Снова разрядная трубка
1897год. 29 апреля
Лондонское королевское общество аплодирует
конце апреля 1897 г. члены Лондонского королевского общества съезжались на одно из своих заседаний. Облаченные в мантии, они не спеша входили в мрачный зал с высокими стрельчатыми окнами. Рассаживаясь в старинных креслах с высокими спинками, они негромко переговаривались о теме заседания. Им предстояло выслушать важное сообщение своего коллеги, известного английского ученого Джозефа Джона Томсона. Со сдержанным интересом посматривали они на высокого и худощавого сорокалетнего человека, заканчивавшего последние приготовления к лекции.
Наконец, когда все заняли свои места, председательствующий предоставил слово Джозефу Томсону.
— Уважаемые джентльмены,— начал Томсон,— я имею честь ознакомить вас со своими последними работами, которые позволили мне установить, что мельчайшим носителем электричества является корпускула. Мне было бы весьма лестно, если бы вы разделили мое глубокое убеждение в существовании этой корпускулы и одобрили метод и результаты моих исследований по ее обнаружению. Я призываю вас также поддержать предложение о присвоении этой корпускуле названия «электрон».
И чем дальше рассказывал Томсон о своих исследованиях, тем яснее становилось ученым, что они являются свидетелями очень важного события, разрушающего многовековые представления о строении вещества и элементарности атома.
Ни один из присутствовавших не сомневался в правильности приведенных Томсоном доказательств существования электрона. Слишком очевидны были результаты опытов.
Нечасто в стенах зала заседаний Лондонского королевского общества раздавались аплодисменты. Достоинство и чопорное соблюдение старинных английских традиций не позволяли членам королевского общества шумно выражать свои симпатии докладчику. Но на этот раз традиции были нарушены. Под аплодисменты и шумное одобрение присутствующих Томсон закончил свой доклад.
Снова разрядная трубка
После открытий Рентгена и Беккереля было уже ясно, что атом имеет сложное строение, что он не является простой неделимой частицей, как это раньше предполагалось. Но ученые еще не знали, как устроен атом. Знали, что он сложный, но не знали, из чего он состоит. Первые попытки разгадать эту тайну и были сделаны Томсоном.
Томсона интересовали разряды в газах. В течение многих лет он занимался изучением явлений, протекающих в разрядных трубках, аналогичных тем, которыми пользовался Рентген в своих опытах. Возможности для изучения разряда значительно возросли после открытия рентгеновых лучей. Ведь был уже накоплен довольно большой экспериментальный материал. Томсон проводил опыты с разрядами в знаменитой Кавендишской лаборатории при Кембриджском университете. Под его руководством образовалась группа талантливых и впоследствии знаменитых физиков. В нее входили: Резерфорд, Ланжевен, Вильсон, Астон, Ленгмюр, Кулидж и др. Эта группа сделала много открытий в области газового разряда.
Она установила, что газовый разряд очень хорошо проводит электрический ток. Но было неясно — почему. Надо сказать, что еще в 1881 г. немецким физиком Германом Гельмгольцем было высказано предположение о существовании частицы, которая является носителем электричества. Английский физик Джон Стоней в 1890 г. назвал эту частицу «электрон». И это было не случайное название. «Электрон» по-гречески значит «янтарь». Еще несколько сот лет назад было известно, что если палочку из янтаря потереть сукном, то она начинает притягивать к себе кусочки бумаги. Каждый может проделать такой опыт, если у него найдется янтарная (или стеклянная) палочка. Потому еще с древних времен с янтарем связывали существование электричества. Отсюда и произошло название — электрон. И хотя ученые приняли гипотезу об элементарной частице — носителе электричества,— не было никаких доказательств ее существования.
Томсон проводил изучение газового разряда в так называемой трубке Крукса. Эта трубка представляет собой стеклянный баллон, на обоих концах которого впаяны электроды (отрицательный электрод называется катодом, положительный — анодом). Когда к этим электродам подводилось высокое напряжение, то в трубке возникал разряд. Поскольку через трубку с выкачанным воздухом протекал электрический ток, то было ясно, что есть какие-то носители электричества, переносящие электрические заряды от катода к аноду. В 1879 г. было установлено, что этими носителями являются частицы, летящие от отрицательного электрода к положительному. Их назвали катодными лучами. Томсон решил выяснить, что представляют собой эти лучи. Он сделал такой опыт. Рядом с трубкой, между электродами, параллельно направлению полета катодных лучей он поставил металлическую пластинку. Затем стал подводить к ней то положительное, то отрицательное напряжение и сразу заметил, что когда пластинка была заряжена положительно, то катодные лучи притягивались пластинкой, а когда — отрицательно, то катодные лучи отталкивались пластинкой. Этим опытом Томсон доказал, что катодные лучи представляют собой поток отрицательно заряженных частиц — электронов. Ведь мы знаем, что заряды одного знака отталкиваются, а противоположных знаков притягиваются. Продолжая опыты, Томсон установил, что масса этих частиц меньше одной тысячной массы атома водорода.
Об этом-то открытии Томсон и сделал сообщение в Лондонском королевском обществе. Это было 29 апреля 1897 г. И это было датой открытия первой элементарной частицы, входящей в состав атома.
Такова сила научного предвидения. Создав стройную систему химических элементов, русский ученый Менделеев предсказал существование новых элементов. И он оказался прав. Так и здесь. Существование элементарной частицы электричества -— электрона — было предсказано немецким ученым Гельмгольцем, а его существование доказано Томсоном. В дальнейшем мы еще не раз встретимся с подобными примерами гениального научного предвидения.
Открытие Томсоном электрона было расценено как настоящий триумф физической теории строения вещества. И недаром в 1906 г. Джозефу Томсону была присуждена Нобелевская премия. Исходя из этой теории, Томсон первым объяснил явление электропроводности наличием свободных электронов в веществе. Ряд других явлений, связанных с электропроводностью, он также правильно объяснял существованием свободных электронов.
