Коллектив авторов - Книга для чтения по марксистской философии

Решение этой задачи привело к открытиям, давшим человечеству возможность поставить себе на службу такие мощные силы, которых наши деды не могли бы даже и вообразить. Открывается одна из наиболее увлекательных глав науки о природе — атомная физика.

Согласно первым представлениям о строении атома, выдвинутым английским физиком Томсоном, отрицательные и положительные заряды в атоме перемешаны. Атом мыслился в виде круглой булки с изюмом: тесто, из которого сделана булка,— положительные заряды, а изюмины— отрицательные заряды, электроны. Количество электронов в атоме предполагалось именно таким, чтобы их отрицательный заряд мог уравновешивать положительный заряд остальной массы атома. Таким образом, хотя и было обнаружено сложное строение атома, некоторые физики полагали, что отдельные части его вплотную прилегают друг к другу. Они старались сохранить за атомом свойство непрерывности, непроницаемости, которое, по их мнению, является обязательным для мельчайшей единицы материи.

Марксистско-ленинская философия —диалектический материализм считает, что у материи нет подобных вечных, неизменных свойств. И физика вновь подтвердила правильность диалектико-материалистического понимания материи.

Для того чтобы решить, прерывны атомы или непрерывны, нужно было попытаться пропустить через них другие частицы. Такие частицы уже были в распоряжении физиков. Они выделяются при радиоактивном излучении, например из атома радия. Эти частицы и можно было использовать в качестве снарядов для обстрела атомов.

Модель атома по Томсону

Если атомы непрерывны, то есть представляют собой сплошную массу, то частица, сталкиваясь с ними, должна отклоняться от своего пути. Так что если, например, на золотую пластинку, находящуюся в пустотной трубке, направить поток частиц, составляющих альфа-лучи, испускаемые радиоактивными веществами, то вследствие столкновения с атомом золота и отклонения от своего пути эти частицы должны рассеиваться по стенкам трубки. Этого не будет в том случае, если альфа-частицы будут двигаться в пространстве, не встречая препятствий. В этом случае альфа-частицы, двигаясь по прямым линиям, будут ударяться в противоположную стенку трубки, прямо против того места, из которого они вылетели.

И вот в 1911 году английский физик Резерфордначинает бомбардировку атомов золота альфа-частицами. Оказалось, что подавляющее большинство альфа-частиц проходит сквозь атомы, как снаряды через облако, нисколько не отклоняясь от своего пути. Лишь очень небольшое количество частиц отклонялось и рассеивалось. Наряду с этим некоторые частицы не просто отклонялись, а отскакивали обратно, как мячик от стенки, как бы встретив непреодолимое препятствие.

Расчеты, которые делались для объяснения этих опытов, показали, что почти вся масса атома сосредоточена в его центре и образует его ядро. Это ядро, составляя основную массу атома, занимает в то же время ничтожную часть его объема. Этим объясняется как то, что подавляющее большинство альфа-частиц проходит через атомы совершенно свободно, не испытывая никакого отклонения, так и то, что некоторые частицы испытывают сильное отклонение: это именно те частицы, которые сталкиваются с ядром.

В результате опытов Резерфорда перед физиками предстала более правильная картина строения атома. Картина эта оказалась совершенно неожиданной. Атом по своему строению очень сильно походил на... солнечную систему! Солнечная система, как известно, состоит из большого центрального тела — Солнца, вокруг которого на больших расстояниях от него вращаются планеты: Меркурий, Венера, Земля и другие. Масса всех планет, вместе взятых, значительно меньше массы Солнца. То же самое мы обнаруживаем и в атоме. В центре атома находится атомное «солнце» — ядро атома. Вокруг ядра на сравнительно больших расстояниях от него обращаются электроны. Чтобы получить представление об этих расстояниях, увеличим мысленно атом во много-много раз, так чтобы ядро его стало величиной, например, с футбольный мяч. Если предположить, что это «ядро» находится в центре Москвы, то в этом случае электроны вращались бы вокруг него на расстоянии в 30—50 километров.

Электроны заряжены отрицательно, ядро — положительно. Каждый электрон несет один отрицательный заряд. Ядро же заключает в себе столько положительных зарядов, сколько электронов содержится в атоме. Таким образом, количество отрицательных зарядов равно числу положительных. Поэтому они уравновешивают друг друга, и в целом атом обычно нейтрален, то есть не имеет никакого электрического заряда.

Различные атомы содержат разное число электронов. Самым простым оказался атом водорода. В этом атоме вокруг ядра вращается только один электрон. Следовательно, ядро атома водорода несет положительный заряд, равный по величине заряду одного электрона. Этот заряд и был принят за единицу. Ядро атома водорода, как наиболее простое, было названо протоном (от греческого слова «протос», что означает «первый»). Не удивительно, что именно атом водорода оказался устроенным проще других атомов. Ведь это самый легкий атом, и в таблице Менделеева, в которой элементы расположены в порядке возрастания атомных весов, водород находится на первом месте.

Модель атома водорода

Следующее место в таблице Менделеева занимает газ гелий. В атоме гелия вокруг ядра вращаются два электрона. Его ядро, следовательно, имеет два положительных заряда. Ядра атома гелия и представляют собой те самые альфа-частицы, которые были впервые обнаружены в лучах, испускаемых радием, и при помощи которых Резерфорд доказал существование атомного ядра.

За гелием в периодической системе следует литий. В его атоме — 3 электрона, и заряд его ядра равен трем единицам.

Как же расположены эти электроны в атоме лития? Оказалось, что два из них расположены примерно на одинаковом расстоянии от ядра, или, как говорят физики, «в одном слое». Третий же электрон вращается один, по пути, находящемуся дальше от ядра.

Ученые доказали, что в первом слое, ближайшем к ядру, не может быть более двух электронов. Так что всем остальным электронам приходится располагаться дальше от ядра, в других слоях.

Четвертый по порядку элемент таблицы — бериллий имеет в своем атоме 4 электрона, из которых 2 двигаются во внутреннем слое и 2 — во внешнем. У пятого элемента— бора — во внутреннем слое вращаются, как обычно, 2 электрона, во внешнем — 3.