CBRR2698 (667039), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Рент­ген за­ме­тил так­же, что лу­чи эти за­свечивали су­хие фо­то­пла­стин­ки и плен­ку, и это по­зво­ля­ло при­ме­нять луч и для фо­то­съем­ки. Он до­б­рал­ся и до ис­точ­ни­ка лу­чей. Они возника­ли в том мес­те на по­верх­но­сти стек­ла, на кото­рое па­да­ли ка­тод­ные лу­чи при вы­со­ком напря­жении. Рент­ген то­гда зая­вил, что но­вые лу­чи мож­но по­лу­чить, на­пра­вив ка­тод­ные лу­чи на твер­дое те­ло. Что­бы под­твер­дить это, он скон­струировал труб­ку, из­лу­чав­шую бо­лее интен­сивный по­ток но­вых лу­чей, ко­то­рым за неиме­нием луч­ше­го он дал на­зва­ние “икс - лу­чи” (X - не­из­вест­ное).

Уже че­рез не­сколь­ко ме­ся­цев по­сле со­об­ще­ние Рент­ге­на его труб­ка на­шла разнообраз­ное при­ме­не­ние в ме­ди­ци­не для об­сле­до­ва­ния пе­ре­ло­мов, глу­бо­ких ра­не­ний и внут­рен­не­го строе­ния че­ло­ве­че­ско­го те­ла.

На­уч­ные жур­на­лы ве­ду­щих стран бы­ли за­полнены стать­я­ми фи­зи­ков, по­вто­ряв­ших опы­ты Рент­ге­на и ка­ж­дый раз по-но­во­му объ­яс­няв­ших это яв­ле­ние. Сам Рент­ген все еще не по­ни­мал сущ­но­сти сво­его от­кры­тия и го­во­рил, что это “про­доль­ные виб­ра­ции в эфи­ре”.

От­кры­тие Рент­ге­на за­ста­ви­ло мно­гих фи­зи­ков бо­лее тща­тель­но ис­сле­до­вать яв­ле­ние флуо­рес­цен­ции.

Ра­дио­ак­тив­ность и фо­то­элек­три­че­ский эф­фект

Ме­сяц спус­тя Ан­ри Бек­ке­рель по­ста­вил опыт, ис­сле­дуя флуо­рес­ци­рую­щие свой­ст­ва двой­но­го суль­фа­та ура­на и ка­лия. Ко­гда неко­торые ве­ще­ст­ва, по­сле то­го, как их по­дер­жа­ли на све­ту, на­чи­на­ли све­тить­ся в тем­но­те, про них го­во­ри­ли, что они флуо­рес­ци­ру­ют. Бы­ло извест­но мно­же­ст­во та­ких ве­ществ, и од­ним из них был при­ме­нен­ный Бек­ке­ре­лем уран.

В экс­пе­ри­мен­те Бек­ке­ре­ля ура­но­вая соль сна­ча­ла под­вер­га­лась дей­ст­вию сол­неч­но­го све­та, а по­том из­ме­ря­лись ее флуо­рес­ци­рую­щие свой­ст­ва. Как-то ис­пор­ти­лась по­го­да, и Бек­ке­рель от­ло­жил пре­па­рат в сто­ро­ну на несколь­ко дней. Со­вер­шен­но слу­чай­но соль ока­за­лась в од­ном ящи­ке сто­ла с гор­кой фо­то­гра­фи­че­ских пла­сти­нок. Вто­рой слу­чай­но­стью бы­ло то, что Бек­ке­рель ре­шил про­ве­рить фо­то­пла­стин­ки пе­ред во­зоб­нов­ле­ни­ем опы­та.

