НОВОСТИ КОМПАНИЙ

Все новости

ЛЕНТА НОВОСТЕЙ

Все новости

Опросы

Какой у вас цвет глаз?









Реклама

Век ХХ: Часть первая. Атом

«Наука захватывает нас только тогда, когда, заинтересовавшись жизнью великих исследователей, мы начинаем следить за историей развития их открытий» Дж. Максвелл

Век ХХ: Часть первая. Атом
Вс 21 июля 2019, 11:06

Фото: wikipedia.org, dnpmag.com


Девятнадцатый век покидал историческую сцену так, точно ему мало было столетним трудом заслуженного титула — «век пара и электричества и железа». Захотелось напоследок утвердиться в отцовских правах и на титул «атомного века». Это ему удалось: 1895 год — открытие рентгеновского излучения, 1896 год — открытие радиоактивности, 1897 год — открытие электрона. Эти три открытия и вправду возвестили новую эпоху в естествознании. До этих открытий физикам казалось, что они знают все или почти все об окружающем мире.

Фундаментальная наука о неживой природе – физика – вскрыла главнейшие законы, охватывающие, как думалось, все стороны жизни вселенной. Это величественное здание, получившее название классической физики, казалось, вмещало в себя разгадки всех раскрытых и еще не раскрытых тайн природы. На рубеже XX века это благополучие подверглось серьезному испытанию. Конец двадцатого столетия  застало ученых в приятном заблуждении. Классическая физика оказалась скомпрометированной тем, что она не смогла объяснить ряд вновь открытых фактов.

Открытие электрона выглядело скромно и темой газетных сенсаций не стало. Оно принадлежало к числу тех лабораторных побед, какие могут оценить только посвященные. И то не сразу. И не все. Через сорок лет первооткрыватель электронов - кембриджский профессор Дж. Дж. Томсон - вспоминал:

«Я сделал первое сообщение о существовании этих корпускул на вечернем заседании Королевского института в очередную пятницу 30 апреля 1897 года. Много времени спустя один выдающийся физик рассказал мне, что подумал тогда, будто я всем им нарочно морочу голову. Я не был этим удивлен, ибо сам пришел к такому объяснению своих экспериментов с большой неохотой: лишь убедившись, что от опытных данных никуда не скрыться, я объявил о моей вере в существование тел, меньших, чем атомы».

Вильгельм Конрад
Рентген

Почти неправдоподобно, но открытие «тел, меньших, чем атомы» отверг Вильгельм Конрад Рентген! Он запретил ученикам и сотрудникам даже разговаривать об электронах, хотя он сам сделал недавно эпохальное открытие. Рентгену не нужен был электрон. Идейно не нужен! Его классическая философия природы и философия познания могли обойтись без этой навязчиво-лишней «детальки» вещественного мира. Красивые и выверенные формулы классического описания всех явлений — механических и тепловых, электромагнитных и оптических — не требовали сведений о тельцах, «меньших, чем атомы». Рентгену, и не мнилось, что рентгеновские лучи порождаются в глубинах атомного пространства такими «ненужными» и такими «недоказанными» электронами!

резерфорд

С открытия электрона началось конструирование атома, создание его правдоподобных моделей. Когда в 1895 году двадцатичетырехлетний сын новозеландского фермера появился в Кембридже, старожилы отнеслись к нему свысока. Но уже вскоре по Кембриджу распространилась фраза одного заслуженного физика: «Мы заполучили дикого кролика из страны, которая находится в противоположной стороне Земли, но роет глубоко!» Правда, слово «кролик» не очень подходило к новозеландцу: высокий рост, атлетическое сложение, громадный голос. Зато эпитет «дикий» подходил как нельзя лучше: признавалась первозданна сила дикаря и слышался намек на его необузданный нрав. А рыл он действительно глубоко — столько глубоко, что первым дорылся до атомных глубин. Электрон был открыт на его глазах. Но тогда же воображение новозеландца захватила иная — недавно открытая во Франции — физическая новость: радиоактивность! То была еще совсем не изведанная земля. И это он, Резерфорд, распознал в непонятной радиации урана два вида заряженных лучей, окрестив их греческими буквами - «альфа» и «бета». Он показал, что альфа-лучи — поток тяжелых частиц с удвоенным зарядом положительным, а бета- лучи — поток легких частиц с единичным отрицательным  зарядом. И это он установил, что радиоактивность — самопроизвольный распад сложных атомов, идущий по статистическим законам случая. Вместе с еще более молодым Фредериком Содди, высказал и доказал ошеломляющее утверждение: в каждом акте радиоактивного распада сбывается сама собой вековечная мечта алхимиков — превращение одного химического элемента в другой.

