так можно объяснить тот  факт,  что
семь тысяч девятьсот девяносто девять альфа-частиц проскакивали мимо.  Такой
была единственно возможная модель, только такой  атом  мог  вести  себя  под
обстрелом так, как вели себя атомы фольги в опытах Резерфорда и Марсдена.
     И Резерфорд был убежден, что атом устроен именно так. Но убедить в этом
других он не мог. И вот почему.
     Еще в 70-х годах XIX века английский физик Джемс Максвелл доказал,  что
любое заряженное тело,  двигающееся  в  электрическом  поле,  при  изменении
скорости  или  направления  теряет  энергию,  излучая  ее  в   пространство.
Электроны же, вращающиеся вокруг ядра, были бы именно такими телами.  И  они
должны были непрерывно излучать энергию. И весь запас их энергии  постепенно
бы иссяк. И они обязательно упали  бы  на  ядро.  Так  же  обязательно,  как
обязательно падает в конце концов на землю выпущенная из ружья пуля.
     Электрон упал бы на ядро, и атом перестал бы существовать.
     Но известным в то время законам природы планетарный атом Резерфорда  не
имел  права  на  существование.  И  в  то  же  время  опыт  свидетельствовал
непреложно: атом ведет себя так, как будто он и  есть  такой  несуществующий
атом.
     Получалось одно из двух: либо  природа  играла  не  по  правилам,  либо
правила были не по природе.

     ТРЕТЬЯ ВОЗМОЖНОСТЬ

     Она почти всегда существует - еще не известная, третья  возможность:  в
запасе у  Природы  есть  кое-какие  правила,  которым  и  подчиняется  вновь
обнаруженная  игра.  В  случае  с  атомом  это  означало,  что  законы   для
макромира - для тел величиной с атом и больших,  чем  атом,  недействительны
для микромира - для тел меньшей величины.

     ...Закон для тел меньше атома был обнаружен берлинским  физиком  Максом
Планком в 1900 году, еще до того, как заговорили об атомном  ядре.  И  тогда
никто не понимал, что с этим законом делать, к чему его приложить?
     Макс Планк изучал спектры нагретых веществ. Давно  было  известно,  что
цвет  нагреваемого  тела  меняется:  сперва  он  красный,   потом   желтеет,
голубеет... В зависимости от  того,  сколько  энергии  получало  нагреваемое
тело, менялось и его излучение.
     Планк старался понять, как же именно распределяется энергия  по  разным
излучениям. И когда он собрал множество фактов, связанных с этим  процессом,
то оказалось, что многим  бесспорным  данным  невозможно  найти  объяснения,
оставаясь на позициях, типичных для макромира.
     Превращения в мире веществ  нельзя  было  понять,  пока  не  установили
главное: вещества состоят из минимальных порций - атомов. Превращения в мире
излучений тоже невозможно было понять, пока Планк  не  пришел  к  гениальной
мысли: надо  отказаться  от  представления,  будто  энергия  течет  сплошным
потоком, а представить себе, что энергия, как и вещество, делится на порции,
и что излучение состоит  из  минимальных  порций  -  Макс  Планк  назвал  их
квантами.
     Почему теплота, свет, рентгеновы лучи должны  обладать  зернистым,  как
говорили в старину - корпускулярным, строением, никто  не  понимал.  Кому  и
зачем могли понадобиться эти минимальные порции  энергии,  было  неизвестно.
Известно было одно: профессор Планк, изучая спектры, не смог свести концы  с
концами, пока не предположил, что  есть  такая  штука  -  наименьшая  порция
излучения - квант.
     Альберт Эйнштейн  первый  объяснил  с  помощью  кванта  одно  из  ранее
непонятных явлений. В то время, когда  Планк  ломал  голову  над  спектрами,
Эйнштейн еще учился в  институте.  А  потом  стал  преподавателем.  В  школе
Эйнштейн проработал всего два года: у него было множество собственных мыслей
о природе вещей, и ему хотелось найти такую работу, чтоб  голова  оставалась
более или менее свободной  для  размышлении.  А  кому  не  известно,  каково
приходится учителям...
     В  1902  году  скромному  двадцатитрехлетнему  учителю   Эйнштейну   из
маленького городка Шафгаузен повезло: он получил место в  столице  Швейцария
Берне, в патентном бюро. Там, отработав положенные часы, можно было спокойно
раздумывать над устройством мира.
     ...Когда Альберт Эйнштейн прочел статью Макса  Планка  о  квантах,  то,
поразмыслив, он нашел этим квантам дело.
     Давно   было   известно,   что,   облучив    металлическую    пластинку
ультрафиолетовыми лучами, можно возбудить в ней  электрический  ток.  И  что
лучи меньшей энергии, скажем, фиолетовые, сделать этого не  могут.  Это  был
твердо установленный, но совершенно непонятный факт! Казалось бы, не все  ли
равно  -  пять  минут  облучать  ультрафиолетовыми  лучами  или  пять  часов
фиолетовыми? Ведь можем же мы испарить ведро  воды  и  на  спиртовке,  и  на
керосинке, и на газовой плите - вся разница только во времени.  Но  то,  что
получалось с испарением молекул воды, никак  не  получалось  с  электронами.
Что-то мешало!
     Эйнштейн понял что: кванты. Один электрон выбивается из  металла  одним
квантом... Ультрафиолетовый квант  энергичней,  чем  фиолетовый,  вот  он  и
выбивает электрон. А у фиолетового кванта энергии для этого не хватает.
     Так  в  1905  году  появилась  физическая  теория,   объясняющая,   что
обыкновенный свет состоит из  квантов  -  порций  энергии  разной  величины.
Величина энергии зависит от длины волны. Чем короче  волна,  тем  энергичней
квант.
     Теперь хорошо было бы узнать, откуда эти кванты берутся.

