ГЛАВА ТРИНАДЦАТАЯ

ВПЕРЕДИ ЕЩЕ МНОГО ОТКРЫТИЙ

Успехи электронной теории

Открытие электрона и обобщение сведений, накопленных о нем наукой, заставили ученых рассматривать во взаимной связи и отдельные электрические заряды, и электромагнитные поля, окружающие заряды.
Постепенно возводилось здание электронной теории, установившей, что заряд и электромагнитное поле органически связаны друг с другом, зависят друг от друга, обусловливают друг друга.
Заряд всегда создает вокруг себя электрическое поле. Когда заряд движется, он создает, кроме того, и магнитное поле.
Внешнее электрическое или магнитное поле направляет движение электрона и изменяет его скорость. Оно может увеличивать и уменьшать энергию электрона.
При торможении электроны излучают электромагнитную энергию в виде электромагнитных волн и, наоборот, электромагнитные волны могут отдавать свою энергию электрону.
В итоге почти 50 - летних исканий мы узнали, что электроны образуют оболочку атома, располагаясь в ней на определенных уровнях.
Заряд электрона равен 1,6 · 10^-19 кулона.
Масса электрона составляет 9,1 · 10^-28 грамма.
Электрон в 1836,6 раза легче протона — ядра водородного атома.
Электрон в невозбужденном водородном атоме находится от ядра на расстоянии в 0,529 · 10^-8 сантиметра.
Электронная теория объяснила и связала воедино разнообразнейшие проявления электрической энергии, осветила путь практической электронике.
Хотя увидеть электрон еще невозможно, но уже удается видеть след его в насыщенном водяном паре,— цепочку маленьких водяных капелек, прекрасно различимых при ярком освещении.
На рисунке 116 представлены сфотографированные следы того, как быстрая частица А в магнитном поле, столкнувшись с атомом, выбила из него электрон Б, движущийся со значительно меньшей скоростью и потому искрививший свой путь под действием магнитной силы, а сама пролетела дальше. Скорость А была столь велика, что магнитное поле могло лишь едва-едва искривить ее траекторию.

Электроника стала одной из тех «волшебных палочек», с помощью которых человек творит чудеса, оставляющие далеко позади вымысел сказок.
Богатая фантазия русского народа, проникнутая глубокой верой во всемогущество творческого гения человека, позволяла героям наших сказок летать на ковре-самолете, разгуливать в семимильных сапогах, слушать, как растет трава и перешептываются звезды...
В наши дни, благодаря замечательным успехам науки и победам человека над природой, сказки становятся былью. У нас есть теперь и ковер-самолет, и семимильные сапоги — железные дороги, и послушный ветерок — радиосвязь, и волшебное зеркальце — телевизоры, и чудо-огонек — люминесцентная лампа.

Гениальное предвидение В. И. Ленина

Под влиянием успехов электронной теории некоторым ученым, не отрешившимся еще от своих идеалистических воззрений, стало казаться, что наука уже достигла своего предела.
У некоторых физиков сложилось представление, что электрон будто бы является наипростейшим элементом мироздания, все свойства которого исчерпываются его массой и зарядом.
В 1908 году, то есть на заре современных представлений об электроне и атоме, когда электронная теория только делала свои первые шаги, Владимир Ильич Ленин в своем гениальном произведении «Материализм и эмпириокритицизм» беспощадно разоблачил физиков-идеалистов, извращавших науку. Он указал на реакционность утверждений тех «ученых», которые вообразили, что, углубляясь в недра вещества, они уже «дошли до предела природы». В. И. Ленин писал: «... если вчера это углубление не шло дальше атома, сегодня — дальше электрона и эфира, то диалектический материализм настаивает на временном, относительном, приблизительном характере всех этих вех познания природы прогрессирующей наукой человека. Электрон так же неисчерпаем, как и атом, природа бесконечна. ..» (В. И. Ленин, Соч., т. 14, стр. 249.)
Гениальное предвидение В. И. Ленина подтвердилось всем ходом развития науки. Ученые вслед за открытием электрона установили его место в атоме, открыли существование ядра атома и других простейших частиц.
В свете новых фактов электронная теория претерпевала серьезные изменения. В ней обнаружились глубокие противоречия, которые одно время даже казались неразрешимыми. Создатель электронной теории физик Лоренц однажды выразил сожаление, что он не умер раньше, чем обнаружились эти противоречия.
Электрон не укладывался в рамки первоначальных упрощенных представлений о нем. Так, например, опыты неопровержимо доказывали, что два электрона, находящиеся в атоме на одном и том же энергетическом уровне, все же чем-то отличаются один от другого.
Приблизиться к объяснению этого различия в движении электронов физике помогла астрономия. Ведь планеты не только обращаются вокруг Солнца, они одновременно вращаются вокруг своих осей. Может быть, и электроны вертятся, как волчки?
Многие наблюдения хорошо объясняются таким допущением. Однако против него есть и серьезные возражения.
Зато магнитные свойства электрона доказаны несомненно. Электрон имеет магнитную ось, он представляет собой маленький магнитик; это доказано прямыми опытами.
Не так-то оказывается проста эта «простейшая частица», и много задач задает она ученым, много задач задаст и в будущем.

Электрон — и волна и частица

В те же годы, то есть в первой четверти XX века, зародилась мысль, что электроны не всегда ведут себя как частицы вещества. Иногда они обнаруживают волновые свойства, которые роднят быстролетящие электроны со световым лучом.
Чтобы проверить это предположение, в 1926 году повторили опыт с просвечиванием кристаллического вещества, только вместо рентгеновских лучей, какие обычно применяют для этой цели, употребили электронный луч, то есть заменили рентгеновские лучи потоком электронов и посмотрели, что получится от такой замены (рис. 117).

Рентгеновские лучи, проходя сквозь листок металла, который состоит из множества мелких кристалликов, дают на фотографической пластинке своеобразный рисунок: в центре появляется круглое пятно, отпечатанное теми лучами, какие прошли сквозь кристалл без рассеяния, а вокруг этого центрального пятна вырисовываются концентрические круги, которые делают фотоснимок похожим на стрелковую мишень или на вид луны, когда она светит сквозь тонкие облака.
Эти кольца дают возможность судить о внутреннем строении вещества, сквозь которое прошли рентгеновские лучи.
И эти же кольца неопровержимо доказывают колебательную, волновую природу рентгеновских лучей, позволяют определить длину волны исследуемых лучей: проходя сквозь одну и ту же пластинку, рентгеновские лучи разной длины волны дают кольца различного диаметра.
Велико же было удивление ученых, когда электронный луч, то есть поток быстро летящих частиц, пройдя сквозь тончайший металлический листок, тоже отпечатал на фотографической пластинке концентрические кольца. Поток электронов в этом опыте вел себя так же, как рентгеновский луч определенной длины волны (рис. 118).

Дальнейшие исследования показали, что поток электронов действительно обладает всеми особенностями луча с очень малой длиной волны.
Это открытие сразу же приобрело практическое значение, оно позволило применить электроны для исследования строения вещества. Были построены приборы — злектронографы, которые в ряде случаев дают лучшие результаты, чем рентгеновские аппараты.
Именно с помощью злектронографов химики убедились, что молекулы шерсти, шелка, целлюлозы, древесины, искусственного волокна и многих пластмасс имеют форму нитей или цепочек, состоящих из отдельных звеньев.