Вера Черногорова - Загадки микромира

Но, вероятно, уже подрастает тот композитор, который сумеет написать ее…

А теперь снова вернемся к тем далеким временам, когда атомистика переживала свой триумф.

Химия не только подарила нам атомы, но и снабдила их специальным ярлыком. Ярлык, прикрепленный к изделиям, громогласно заявляет об их качестве и содержит инструкцию об их использовании. Химический ярлык на атомах провозгласил неизменяемость и неделимость их основным качеством.

Безапелляционность суждения химиков определила в то время и соответствующее негативное отношение к атомам. Действительно, раз они неделимы, то к чему, спрашивается, тратить время, пытаясь понять их устройство?

Ньютон писал: «Мне представляется, что бог с самого начала сотворил вещество в виде твердых, непроницаемых, подвижных частиц и что этим частицам он придал такие размеры, и такую форму, и такие другие свойства и создал их в таких относительных количествах, как ему нужно было для этой цели, для которой он их сотворил».

Все собранные к этому времени доказательства сводились лишь к одному — к невозможности химического воздействия на атомы.

Почему только химического воздействия? А где были физики? Физики тогда не интересовались атомистикой. И не потому, что атомистика не заслуживала их внимания. Просто-напросто физики в то время были почти безоружны. Они глядели на атомы глазами химиков, чистосердечно доверяя им во всем.

Физики были почти безоружны. Но вот в небогатом их арсенале нашелся один прибор…

Физикам повезло. Им не нужно было изобретать и патентовать новое устройство. Не нужно было строить сложнейшую дорогостоящую установку, подобную современному ускорителю. Всё оказалось гораздо проще.

Хрупкая стеклянная колба длиной в несколько десятков сантиметров, с впаянными в нее электродами преданно служила уже не одному поколению физиков. С ее помощью изучались электрические разряды в газах с пониженным давлением.

Это была разрядная трубка — популярнейший прибор XIX века. Именно она стала тем инструментом, на котором зазвучали первые аккорды атомной и ядерной физики.

Спокойно и неторопливо изучали физики электрические разряды в газах. Спокойно и неторопливо заносили они в тетради факты и цифры с характеристикой этого, столь обычного для них явления.

Если б они только знали! Но никто даже не догадывался, что в трубке находится отнюдь не то вещество, с которым мы постоянно сталкиваемся в обыденной жизни, что в трубке под действием приложенного к ней напряжения появляется вещество в новом, неведомом еще ученому миру состоянии. Вещество, разложенное на отрицательно и положительно заряженные частицы. Вещество в новом, четвертом состоянии!

В обыкновенной, всем хорошо известной разрядной трубке находилась плазма. Та самая плазма, без которой сегодня немыслима физика.

Но пути науки неисповедимы — это сейчас знают все. Еще в середине прошлого века английский физик и химик Уильям Крукс открыл, что в разрядной трубке от катода к аноду струится поток отрицательно заряженных частиц. Физики приняли это сообщение весьма равнодушно. Но сам Крукс сделал из него необыкновенный вывод.

«Мы уже, — писал он, — как бы схватили повинующиеся нашему контролю неделимые частицы, о которых с достаточным основанием можно предполагать, что они являются физической основой вселенной». Науке потребовалось тридцать долгих лет, чтобы убедиться, что в газоразрядной трубке под действием напряжения несется поток обломков «неделимых» атомов!

Профессор Кавендишской лаборатории Джозеф Джон Томсон, которого друзья звали запросто «Джи-Джи», начал детально изучать катодные лучи.

Все началось с естественного для физика желания узнать природу обнаруженных в трубке неизвестных частиц. Прекрасный экспериментатор, Дж. Дж. Томсон ставил серию тонких, остроумных опытов. И выяснил, что катодные лучи — это поток электронов — носителей единичных отрицательных зарядов. Позже он измерил отношение заряда к массе и, наконец, массу электрона.

В новой серии экспериментов Дж. Дж. Томсон решил выяснить: зависят ли свойства электронов от того, какой именно газ находится в разрядной трубке?

Ответ застал ученого врасплох. Все электроны оказались совершенно одинаковыми. Так, значит, кроме атомов, существуют и другие мельчайшие частицы? Так, значит, частицы эти входят в состав всех атомов всех элементов? И атомы, единые и неделимые во веки веков, не так уж просты?

Спокойный, уравновешенный Дж. Дж. Томсон и по складу ума и по характеру менее всего подходил к роли новатора в науке. Он не только не обладал энергичным темпераментом ниспровергателя основ, но никогда и не желал ниспровергать эти основы.

Новаторство — удел молодежи. Сорокалетнему же профессору Кавендишской лаборатории свойственно было скорее закрепление на завоеванных, устоявшихся жизненных позициях. Томсон был воспитан в лучших традициях классической физики. Он никогда не сомневался в ее всеобщности и могуществе.

И вот все рухнуло. Что же делать? Продолжать молиться на ярлык химической атомистики? Или же признать существование еще каких-то частиц, более элементарных, чем сам «неделимый» атом?

К чести Дж. Дж. Томсона борьба в нем двух людей — новатора и консерватора — окончилась победой новатора. Физик-экспериментатор, для которого факты — реальнейшая, если не единственно реальная, вещь на Земле, победил в нем человека, скованного по рукам и ногам канонами современной ему классической физики.

Атомный Рубикон был перейден. Простейшие кирпичики мироздания оказались сложенными, по крайней мере, из электронов.

За три года до конца XIX века в науке произошла смена лидера. Химия потеснилась, а физика начала новое столетие. Сам факт открытия первой элементарной частицы — электрона, то есть еще одной формы материи, трудно сопоставить с чем-либо другим. С крушением мифа о неделимости атома рушилась целая философская система, менялось старое мировоззрение, выработанное многими поколениями ученых.

Перешагнув «атомную черту», физики лишились поддержки классической механики Ньютона. Они лишились почвы, на которой веками стояло здание их науки.

Новой же теории, описывающей только что открытые атомные явления, пока не было. Рождения квантовой механики нужно было ждать еще несколько десятилетий. И физика повисла в воздухе — весьма неудобное состояние для науки.

Открытие электрона, за которое Дж. Дж. Томсон был удостоен Нобелевской премии, еще не прояснило главного. Каверзный вопрос — как устроен атом? — остался открытым.