Он про­явил пер­вую пла­стин­ку, ле­жав­шую свер­ху, и, к сво­ему удив­ле­нию, об­на­ру­жил, что она за­све­че­на, при­чем за­све­чен­ное пят­но име­ло та­кую фор­му, слов­но что-то от­бра­сы­ва­ло при за­све­чи­ва­нии тень на пла­стин­ку. Ища объ­яс­не­ние, Бек­ке­рель об­на­ру­жил, что ес­ли рас­сматривать пят­но с не­ко­то­рой до­лей воображе­ния оно на­чи­на­ет на­по­ми­нать по фор­ме метал­лический диск, в ко­то­ром хра­ни­лась ура­но­вая соль. Слу­чись это рань­ше, Бек­ке­рель вы­бро­сил бы пла­стин­ку и за­был про нее. Но шум во­круг икс - лу­чей за­ста­вил всех фи­зи­ков насторо­житься. Бек­ке­рель ре­шил ра­зо­брать­ся в про­исходящем до кон­ца.

Он вновь вы­ста­вил ура­но­вую соль на сол­нечный свет. а по­том по­мес­тил ее в тем­ный ящик сто­ла по­верх фо­то­пла­стин­ки, за­вер­ну­той в чер­ную бу­ма­гу. И сно­ва ура­но­вый суль­фат за­све­тил пла­стин­ку.

В те­че­ние не­сколь­ких ме­ся­цев Бек­ке­ре­лю ка­за­лось, что для то­го, что­бы за­све­тить плас­тинку, суль­фат ура­на нуж­но пред­ва­ри­тель­но по­дер­жать в сол­неч­ных лу­чах.

Но вско­ре он об­на­ру­жил, что пре­па­рат ура­но­во­го суль­фа­та, и не бу­ду­чи под­верг­нут дей­ст­вию сол­неч­но­го све­та, за­све­чи­ва­ет плас­тинку с не­мень­шей ин­тен­сив­но­стью. Яв­ле­ние ка­за­лось та­ин­ст­вен­ным, не­по­сти­жи­мым. За­тем Бек­ке­рель от­крыл, что чис­тый уран, не яв­лявшийся флуо­рес­ци­рую­щим ве­ще­ст­вом, про­изводит еще бо­лее силь­ное дей­ст­вие на фото­пластинку, чем ура­но­вое со­еди­не­ние, так что флуо­рес­цен­цию мож­но бы­ло сбро­сить со сче­тов. Да­лее Бек­ке­рель об­на­ру­жил, что эти невиди­мые лу­чи, ис­пус­кае­мые ура­ном, об­ла­да­ли свой­ством раз­ря­жать те­ла, не­су­щие элек­три­че­ский за­ряд. То же свой­ст­во от­крыл Рент­ген и у икс - лу­чей. Бек­ке­рель на­звал это не­из­вест­ное до той по­ры яв­ле­ние “ра­дио­ак­тив­но­стью”.

Лу­чи Бек­ке­ре­ля (их на­зва­ли имен­но так) бы­ли столь же уди­ви­тель­ны, как и рент­ге­нов­ские лу­чи, и вы­зы­ва­ли у фи­зи­ков рав­ный ин­те­рес. Два ас­си­стен­та Бек­ке­ре­ля - Пьер Кю­ри и его же­на Ма­рия ста­ли раз­ра­ба­ты­вать эту про­бле­му. По про­ше­ст­вии не­ко­то­ро­го вре­ме­ни они обна­ружили, что су­ще­ст­ву­ют два дру­гих хи­ми­че­ских эле­мен­та с те­ми же свой­ст­ва­ми. Оба они не бы­ли ра­нее из­вест­ны нау­ке. Один из них был на­зван по­ло­ни­ем - в честь ро­ди­ны г-жи Кю­ри, дру­гой - ра­ди­ем.

Ка­за­лось, что ве­ли­кие клас­си­че­ские тео­рии фи­зи­ки по­тря­се­ны до са­мо­го ос­но­ва­ния. Фи­зи­ки по­ла­га­ли, что икс - лу­чи оп­ро­вер­га­ют за­ко­ны Мак­свел­ла, но по­том Рент­ген до­ка­зал, что они не про­ти­во­ре­чат эфир­ной тео­рии, так как обла­дают нор­маль­ны­ми оп­ти­че­ски­ми свой­ст­ва­ми - от­ра­же­ни­ем, реф­рак­ци­ей и ин­тер­фе­рен­ци­ей. Яв­ле­ние ра­дио­ак­тив­но­сти, за­ме­чен­ное Бек­ке­ре­лем, ка­за­лось, оз­на­ча­ло ко­нец кра­си­вой тео­рии со­хра­не­ния энер­гии. Ка­ким об­ра­зом ве­ще­ст­во без ус­та­ли вы­ра­ба­ты­ва­ет энер­гию, по всей оче­вид­но­сти, ни­как не по­пол­няя ее за­па­сов?

