Под знаком кванта. - Леонид Иванович Пономарёв

все хорошо помнили, что частота колебаний пружины с грузиком зависит от ее упругости, следовательно, рассуждала часть физиков, и в атоме электроны связаны какими-то «пружинами» различной упругости. Когда мы возбуждаем атом, электроны начинают колебаться и при этом излучают свет с частотой колебания пружинок. Отсюда, по мысли Локьера, сразу следовало, что число электронов в атоме равно числу линий в спектре элемента. Кроме того, атом с подобным устройством будет наиболее охотно поглощать именно то излучение, которое он сам испускает. А ведь именно это и обнаружили Кирхгоф и Бунзен в своем знаменитом опыте с парами натрия!

Несмотря на эти успехи модели атома с упруго связанным электроном, многие понимали ее логическое или, точнее, эстетическое несовершенство. А вскоре обнаружились и прямые противоречия с опытом. Дж. Дж. Томсон, изучая рассеяние рентгеновского излучения на атомах различных элементов, пришел к выводу, что число электронов в атоме сравнительно невелико и равно примерно половине атомной массы элемента. В 1904 г. Дж. Дж. Томсон предложил свою модель атома, развив гипотезу Уильяма Томсона (лорда Кельвина): внутри положительного равномерно заряженного атома-шара диаметром 10-8 см плавают отрицательные электроны, квазиупруго с ним связанные. Число электронов равно заряду шара, так что в целом атом оказывается нейтральным, как это и следует из опыта. В начале века почти все физики приняли модель Томсона, и лишь немногие предлагали другие модели. Но все чувствовали: в науке об атоме наступает новая эпоха.

ВОКРУГ КВАНТА

Открытие спектрального анализа

Слово «спектр» в физику ввел Ньютон. На классической латыни, которой он пользовался в своих научных трудах, слово «spectrum» означает «дух», «привидение», что довольно точно отражает суть явления: возникновение праздничной радуги при прохождении бесцветного солнечного света через прозрачную призму. Почти два столетия эти «духи» позволяли молча себя разглядывать, пока ученые не заставили их заговорить на языке квантовой физики.

Открытие спектрального анализа вызвало живой интерес даже у публики, далекой от науки, что по тем временам случалось весьма не часто. Как всегда в таких случаях, досужие любители отыскали множество других ученых, которые якобы все сделали задолго до Кирхгофа и Бунзена. Называли французского ученого Жака Бернара Леона Фуко (1819— 1868), предложившего аналогичный опыт за десять лет до них, знаменитого астронома Джона Фредерика Гершеля (1792—1871), изобретателя фотографии на бумаге Уильяма Генри Фокса Тальбота (1800—1877) и многих других. Англичане еще долгое время спустя утверждали, что спектральный анализ открыл их знаменитый соотечественник Джордж Габриэль Стокс (1819—1903), который в разговоре с Уильямом Томсоном (1824—1907) высказывал предположение, что D-линия в спектре Солнца возникает при прохождении белого солнечного света через пары натрия в газовой оболочке Солнца. Сам Стокс с присущим ему благородством отказывался от подобных притязаний, хотя и признавал, что излагал похожие мысли студентам на лекциях, считая, однако, их общеизвестными и не особенно важными. (Кстати, именно в то время у Питера Тэта (1831—1901) возникла идея научных обзоров: он упрекал Стокса и Уильяма Томсона за беспечность и плохое знание литературы, которые помешали им опубликовать очевидную идею.) Пожалуй, следует упомянуть здесь и Юлиуса Плюккера, который знал, что каждый газ светится своим характерным цветом, но выводов и обобщений из этого наблюдения не сделал.

В отличие от многочисленных предшественников, Кирхгоф и Бунзен сразу же поняли значение своего открытия. Они впервые отчетливо уяснили себе (и потому так легко убедили в этом других), что спектральные линии — это характеристика атомов вещества, а не особенностей строения призмы или свойств солнечных лучей. Кирхгоф немедленно стал составлять подробный атлас фраунгоферовых линий солнечного спектра и определил химический состав Солнца. За этой работой он испортил себе зрение и уже в 1861 г. вынужден был ее оставить.

История и существо открытия спектрального анализа могут составить предмет увлекательного повествования, на что мы сейчас, к сожалению, не можем отвлечься. Напомним только один любопытный случай, имевший место вскоре после открытия Кирхгофа и Бунзена.

18 августа 1868 г. французский астроном Пьер Жюль Сезар Жансен (1824—1907) во время солнечного затмения в Индии наблюдал в спектре солнечной короны желтую линию неизвестной природы. Два месяца спустя английский физик Джозеф Норман Локьер (1836—1920) научился наблюдать корону Солнца, не дожидаясь солнечных затмений, и при этом обнаружил в ее спектре ту же самую желтую линию. Неизвестный элемент, который ее испускал, он назвал гелием, то есть солнечным элементом. Оба ученых написали о своем открытии письма во Французскую академию наук, оба письма пришли туда одновременно и были зачитаны на заседании академии 26 октября 1868 г. Такое совпадение поразило академиков, и они решили в честь этого события выбить памятную золотую медаль: с одной стороны профили Жансена и Локьера, с другой — бог Аполлон на колеснице и надпись: «Анализ солнечных протуберанцев».

На Земле элемент гелий был открыт в 1895· г. Уильямом Рамзаем в минералах тория.

У истоков телевидения

Прототип современного телевизора, который — наряду с автомобилем, самолетом и телефоном — наиболее отчетливо представляет лицо современной цивилизации, следует искать в тихих лабораториях середины прошлого века.

В 1854 г. немецкий стеклодув и механик из Бонна Генрих Гейсслер (1815—1879) изобрел масляный насос, что позволило улучшить вакуум в закрытых стеклянных трубках, и научился впаивать в них электроды. Примерно в то же время базельский механик Генрих Даниэль Румкорф (1803— 1877) выпустил в продажу индукционные аппараты (так называемая «катушка Румкорфа», изобретенная в 1838 г. американским врачом Пейджем (1812—1868)), которые позволяли получать искры длиной в несколько сантиметров. Вначале оба эти изобретения служили в основном для раз-влечения: картина свечения газоразрядных трубок при включении их в цепь катушки Румкорфа настолько красива, что может привлечь к себе даже праздное любопытство. Но и ученые не остались равнодушными к новому явлению.

В 1856 г. из Лейпцига в Бонн переехал математик Юлиус Плюккер, которому на новом месте работы было предписано также читать лекции по физике («координаты Плюккера» известны теперь каждому математику, но в то время его работы не нашли признания среди современников).

В Бонне Плюккер увлекся опытной физикой, подолгу экспериментировал с трубками Гейсслера и занимался их усовершенствованием. Вскоре их стали называть трубками Плюккера, еще тридцать лет спустя — трубками Крукса, Гитторфа, Ленарда, а после исследований Дж. Дж. Томсона и открытия электрона появится «трубка Брауна» — прототип электронно-лучевой трубки, которую построил в 1897 г. Карл Фердинанд Браун (1850—1918), немецкий физик, удостоенный за свои работы в 1909 г. Нобелевской премии по физике.

Уильям Крукс