     БИЛЬЯРД БОРА

     Нильс Бор родился в Копенгагене, в семье профессора филологии, и учился
физике. Когда он узнал об атомном ядре, открытом Резерфордом,  ему  было  26
лет.  Он  приехал  в  Англию  и  вскоре  поступил  стажером  в   лабораторию
Резерфорда, Этому молодому датскому  физику  предстояло  спасти  планетарный
атом Резерфорда.

     Рассуждение  Нильса  Бора  сводилось,  в  общем,   к   отказу   считать
всеобъемлющим правило Максвелла, отрицающее  существование  атома  с  ядром,
поскольку опыт свидетельствовал, что такой атом  есть.  И  поскольку,  кроме
всем  известного  и  понятного  правила  Максвелла,  насчет  излучений,  уже
существовало малоизвестное и не очень понятное правило Планка о  квантах.  И
это непонятное правило неплохо подходило к непонятному атому с ядром...
     Если бы электрон непрерывно излучал, он упал  бы  на  ядро.  Но  он  не
падает,  значит,  он  не  излучает  непрерывно.  Уже  потому   не   излучает
непрерывно, что непрерывное излучение невозможно - оно  делится  на  порции,
кванты.
     Но каким образом эти кванты излучаются электроном?

     Основные, первоначальные, принципы теории  строения  простейшего  атома
водорода Бор изложил в статье, опубликованной в 1913 году.
     Чтобы более или менее наглядно представить  себе  обоснованное  в  этой
статье поведение электрона, вращающегося  вокруг  атомного  ядра,  попробуем
обратиться к аналогии.
     Разумеется, нельзя забывать, что наглядное  представление  о  процессах
внутри атома вообще не может не быть грубо упрощенным. Аналогия  же  никогда
не соответствует истинной картине -  в  лучшем  случае,  она  лишь  помогает
понять ее...
     Есть такая игра - один из видов бильярда: наклонная  доска  с  круглыми
гнездами, по которой катятся  металлические  шарики.  Чем  ниже  скатывается
шарик, тем трудней ему застрять в каком-нибудь гнезде.  Ведь,  снижаясь,  он
катится все быстрей, потому что  все  большая  часть  потенциальной  энергии
превращается в кинетическую, в энергию движения.
     Так вот. В определенном смысле атомное ядро ведет себя,  как  наклонная
доска, электроны - как шарики,  а  гнезда  играют  роль  таких  уровней,  на
которых электрону "разрешено" находиться, не излучая. Попав в гнездо,  шарик
уже не расходует на движение потенциальную энергию, а лежит  себе  и  лежит.
Попав на один из разрешенных уровней, электрон уже не расходует на излучение
запасенную на прежнем уровне энергию, а спокойно движется вокруг ядра.
     А излучает электрон только при перескоке с одного  разрешенного  уровня
на другой, более близкий к ядру. При этом излучается  ровно  квант  энергии.
Электрон не может излучить, скажем, полкванта - ведь он не может  прекратить
свое "падение" к ядру на полдороге, до следующего разрешенного уровня.
     Если же нагревать атом или  облучать  его,  то  есть  подавать  в  него
энергию извне, то  электроны,  поглотив  эту  энергию,  перескочат  с  более
близких к ядру уровней на более далекие. Потом такой  атом  сможет  отдавать
энергию  обратно:  электроны  соскакивают  пониже,  и  кванты  излучаются  в
пространство.  Если   это   кванты   видимого   света,   вещество   начинает
фосфоресцировать, светиться.
     Как, например, устроен атом водорода? У него есть  ядро,  несущее  один
положительный электрический  заряд.  А  вокруг  него,  как  Луна,  вращается
электрон.  Но,  в   отличие   от   Луны,   он   может   находиться   не   на
одной-единственной орбите, а на любой из  нескольких  разрешенных  для  него
орбит. И перескакивая со  ступеньки  на  ступеньку,  сверху  вниз,  с  одной
разрешенной орбиты на другую, он должен  при  этом  отдавать  разные  порции
энергии, разные кванты.
     Вот откуда серия  полосок  в  спектре  водорода,  обнаруженная  некогда
Бальмером. У разных порций - разная энергия, значит,  это  разные  фотоны  -
кванты света: один, например, желтый, другой красный, третий  фиолетовый,  а
четвертый еще энергичней - он попадает в спектре в зону ультрафиолета.
     ...Люди обычно предпочитают,  чтобы  непонятные  вещи  объясняли  им  с
помощью понятных. Поэтому способ, которым никому не ведомый молодой датчанин
решил спасти непонятную конструкцию атома Резерфорда, не сразу  пришелся  по
душе даже физикам. Лорду Релею, например.
     Но все же не один Резерфорд оценил гениальную идею Бора...


