Борис Ляпунов - Борьба за скорость

Но даром такой прыжок для атома не проходит, ибо каждый электрон обладает совершенно определенной энергией, своей для каждой орбиты. И прыжок электрона на другую орбиту сопровождается изменением его энергии: излишек ее должен уйти. Он и уходит в виде излучения, света. Потрясенный, как говорят физики, возбужденный, атом испускает свет. Он стремится вернуться к прежней, «спокойной» жизни. Свечение атома сигнализирует нам об этих потрясениях.

Вот, кстати, почему светится раскаленный газ. Его атомы быстро двигаются, сталкиваясь между собою, их энергия увеличивается и становится достаточной, чтобы при столкновении происходили перескоки электронов с орбиты на орбиту. Попав на другую орбиту, электрон тотчас же стремится перейти на орбиту, ему разрешенную, избавившись от излишка энергии, которую он получил. Излучается порция световой; энергии — квант, излучается свет, характерный для атома данного газа. Все это происходит, разумеется, в невообразимо малые доли секунды.

И электрический ток, поток электронов в разреженном газе, также возбуждает его атомы.

Под ударами электронов газ начинает светиться. Красным, зеленым, синим цветом светятся надписи реклам. Белый свет, напоминающий солнечный, дают «лампы дневного света».

В электронных приборах удается сейчас достигнуть разрежения в тысячемиллиардную долю атмосферы! Такая пустота господствует далеко за пределами атмосферы, в межпланетном пространстве.

Она нужна в электронном приборе для того, чтобы расчистить дорогу электронам. Ведь и при давлении в миллион раз меньше атмосферного каждый кубический сантиметр пространства содержит еще около 10 тысяч миллиардов молекул воздуха.

Только в почти идеальной пустоте, при очень глубоком вакууме свободным электронам открыта свободная дорога.

Но источник электронов (его называют катодом) и глубокий вакуум еще далеко не все, что нужно для создания электронного прибора.

Потоком электронов необходимо еще управлять, ускорять его движение, изменять направление. Как же это сделать? Как повелевать частичками, которые в сотни тысяч раз меньше атома?

Здесь приходит на помощь сама природа этих частичек, мельчайших зарядов отрицательного электричества. Разноименные заряды притягиваются, а одноименные — отталкиваются. Значит, электричеством можно управлять — электричеством же.

Поставив на пути электронного потока положительно заряженный электрод (его называют анодом), мы заставим электроны двигаться быстрее, потому что анод будет их притягивать. Невообразимо мал и легок электрон. Потому и можно разогнать его электрической силой до чудовищных скоростей в десятки тысяч километров в секунду.

Инженер Г. Прудковский приводит следующий интересный пример. Чтобы переместить грамм массы детали какой-нибудь машины на один миллиметр в течение одной миллионной доли секунды, нужно усилие в 200 тонн. Для сравнения: при выстреле из артиллерийского орудия пороховые газы давят на снаряд с силой всего около 10 килограммов на каждый грамм его веса.

Напряжение в один вольт действует на ничтожно малый электрон с ничтожной силой. В пересчете же на грамм массы эта сила составляет около 2 миллионов тонн! Расстояние в один сантиметр между катодом и анодом электрон пролетает за 4 стомиллионных доли секунды. Его скорость — 600 километров в секунду. Увеличивая напряжение между катодом и анодом, можно электрон заставить двигаться еще быстрее. Так, при напряжении в 1 000 вольт скорость достигнет 18 тысяч километров в секунду. Тогда полет электрона займет всего одну миллиардную долю секунды.

Электроны в наших приборах соперничают в скорости со светом.

Физика учит, что при больших скоростях, сравнимых со световой, действуют особые законы. Масса начинает расти с увеличением скорости. И действительно, электрон разогнанный до скорости, скажем, 50 тысяч километров в секунду, весит уже несколько больше, чем весил он до начала движения — примерно на 2 процента.

Ученые получают и еще большие скорости электронов. Поток быстрых мельчайших частичек, разгоняемых электрическими силами, стал в руках человека мощным орудием для бомбардировки атомного ядра, орудием для изучения атомного мира.

В ускорителях заряженных частиц удается приблизиться к скорости света. Именно в них получена скорость, которая почти равна световой, — меньше ее всего лишь на три сотых доли процента. Это самая большая скорость, которую человек получил искусственно на Земле.

Чтобы заставить электроны нестись вдогонку за светом, их разгоняют, пользуясь электрическими и магнитными силами. Электрон, подхлестываемый ими, сотни тысяч раз проносится по своей круговой орбите в своеобразной электромагнитной «карусели». За ничтожное время он успевает пробежать по кругу путь в тысячу с лишним километров. С каждым новым оборотом набирает электрон скорость, которая к концу разгона и получается столь чудовищно большой.

А большая скорость — это большая энергия. Получившие огромную энергию, частицы, как снаряды какой-то сверхмощной артиллерии, вторгаются в недра атома. Эти «возмутители спокойствия» выбивают из его ядра отдельные частицы. Ядро одного элемента превращается в ядро другого. Один элемент превращается в другой.

Еще сравнительно недавно 92-м элементом заканчивалась таблица Менделеева. Сейчас в ней 100 элементов. Искусственно получены новые, неизвестные нам раньше элементы.

Познание атомных превращений, управление ими — вот что дают сверхбыстрые машины, где работают потоки заряженных частиц.

Из глубины Вселенной приходят на Землю космические лучи. Они врываются в земную атмосферу, сокрушая частички воздуха на своем пути, выбивая из них электроны, а иногда даже разрушая ядра атомов. Целую лавину сложнейших превращений в атомах и молекулах вызывают космические частицы.

Лауреат Сталинской премии профессор Я. П. Терлецкий высказал и обосновал предположение, что во Вселенной есть «космические циклотроны» — звезды, которые, вращаясь, создают магнитную карусель. Так космические частицы разгоняются чудовищными электромагнитными силами до огромных скоростей, запасаются энергией для далеких путешествий, для атаки атомных миров.

Мы думаем сейчас о том, чтобы на Земле получить искусственные космические лучи, чтобы еще глубже проникнуть в тайны микромира, в самую неприступную крепость природы — атомное ядро.

Электроны, разогнанные электрическими силами, летят с космической скоростью в межзвездной пустоте, созданной и заключенной нами в электронном приборе, — маленьком «кусочке Вселенной», искусственной космической лаборатории на Земле.

Что же будет, если на пути лавины электронов, несущихся с космической скоростью, встанет препятствие? К чему приведет удар электрона — маленького сверхбыстрого снаряда из атомного мира?