Это открытие позволило Резерфорду проводить опыты по бомбардировке альфа частицами фольги. Легонькие электроны противостоять тяжелой частице не могли. Оставалось предположить, что есть внутри атома массивная сердцевина, способная на единоборство с альфа - снарядом. Она мала по объему, но в ней-то и сосредоточена его главная масса. И весь его положительный заряд, уравновешивающий отрицательный заряд блуждающих в атоме электронов. Теперь в руках Резерфорда были экспериментальные данные  для конструирования правдоподобной модели атома.

В центре — ядро, как Солнце. На периферии — электроны, как планеты. Электроны притягиваются ядром, как всегда взаимно притягиваются разноименные заряды. Но электроны на ядро не падают, потому что пребывают, как планеты, в непрерывном вращении вокруг него. Словом, точная микромодель огромной Солнечной системы.

И в один прекрасный день на рубеже 1910—1911 годов Резерфорд по праву громогласно объявил в лаборатории: «Теперь я знаю, как выглядит атом!» Осталась неясной лишь малость. Почему же электрон, летая по орбите, вопреки классической электродинамике не излучает? Он мог существовать миллиардные доли секунды. Открытым оставался основной вопрос – почему атом устойчив? Итак, напрашивался единственный вывод: либо неверны законы электродинамики, либо атомы устроены иначе. Правильность законов электродинамики не вызывала сомнений. Её подтверждала работа электрических двигателей и генераторов, действие радиотелеграфа, поведение стрелки компаса и многое другое. 

Кризис физики всё обострялся. Первая модель атома, предложенная Резерфордом: в центре – положительное ядро, вокруг которого вращаются электроны, имела очевидную аналогию с образами вселенной. Это солнечная система в миниатюре, где ядро играет роль центрального светила, а электроны – роль планет. Но сходство оказалось чисто внешним. Можно без особого труда рассчитать на бумаге движение небесных светил, точно указать расположение их в прошлом, предсказать их положения в будущем. Но когда физики попытались проделать ту же операцию с крошечной планетарной системой атома, у них ничего не получилось. Уравнения говорили: такой атом не может существовать! Он неустойчив! В замешательстве и недоумении ученые проверяли свои расчеты, выискивали ошибки и неточности, повторяли все сначала. Но уравнения были непреклонны: законы физики не допускали существования таких атомов. И виноват в этом был электрон.

Наиболее четко и образно сформулировал создавшуюся ситуацию Владимир Ленин: «электрон так же неисчерпаем, как и атом». Крошечный, невидимый сгусток отрицательного электричества открыто попирал, казалось бы, незыблемые законы большого мира. Если верить этим законам, электрон, как всякое заряженное электричеством тело, вращаясь по орбите вокруг ядра, должен терять свою энергию на излучение. Растратив ее, электрон должен приблизиться, притянуться к положительно заряженному ядру и упасть на него. Но на самом деле это никогда не случается.

Нильс Бор

Временный выход из тупика вскоре дал никому не известный двадцатипятилетний датский физик Нильс Бор. Он предположил, что в атомах существуют устойчивые орбиты, летая по которым электроны не излучают, а поэтому не теряют энергию и не приближаются к ядру. Это не только не вытекало из классической физики, но прямо противоречило ей. Однако боровский постулат покоился на факте существования атомов. К сожалению, постулат – это не объяснение, а скорее «протокол о необъяснимом поведении». Это не революция, а конституция, принятая под давлением обстоятельств.

Следующие предположения – постулаты, выдвинутые Бором, связали его модель атома с квантами света и, что самое важное, с закономерностями, давно известными из наблюдений оптических спектров. Бор предположил, что устойчивые орбиты электронов в атоме связаны с вполне определенным запасом энергии. Чтобы перейти с орбиты на орбиту, электрон должен поглотить или излучить квант света. Так Бор ввел в модель атома световой квант – таинственное и не признанное в то время дитя Эйнштейна.

Орбиты электронов продолжали напоминать орбиты планет. Построить устойчивую модель атома водорода и связать ее с непонятными до того закономерностями спектральных линий Бору позволило гениальное, но противоречивое соединение идеи квантовых скачков с уравнениями классической механики, категорически не допускающими скачков. Это произвело потрясающее впечатление на современников, гораздо более сильное, чем само открытие планетарной структуры атома. До сих пор физикам все еще не удалось определить размеры электрона и его форму. Известно только, что его радиус по крайней мере меньше, чем одна миллионная радиуса атома. Вместе с тем нельзя считать его точкой, не имеющей размеров. В последнем случае его энергия получается бесконечно большой, что не соответствует действительности.

