Электрон, рентгеновские лучи

И радиоактивность

Катодные лучи. Электрон

Предшественником субатомной физики 20 в. можно считать Уильяма Крукса (1832-1919). Это свободный мыслитель, изучавший в частной лаборатории проблемы физики и химии, естествознания и спиритизма, открыл элемент таллий, создал радиометр и другие приборы, получил титул баронета за научные заслуги.

Хотя электрический разряд был известен еще с начала 18 в., прогресс в исследованиях начался после изобретения ртутного вакуумного насоса (Гейслер, 1855). Варли в 1871 г. объяснил свечение стекла в трубке при разряде бомбардировкой частицами, вылетающими с катода. В 1876 г. Гольдштейн назвал их катодными лучами, считая их объектами той же природы, что и свет.

Крукс, повторив эксперименты предшественников, наблюдал отклонение катодных лучей в магнитном поле. Он назвал катодные лучи “лучистой материей”, четвертым состоянием вещества. Пророческие слова Крукса: “При изучении этого четвертого состояния вещества создается представление, что мы имеем, наконец, в своем распоряжении “окончательные” частицы, которые мы можем с полным основанием считать лежащими в основе Вселенной.... Мы определенно вошли здесь в область, где материя и энергия кажутся слитыми воедино, в темную область между известным и неизвестным”.

Корпускулярной гипотезе Крукса противостояли волновые представления о катодных лучах (Видеман, Гольдштейн, Герц, Ленард - Германия). В 1905 г. за исследование природы и свойств катодных лучей Филипп Ленард получил Нобелевскую премию по физике.

Жан Перрен (1870-1942) с помощью цилиндра Фарадея (такого названия, правда, в то время еще не было), соединенного с электроскопом, доказал, что заряд катодных лучей отрицательный. Это произошло в 1895 г., когда фактически и родилась электроника, хотя название пришло позднее.

Решающий вклад в природу катодных лучей внес Джозеф Джон Томсон (1856-1940). Он наблюдал отклонение катодных лучей в электрическом поле конденсатора, а также смещение пятна свечения стекла разрядной трубки под действием скрещенных электрического и магнитного полей (отношение , близкое к современному). За открытие электрона (см. ниже) Джозеф Джон Томсон был удостоен в 1906 г. Нобелевской премии.

Слово “электрон” ввел Стони в 1891 г. сначала для отрицательного иона. Заряд стали считать отрицательным, как и у янтаря (греческое “электрон”). По современным данным, эл.-стат. ед.= Кулон; 1/1840 массы атома водорода.

Рентгеновские лучи

Вильгельм Конрад Рентген( 1845-1923) полуголландец-полунемец начал исследование катодных лучей, исходя из волновых взглядов Ленарда. При этом он заметил почернение фотопластин, защищенных от света. Катодные лучи выйти наружу не могли, т.к. трубка не имела окошка из тонкого алюминия (1845). Лучи не отклонялись магнитным полем, не концентрировались линзами. Это могли быть какие-то продольные колебания эфира, пока не известные. Независимо от Рентгена, Аугусто Риги наблюдал разрядку наэлектризованных тел под действием -лучей. 10 декабря 1901 года Рентген получил первую в истории Нобелевскую премию по физике за открытие лучей, получивших впоследствии его имя. Макс Лауэ (1883-1935) разработал теорию дифракции рентгеновских лучей и провел опыт с кристаллом, где, используя малые отверстия в свинцовой пластине, после нескольких часов экспозиции получил дифракционную картину (лауэграмма).

 

Радиоактивность

Анри Беккерель( 1878-1953), представитель династии физиков получил засвеченную фотопластинку под действием солей урана. На его эксперимент повлияли опыты Рентгена и исследования по флуоресценции. Вскоре обнаружили, что чистый уран еще активнее (в три с половиной раза).

В 1888 г. Мария Склодовская-Кюри ( 1867-1934) во Франции и Карл Шмидт в Германии обнаружили, что торий обладает аналогичными свойствами. В том же году был введен термин “радиоактивность” для обозначения свойства испускать “лучи Беккереля”. Супруги Кюри обнаружили химические элементы более активные, чем уран. Это полоний и радий, затем актиний (его открыл ученик М.Кюри Андре Дебьерн).

Излучение радия обладает значительно большей проникающей способностью, чем лучи полония. Эрнест Резерфорд, начавший свою работу под руководством Джозефа Томсона, назвал виды излучения урана альфа и бета (последнее более проникающее). Через 3 года Поль Вийяр открыл третью компоненту - гамма-лучи. Отрицательный заряд бета-лучей был установлен еще супругами Кюри, а Вальтер Кауфман, прикладывая электрическое и магнитное поля, открыл, что отношение заряда к массе (по методу Дж.Томсона) зависит от скорости и, следовательно, масса имеет частично электромагнитное происхождение. Отсюда берет начало представление об электромагнитной природе материи.

Откуда берется энергия радиоактивного излучения, которое нагревает соли урана? М. Кюри выдвинула две гипотезы: радиоактивные вещества улавливают внешнюю энергию или являются генераторами энергии сами. Но тогда атомы уже не являются неделимыми, неизменными? Пьер и Мария Кюри в 1903 г. получили Нобелевскую премию за исследования радиоактивности[20].