Покоренный электрон

Таким образом было установлено, что электрический заряд уходит только в виде определенных порций отрицательного электричества, то есть в виде электронов.

Работа продолжалась. Вместо ртутных капелек стали вдувать цинковые пылинки и пылинки других веществ, и всегда электрический заряд покидал пылинку одинаковыми порциями. Это означало, что «цинковый» электрон ничем не отличается от «медного». Заряд электрона, выбитого из золотой пылинки, нисколько не больше и не меньше заряда электрона, выбитого из железной пылинки. Все электроны — одинаковы.

Но это было не все! Неизвестным оставалось самое главное — заряд одного электрона. Однако невидимка уже не мог прятаться. А. Ф. Иоффе знал, что все наимельчайшие зарядики равны между собой, и знал также, сколько этих зарядиков-электронов он согнал ультрафиолетовыми лучами с каждой капельки ртути.

Оставалось решить совсем простенькую арифметическую задачу: разделить величину первоначального заряда капли на число согнанных электронов и в частном от деления получить заряд одного электрона.

Но прежде чем решать такую задачу, предстояло узнать, чему же был равен заряд капли до того, как ее стали освещать ультрафиолетовыми лучами? И это было хотя и самое трудное дело, но все же далеко не безнадежное, ведь капелька, висевшая в промежутке между двумя пластинами, подвергалась действию двух сил: сила тяжести тянула ее вниз, а электрическая сила — вверх. И обе эти силы были равны, потому что капелька не подымалась и не падала — висела неподвижно. Значит, стоило только узнать, чему равен вес капельки ртути, и тогда стала бы известна величина электрической силы.

Вес капельки надо было измерить. Однако эта капелька была так мала, что даже в поле зрения микроскопа она казалась не шариком, а только блестящей звездочкой. Измерить ее обычным способом, как измеряют маленькие шарики, было невозможно, и Иоффе применил иной способ.

Зная удельный вес ртути и измерив скорость падения капельки, можно очень точно определить ее вес. Так А. Ф. Иоффе и сделал: когда капелька в конце опыта полностью лишилась своего заряда и стала падать, ученый тщательно измерил скорость ее падения, а затем вычислил вес капельки. Так А. Ф. Иоффе узнал величину электрических сил, действовавших на каплю, а затем и величину заряда капли, потом разделил на число выбитых электронов и получил заряд одного электрона.

Величина заряда электрона была измерена таким способом непосредственно.

По современным измерениям заряд электрона равен 4,8•10^{– 10} абсолютных электростатических единиц, или 1,6•10^{– 19} кулона. Иначе говоря, в одном кулоне содержится такое количество электронов, которое определяется миллиардами миллиардов, а именно равно 6,25•10¹⁸.

После измерения заряда электрона физики снова вернулись к опыту с магнитом и катодной трубкой, который был поставлен в конце прошлого столетия. Тогда они сумели очень точно измерить, насколько отклоняется электронный пучок в магнитном поле, и это позволило установить соотношение между зарядом электрона и его массой.

Теперь ученые повторили этот опыт и, зная величину заряда электрона, определили, что его масса действительно равна 9,1•10^{– 28} грамма.

Электрон — одна из мельчайших частиц материи. Он легче дробинки во столько же раз, во сколько раз дробинка легче земного шара.

Почти двадцать лет ученые трудились, чтобы измерить массу и заряд электрона и доказать его существование. Их усилия увенчались полной победой. Реальность электрона была утверждена опытом.

И вся история этого открытия блестяще подтвердила гениальное положение, выдвинутое товарищем И. В. Сталиным: «В противоположность идеализму, который оспаривает возможность познания мира и его закономерностей, не верит в достоверность наших знаний, не признает объективной истины, и считает, что мир полон „вещей в себе“, которые не могут быть никогда познаны наукой, — марксистский философский материализм исходит из того, что мир и его закономерности вполне познаваемы, что наши знания о законах природы, проверенные опытом, практикой, являются достоверными знаниями, имеющими значение объективных истин, что нет в мире непознаваемых вещей, а есть только вещи, еще не познанные, которые будут раскрыты и познаны силами науки и практики». [15]

15

И. Сталин, Вопросы ленинизма, Госполитиздат, 11 изд., стр. 543.

В напряженной борьбе с мракобесами и реакционерами из идеалистического лагеря победу одержали представители передовой материалистической науки. Они на опыте доказали, что электрон — не плод воображения ученых, придумавших электрон только для того, чтобы было удобнее объяснить электрические явления.

Электрон действительно существует, и наши знания о нем — достоверные знания!

Глава четвертая. Пленники невидимой крепости

Открытие мирового значения

В 1869 году великий русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев совершил открытие мирового значения.

Изучая различные особенности химических элементов — их способность вступать в соединение друг с другом, их плотность, электропроводность и прочее— Менделеев обратил внимание, что среди них встречаются элементы, очень похожие друг на друга. Медь по своим свойствам родственна серебру — оба эти металла хорошо проводят тепло и электрический ток. А у серебра есть сходство с золотом.

Легкоплавкое и мягкое олово напоминает легкоплавкий и мягкий свинец.

Всем известный иод с его характерным запахом, фиолетовый в парообразном состоянии и буро-коричневый в растворе, похож на бром — вещество буро-красного цвета, очень едкое, с неприятным удушливым запахом, которому оно обязано своим названием (бром в переводе с греческого означает зловонный). Ближайшими родственниками брома являются — хлор, удушливый ядовитый газ зеленовато-желтого цвета и двойник хлора — фтор, газ желтовато-зеленого цвета с резким и неприятным запахом.

Таким образом у каждого химического элемента имеются по два-три (а иногда и больше) «родственника». Но эти «родственники» сильно отличаются друг от друга по одному признаку — по атомному весу. [16]

Если же взять элементы близкие друг другу по атомному весу, то опять наблюдается несомненная закономерность. Вот, например, натрий — это очень горючий металл. Он горит даже в воде, отнимая у нее кислород.

Его сосед по весу — магний — тоже горючий металл, его употребляют фотографы в качестве осветительного материала. Но магний загорается гораздо хуже натрия. Горюч и алюминий, сосед магния по весу, но спичкой его уже не подожжешь. Его приходится предварительно измельчать в порошок. В таком виде он входит в состав «термита», которым сваривают трамвайные рельсы.

16

Атомным весом называется отношение, показывающее во сколько раз вес одного атома химического элемента больше одной шестнадцатой доли веса атома кислорода.

Д. И. Менделеев с гениальной прозорливостью понимал, что сходство элементов не может быть случайным. В этом сходстве несомненно скрывается важная закономерность, и великий химик занялся поисками природы этой закономерности.

Для удобства работы ученый выписал названия химических элементов, их атомные веса и основные свойства на небольших кусочках картона. У него получилось 63 карточки, по числу известных в то время химических элементов.

Хотя многие из элементов тогда еще не были открыты, но закон, по которому повторяются сходные свойства, Менделеев установил.