Лю­бо­пыт­ное от­кры­тие бы­ло сде­ла­но в 1887 го­ду. Ген­рих Герц об­на­ру­жил, что ультра­фиолетовый свет, па­дая на элек­трод, ко­то­рый при­сое­ди­нен к це­пи с вы­со­ким на­пря­же­ни­ем, за­став­ля­ет ис­кру от­ска­ки­вать зна­чи­тель­но даль­ше. Дж. Дж. Том­сон до­ка­зал, что это проис­ходит из-за то­го, что ульт­ра­фио­ле­то­вый свет соз­да­ет на по­верх­но­сти ме­тал­ла от­ри­ца­тель­ный за­ряд. Яв­ле­ние по­лу­чи­ло на­зва­ние “фо­то­элек­три­че­ский эф­фект”.

От­кры­тие икс - лу­чей за­ста­ви­ло фи­зи­ков не толь­ко при­сталь­нее при­смот­реть­ся к яв­ле­нию флуо­рес­цен­ции, но и по­бу­ди­ло их вер­нуть­ся к при­ро­де ка­тод­ных лу­чей. Су­ще­ст­во­ва­ли две точ­ки зре­ния. Не­мец­кие уче­ные по­ла­га­ли, что ка­тод­ные лу­чи в труб­ке пред­став­ля­ют со­бой виб­ра­ции в эфи­ре. Анг­лий­ские фи­зи­ки склон­ны бы­ли счи­тать эти лу­чи за­ря­жен­ны­ми электри­чеством час­ти­ца­ми, как это пред­ска­зы­вал Бенд­жа­мен Франк­лин. Вы­даю­щим­ся вы­ра­зи­те­лем анг­лий­ской шко­лы был Дж. Дж. Том­сон.

В 1897 го­ду Том­сон опуб­ли­ко­вал класси­ческую ста­тью под на­зва­ни­ем “Ка­тод­ные лу­чи”, в ко­то­рой он сде­лал об­зор всех опы­тов с ка­тодными лу­ча­ми. Ста­тья вклю­ча­ла так­же опи­сание не­ко­то­рых из его соб­ст­вен­ных опы­тов. Он при­шел к вы­во­ду, что ка­тод­ный луч - это на са­мом де­ле по­ток дви­жу­щих­ся при вы­со­ком на­пря­же­нии от­ри­ца­тель­но за­ря­жен­ных час­тиц го­раз­до мень­ше­го раз­ме­ра, чем са­мый ма­лый атом. Ис­поль­зуя пред­ло­жен­ное Сто­ни на­зва­ние, Том­сон дал этой час­ти­це имя “элек­трон”. Он ут­вер­ждал, что фо­то­элек­три­че­ский эф­фект есть не что иное, как вы­би­ва­ние этих элек­тро­нов из ме­тал­ли­че­ской по­верх­но­сти лу­чом ультрафиоле­тового све­та. Том­сон на­стаи­вал и на том, что элек­трон был так­же со­став­ной ча­стью лу­чей Бек­ке­ре­ля.

Ут­вер­жде­ние Том­со­на ка­за­лось фантасти­ческим це­ло­му по­ко­ле­нию уче­ных, ко­то­рые не хо­те­ли при­зна­вать ги­по­те­зу, что ма­те­рия состо­ит из ато­мов. Пред­по­ло­же­ние, что су­ще­ст­ву­ет час­ти­ца еще мень­шая, чем атом, вы­зва­ло бу­рю. Не­ко­то­рые уче­ные бы­ли го­то­вы со­гла­сить­ся с тем, что элек­три­че­ст­во - это по­ток очень ма­лень­ких час­тиц, имею­щих элек­три­че­ский за­ряд, но еще на­до бы­ло до­ка­зать, что ка­ж­дая та­кая час­ти­ца об­ла­да­ла оп­ре­де­лен­ной мас­сой и опре­деленным элек­три­че­ским за­ря­дом. Нуж­но бы­ло про­вес­ти опыт, что­бы раз и на­все­гда до­ка­зать, что элек­тро­ны су­ще­ст­ву­ют на са­мом де­ле.