Таких затруднений классическая физика в большом мире не встречала. Микромир не подчинялся законам макромира. Теоретический аппарат классической физики безнадежно спасовал. Ее методы не могли помочь ученым разобраться в жизни атома. Она не могла даже ответить на такой насущный вопрос: что представляют собою ядро атома и электроны? Бор утверждал, что электроны в атоме не подчиняются классической электродинамике: могут вращаться на определённых стационарных орбитах, не излучая энергии. Излучение происходит только при переходах электронов с одной из стационарных орбит на другую — более близкую к ядру. Тут электрон выстреливает порцию энергии — квант. Этот момент очень важен для истории науки. Веками, имея дело со сравнительно большими телами, люди привыкли считать, что энергию можно делить на произвольные порции. Когда оказалось, что в микромире это невозможно, что в атомных масштабах энергия способна существовать только как совокупность определённых порций — квантов — и что величину квантов надо определять с помощью новых, не известных ещё законов, многие физики от этого просто поначалу отмахнулись. Но когда датский фантазёр догадался, что квантовые законы обуславливают устойчивость атома — это, конечно же, не могло не изменить умонастроение даже отъявленных скептиков.

Квантовые законы спасают мир от ультрафиолетовой катастрофы, делают атомы надёжнее крепостных стен — это было уже очень серьёзно. И внимание учёных в первой четверти прошлого столетия обращено на Копенгаген, где на большом творческом подъёме Бор и его единомышленники — молодые учёные разных национальностей — пересматривали старые истины и искали новые. Если электрон перелетит недалеко, скажем, на соседнюю орбиту, он излучит маленький квант — красного цвета. А если перескочит на более дальнюю орбиту, то успеет излучить квант побольше — голубого или даже фиолетового цвета. Бор своим предположением убил сразу двух зайцев: объяснил устойчивость атома и понял секрет цветных линий в спектрах излучения разных веществ.Так, прибегнув к квантовой теории, он связал свою модель атома с опытными данными, полученными при помощи спектрального анализа. Поняв, почему в спектре каждого атома множество разноцветных линий — они иллюстрируют способность атома излучать кванты тех или иных цветов, — он сумел раскрыть и секрет строения атома, узнать схему расположения орбит, их возможное количество, расстояния между ними и многое другое. 

Электрон оставался своенравным не только в атоме. И в свободном пространстве он вел себя как-то ненормально с точки зрения ученых, привыкших доверять порядку в мире. Рассматривая электрон как заряженную материальную частицу, физики не могли даже судить о траектории его движения вне атома. Вот источник, из которого вылетел электрон. Вот щель, через которую он пролетел. Но где, в каком месте он ударится о фотопластинку, стоящую на его пути? Где появится пятнышко – след этого удара, – заранее предсказать невозможно. Но Эйнштейн был одинок в своем подходе к природе света. Даже впоследствии, когда он после создания теории относительности был поставлен людьми рядом с Ньютоном, квантовая теория света осталась непонятой и забытой. Она помогла Бору в создании теории атома, но и это не обеспечило ей признания.

Многим даже кажется, что стоит найти ответ на этот вопрос, и открытия посыпятся как из рога изобилия. Обыватель, с доступной ему логикой, «раскрывает» секрет творчества: сел, задумался, открыл. Два первых шага доступны каждому. Увы, третий могут сделать лишь немногие. Что же отличает их от большинства? Какими свойствами должен обладать человек, чтобы быть творческой личностью? Одно из условий, которое необходимо для творчества, — подготовка. Невежда не создаст ничего нового просто потому, что не знает, где кончается старое, неизвестное. Верхогляду всё кажется простым и доступным потому, что он не может обнаружить, где таятся трудности.

Валериан Чупин

Источник информации: Чайковские.Новости


Комментарии (2)

Да, действительно, занимательный материал. Написано ясным и понятным языком. Познавательно. Наверняка, это не только личное мнение. Многие читают, но как комментировать то, что действительно — хорошо?
Сейчас про науку вообще не пишут. Молодец!

Добавить комментарийВсе комментарии

ЛЕНТА НОВОСТЕЙ

Популярные новости

В Чайковском бабушка заразилась COVID-19 в общественном месте

В Чайковском бабушка заразилась COVID-19 в общественном месте

В Пермском крае за сутки выявлено 58 новых случаев заражения COVID-19. Общее число инфицированных в Пермском крае достигло 7638, сообщает официальный сайт Правительства. В Чайковском выявлен один новый случай заражения.

Чт 27 августа 2020, 15:27
Комментариев: 9

«Если существует рай, то это вечный YЛЕТАЙ»

«Если существует рай, то это вечный YЛЕТАЙ»

20-23 августа в районе села Лагуново Удмуртской Республики состоялся единственный российский рок-фестиваль лета  2020 года. Фраза в заголовке статьи – так описал мероприятие один из зрителей.