     Глава пятая,

     в которой Мозли не только спасает естественную систему элементов, но  и
объясняет ее


     ВСс СТАНОВИТСЯ НА СВОИ МЕСТА

     Когда лавины новых поразительных открытий проносятся в мире  науки,  то
сперва кажется, что ничто не осталось на месте, все рухнуло. Но вот  оседает
пыль: и  разрушенными  оказываются  только  предрассудки  и  заблуждения,  а
очищенный от них мир истин становится еще более незыблемым.
     Так получилось и на этот раз.
     Раньше других этот новый прекрасный мир увидел сверстник Бора и  ученик
Резерфорда Генри Гвин Мозли.
     О нем не очень много известно. Вероятно, потому, что на занятия  наукой
судьба отпустила ему считанные годы. Летом 1910 года он окончил  Оксфордский
университет и явился к Резерфорду. А  летом  1915  года  погиб  от  пули  на
войне - в окопе, на берегу Дарданелл.
     Ньютон прожил 85 лет, Бойль - 64, Ломоносов - 54. Лавуазье - 51 год,  а
Мозли погиб примерно в том же возрасте, что и Лермонтов...
     Подобно Беккерелю, Мозли был  сыном  профессора  и  внуком  профессора.
Подобно Кавендишу, он был фанатически предан науке. Его друзья рассказывали:
у Мозли было два рабочих правила. Первое - если начал налаживать прибор  для
опыта, то нельзя останавливаться, пока он не будет налажен; второе  -  когда
прибор налажен, нельзя останавливаться, пока опыт не  будет  окончен.  Мозли
предпочитал работать в полном уединении. Известна такая  история.  Резерфорд
курил трубку, и Мозли курил трубку. Трубка то и дело  гаснет,  и  курильщики
тратят уйму спичек. У Мозли спички были всегда, и Резерфорд нередко  заходил
к нему, чтобы зажечь свою потухшую  трубку.  Но  так  продолжалось  недолго.
Однажды, зайдя в лабораторию, где трудился его молодой сотрудник"  профессор
увидел гору спичечных коробков и надпись: "Пожалуйста, возьмите одну из этих
коробок и оставьте в покое мои спички!"
     Итак, судьба отпустила Генри Гвину Мозли совсем немного времени. Как же
он распорядился им?
     Первый год изучал бега-лучи и гамма-лучи. Второй год -  лучи  Рентгена.
По-видимому, он выбирал, какой вид излучений может дать больше информации об
устройство атома. Замок шкатулки не открыть ключом от городских ворот...
     Самые длинные электромагнитные волны  -  их  длина  от  сантиметров  до

Предыдущая Части Следующая


Купить фантастическую книгу тем, кто живет за границей.
(США, Европа $3 за первую и 0.5$ за последующие книги.)
Всего в магазине - более 7500 книг.

Русская фантастика >> Книжная полка | Премии | Новости (Oldnews Курьер) | Писатели | Фэндом | Голосования | Календарь | Ссылки | Фотографии | Форумы | Рисунки | Интервью | XIX | Журналы => Если | Звездная Дорога | Книжное обозрение Конференции => Интерпресскон (Премия) | Звездный мост | Странник

Новинки >> Русской фантастики (по файлам) | Форумов | Фэндома | Книг