В 90-х го­дах про­шло­го ве­ка был все же один не­мец­кий уче­ный, ко­то­рый не раз­де­лял эфир­ную тео­рию икс - лу­чей. Его зва­ли Аль­берт Эйн­штейн. На это­го уче­но­го про­из­вел глу­бо­кое впе­чат­ле­ние опыт Май­кель­со­на с интерферо­метром. И еще один не­мец воз­ра­жал про­тив эфир­ной тео­рии - Макс Планк. Он сде­лал в рав­ной сте­пе­ни ра­ди­каль­ное пред­по­ло­же­ние: лу­чевую энер­гию, т. е. свет, сле­ду­ет пред­став­лять в ви­де “кван­тов”, или мель­чай­ших час­тиц. Эйн­штейн ис­поль­зо­вал кван­то­вую тео­рию План­ка для объ­яс­не­ния фо­то­элек­три­че­ско­го эф­фек­та и со­ста­вил изу­ми­тель­ное по кра­со­те сум­мирующее урав­не­ние. Но в то вре­мя мыс­ли Эйн­штей­на о фо­то­элек­три­че­ском эф­фек­те не встре­ти­ли до­ве­рия.

Мил­ли­кен - один из не­мно­гих американ­ских ас­пи­ран­тов, ра­бо­тав­ших то­гда в Ев­ро­пе, - был тем че­ло­ве­ком, ко­то­ро­му су­ж­де­но бы­ло пос­ле дол­гих лет тру­дов и раз­ду­мий по­ста­вить два важ­ней­ших экс­пе­ри­мен­та эпо­хи: один опыт под­твер­дил пра­виль­ность элек­трон­ной тео­рии Том­со­на; вто­рой дал до­ка­за­тель­ст­во тео­рии фо­тоэлектрического эф­фек­та Эйн­штей­на и то­го, что кван­то­вая тео­рия - не­что боль­шее, чем “бред” ма­те­ма­ти­ка.

Элек­трон на ка­п­ле мас­ла

“К кон­цу пер­во­го де­ся­ти­ле­тия, про­ве­ден­но­го в Чи­каг­ском уни­вер­си­те­те (1906 год), я все еще был пре­по­да­ва­те­лем-ас­си­стен­том, - пи­сал Ро­берт Мил­ли­кен. - У ме­ня рос­ло двое сы­но­вей. Я на­чал стро­ить дом, рас­счи­ты­вая оп­ла­тить рас­хо­ды за счет мо­их го­но­ра­ров, но я знал, что до сих пор не за­ни­мал сколь­ко-ни­будь за­мет­но­го мес­та сре­ди фи­зи­ков-исследо­вателей”.

Учеб­ник, над ко­то­рым он ра­бо­тал, был уже в из­да­тель­ст­ве. На­ко­нец он смог при­сту­пить к ин­тен­сив­ной ис­сле­до­ва­тель­ской ра­бо­те. В его уче­ной карь­е­ре на­чал­ся но­вый этап.

“Все фи­зи­ки ин­те­ре­со­ва­лись ве­ли­чи­ной элек­три­че­ско­го за­ря­да элек­тро­на, и, тем не ме­нее, до сих пор не уда­лось ее из­ме­рить...”

Мно­го по­пы­ток про­вес­ти это ре­шаю­щее из­ме­ре­ние уже пред­при­нял Дж. Дж. Том­сон, но про­шло де­сять лет ра­бо­ты, и ас­си­стент Том­со­на Г. Виль­сон со­об­щил, что по­сле один­на­дца­ти раз­лич­ных из­ме­ре­ний они по­лу­чи­ли один­на­дцать раз­лич­ных ре­зуль­та­тов.