Cб 29 августа 2020, 12:06
Комментариев: 0

В Чайковском женщина обвиняется в фиктивной регистрации гражданки России

В Чайковском женщина обвиняется в фиктивной регистрации гражданки России

Жительница Чайковского прописала знакомую женщину в свою квартиру, зная, что та проживать в ней не будет. Теперь владелица жилья предстанет перед судом за фиктивную регистрацию гражданки.

Чт 10 сентября 2020, 10:35
Комментариев: 2

Лада Гранта столкнулась с автобусом на встречке

Лада Гранта столкнулась с автобусом на встречке

На автотрассе Чайковский – Марково водитель  отечественной «Гранты» не справился с управлением и столкнулся с рейсовым автобусом на встречной полосе. Есть пострадавшие.

Ср 02 сентября 2020, 11:47
Комментариев: 5

Коронавирус: обстановка в Чайковском на 15 сентября

Коронавирус: обстановка в Чайковском на 15 сентября

По данным краевого минздрава, за сутки в Чайковском общее количество заразившихся COVID-19 увеличилось до 132.

Вт 15 сентября 2020, 13:30
Комментариев: 0

6 сентября 1936 года ВЦИК учредил звание "Народный артист СССР"

6 сентября 1936 года ВЦИК учредил звание "Народный артист СССР"

Высокое звание "Народный артист СССР" присуждалось особо отличившимся в деле развития советского театра, музыки и кино. Это было первое высшее почетное звание в стране. Позже появились народные учителя, народные художники и народные архитекторы.

Вс 06 сентября 2020, 12:07
Комментариев: 2

Коронавирус в Чайковском: данные на 3 сентября

Коронавирус в Чайковском: данные на 3 сентября

За минувшие сутки в Чайковском новых случаев заражения COVID-19 не выявлено, сообщает краевой минздрав.  В Пермском крае продолжается тенденция по снижению заболеваемости.

Чт 03 сентября 2020, 15:00
Комментариев: 0

Коронавирус в Чайковском: обстановка на 31 августа

Коронавирус в Чайковском: обстановка на 31 августа

За минувшие выходные дни в Чайковском зарегистрирован один случай заражения COVID-19. Число победивших болезнь не увеличилось.

Пн 31 августа 2020, 14:42
Комментариев: 5

ЛЕНТА НОВОСТЕЙ

Всемирный день без автомобиля

Всемирный День без автомобиля (World Carfree Day) ежегодно проводится во многих странах мира 22 сентября. Это символическая акция международного уровня, главной целью которой является напоминание обществу о вреде чрезмерной автомобилизации для природы и человека, а также предоставление возможных альтернатив этому транспортному средству.

Пн 21 сентября 2020, 15:54
Комментариев: 0

Коронавирус: обстановка в Чайковском на 22 сентября

За минувшие сутки в Пермском крае число заболевших коронавирусом увеличилось с  9153 до 9225 человек, в Чайковском – с 142 до 148.

Вт 22 сентября 2020, 14:05
Комментариев: 2

Коронавирус: обстановка в Чайковском на 21 сентября

За минувшие выходные в Пермском крае число заболевших коронавирусом увеличилось с 8944 до 9153 человек, в Чайковском – с 138 до 142.

Пн 21 сентября 2020, 13:58
Комментариев: 1

Корни «русского алкоголизма»

Разумное отношение к спиртному в большой степени остается личным делом каждого человека. Ни одно государство, даже со строго тоталитарным режимом, не может решать проблемы каждого отдельного гражданина.

Пн 05 января 2015, 10:34
Комментариев: 2

Чайковские.НОВОСТИ оперативно сообщают последние новости в г. Чайковский и другие важные события в Чайковском муниципальном районе и городе.

 18+ 

Пользовательское соглашениеСоглашение о конфиденциальности информации

Сетевое издание "Чайковские.рф" (Chaikovskie.ru). Зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-56572 от 26.12.2013 г. Учредитель и издатель Общество с ограниченной ответственностью "Мегаарт".
Адрес редакции: 617760, Россия, Пермский край, город Чайковский, ул. Ленина, д. 45 оф. 54. Телефон редакции: +7 (34241) 22 345.
Адрес учредителя: 617760, Россия, Пермский край, город Чайковский, ул. Ленина, д. 45 оф. 54. Телефон: +7 (34241) 22 400.

Распространяется бесплатно. Редакция не несет ответственности за достоверность информации, содержащейся в рекламных объявлениях и сообщениях пользователей сайта. Редакция не предоставляет справочной информации. Материалы обозначенные символом PR распространяются на платной основе.

©2013 Чайковские.рф
Перепечатка материалов допускается с разрешения редакции с обязательным указанием прямой ссылки на сайт chaikovskie.ru