Пре­ж­де чем на­чать ис­сле­до­ва­ния по свое­му соб­ст­вен­но­му ме­то­ду, Мил­ли­кен ста­вил опы­ты по ме­то­ду, при­ме­няв­ше­му­ся в Кембридж­ском уни­вер­си­те­те. Тео­ре­ти­че­ская часть экспе­римента за­клю­ча­лась в сле­дую­щем. Мас­са те­ла оп­ре­де­ля­лась пу­тем из­ме­ре­ния дав­ле­ния, про­из­во­ди­мо­го те­лом под воз­дей­ст­ви­ем си­лы тя­же­сти на ча­шу ве­сов. Ес­ли со­об­щить беско­нечно ма­лой час­ти­це ве­ще­ст­ва элек­три­че­ский за­ряд и ес­ли при­ло­жить на­прав­лен­ную вверх элек­три­че­скую си­лу, рав­ную си­ле тя­же­сти, на­прав­лен­ной вниз, то эта час­ти­ца бу­дет на­ходиться в со­стоя­нии рав­но­ве­сия, и фи­зик мо­жет рас­счи­тать ве­ли­чи­ну элек­три­че­ско­го заря­да. Ес­ли в дан­ном слу­чае час­ти­це бу­дет сооб­щен элек­три­че­ский за­ряд од­но­го элек­тро­на, мож­но бу­дет вы­счи­тать ве­ли­чи­ну это­го за­ря­да.

Кем­бридж­ская тео­рия бы­ла впол­не логич­ной, но фи­зи­ки ни­как не мог­ли соз­дать при­бор, при по­мо­щи ко­то­ро­го мож­но бы­ло бы за­ни­мать­ся ис­сле­до­ва­ния­ми от­дель­ных час­тиц ве­ществ. Им при­хо­ди­лось до­воль­ст­во­вать­ся на­блю­де­ни­ем за по­ве­де­ни­ем об­ла­ка из водя­ных ка­пель, за­ря­жен­ных элек­три­че­ст­вом. В ка­мере, воз­дух из ко­то­рой был час­тич­но уда­лен, соз­да­ва­лось об­ла­ко па­ра. К верх­ней час­ти ка­меры под­во­дил­ся ток. Че­рез оп­ре­де­лен­ное вре­мя ка­пель­ки ту­ма­на в об­ла­ке ус­по­каи­ва­лись. За­тем сквозь ту­ман про­пус­ка­ли икс - лу­чи, и водя­ные ка­п­ли по­лу­ча­ли элек­три­че­ский за­ряд.

При этом ис­сле­до­ва­те­ли по­ла­га­ли, что элек­три­че­ская си­ла, на­прав­лен­ная вверх, к на­ходящейся под вы­со­ким на­пря­же­ни­ем крыш­ке ка­ме­ры, долж­на яко­бы удер­жи­вать ка­п­ли от па­де­ния. Од­на­ко на де­ле не вы­пол­ня­лось ни од­но из слож­ных ус­ло­вий, при ко­то­рых, и толь­ко при ко­то­рых, час­ти­цы мог­ли бы на­хо­дить­ся в со­стоя­нии рав­но­ве­сия.

Мил­ли­кен на­чал ис­кать но­вый путь реше­ния про­бле­мы. Де­ло бы­ло не в ап­па­ра­те, а в том, как им поль­зо­вать­ся. Он внес в его кон­струкцию ряд не­боль­ших из­ме­не­ний, ко­то­рые “впер­вые по­зво­ли­ли про­вес­ти все из­ме­ре­ния на од­ной и той же от­дель­ной ка­пель­ке”.

“В ка­че­ст­ве пер­во­го ша­га в об­лас­ти усо­вер­шен­ст­во­ва­ния в 1906 го­ду скон­ст­руи­ро­вал не­боль­шую по га­ба­ри­там ба­та­рею на 10 ты­сяч вольт (что са­мо по се­бе бы­ло в то вре­мя не­ма­лым дос­ти­же­ни­ем), ко­то­рая соз­да­ва­ла по­ле, дос­та­точ­но силь­ное для то­го, что­бы удер­живать верх­нюю по­верх­ность об­ла­ка Виль­сона в под­ве­шен­ном, как “гроб Ма­го­ме­та”, со­стоя­нии. Ко­гда у ме­ня все бы­ло го­то­во и ко­гда об­ра­зо­ва­лось об­ла­ко, я по­вер­нул выклю­чатель и об­ла­ко ока­за­лось в элек­три­че­ском по­ле. В то же мгно­ве­ние оно на мо­их гла­зах рас­тая­ло, дру­ги­ми сло­ва­ми - от це­ло­го об­ла­ка не ос­та­лось и ма­лень­ко­го ку­соч­ка, ко­то­рый мож­но бы­ло бы на­блю­дать при по­мо­щи конт­рольного оп­ти­че­ско­го при­бо­ра, как это де­лал Виль­сон и со­би­рал­ся сде­лать я. Как мне снача­ла по­ка­за­лось, бес­след­ное ис­чез­но­ве­ние обла­ка в элек­три­че­ском по­ле ме­ж­ду верх­ней и ниж­ней пла­сти­на­ми оз­на­ча­ло, что экс­пе­ри­мент за­кон­чил­ся без­ре­зуль­тат­но... Од­на­ко, по­вто­рив опыт, я ре­шил, что это яв­ле­ние го­раз­до бо­лее важ­ное, чем я пред­по­ла­гал. По­втор­ные опы­ты по­ка­за­ли, что по­сле рас­сеи­ва­ния об­ла­ка в мощ­ном элек­три­че­ском по­ле на его мес­те мож­но бы­ло раз­ли­чить не­сколь­ко от­дель­ных во­дя­ных ка­пель”.

Соз­да­вая мощ­ное элек­три­че­ское по­ле, Мил­ли­кен не­из­мен­но рас­сеи­вал об­ла­ко. От не­го ос­та­ва­лось очень не­боль­шое чис­ло час­тиц, мас­са и элек­три­че­ский за­ряд ко­то­рых находи­лись в иде­аль­ном рав­но­ве­сии. На са­мом де­ле, имен­но те ка­п­ли, ко­то­рые бы­ли те­перь уда­ле­ны из ка­ме­ры, на­ру­ша­ли все пред­ше­ст­во­вав­шие из­ме­ре­ния.

“Я на­блю­дал при по­мо­щи мое­го коротко­фокусного те­ле­ско­па за по­ве­де­ни­ем этих на­хо­дя­щих­ся в рав­но­ве­сии ка­пе­лек в элек­три­че­ском по­ле. Не­ко­то­рые из них на­чи­на­ли мед­ленно дви­гать­ся вниз, а за­тем, по­сте­пен­но те­ряли вес в ре­зуль­та­те ис­па­ре­нии, ос­та­нав­ли­ва­лись, по­во­ра­чи­ва­лись... и мед­лен­но на­чи­на­ли дви­гать­ся вверх, так как си­ла тя­же­сти все умень­ша­лась вслед­ст­вие ис­па­ре­ния... Ес­ли элек­три­че­ское по­ле вне­зап­но ис­че­за­ло, все на­ходящиеся в рав­но­ве­сии ка­пель­ки, по­хо­жие на звез­доч­ки на тем­ном по­ле, на­чи­на­ли па­дать - од­ни мед­лен­но, дру­гие го­раз­до бы­ст­рее. Эти по­след­ние ка­пель­ки ока­за­лись во взве­шен­ном со­стоя­нии по­то­му, что они не­сли на се­бе два, три, че­ты­ре, пять и боль­ше элек­тро­нов вме­сто од­но­го... Это бы­ло, на­ко­нец, пер­вое от­чет­ли­вое, яс­ное и не­дву­смыс­лен­ное до­ка­за­тель­ст­во то­го, что элек­три­че­ст­во еди­но по струк­ту­ре”.

Характеристики

Список файлов реферата