Биография атома
Шрифт:
свою модель атома. Эта модель долгое время называлась моделью атома по Томсону. В чем же она заключалась?
Он предположил, что атом представляет собой облако материи, имеющей положительный заряд. Это облако имеет форму сферы, в которую вкраплены электроны. «Что- то вроде пудинга с изюмом», как сказал однажды Томсон, когда его спросили о строении атома. Сумма всех положительных зарядов равна сумме отрицательных, а в целом атом нейтрален. При этом электроны, как предполагал Томсон, расположены в атоме симметрично, но под действием внешних условий, например под действием электрического поля, они могут смещаться в сторону, колебаться около некоторого положения равновесия. Однако через несколько лет было доказано, что модель атома Томсона неправильна. Уже в то
Прежде всего Томсон впервые экспериментально доказал, что атом — это сложная система. Он разрушил многовековое представление об элементарности и о неразложимости атома. Большое значение также имело то, что модель Томсона с физической точки зрения объяснила периодическую систему элементов Менделеева, объяснила химические реакции. Томсон показал, что химические реакции происходят за счет электронов. Но мысль Томсона шла дальше. По своим воззрениям он был материалистом. Он считал, что процесс познания природы есть процесс бесконечный и что никогда не будет конца познаниям тайн атома.
Его слова, приведенные в качестве эпиграфа к этому разделу в биографии атома, очень правильные слова.
Развитие науки об атоме после создания модели строения атома Томсоном и современные исследования атома говорят о том, что в этом Томсон был глубоко прав.
1905 год. 30 сентября
«Всю свою жизнь он работал неутомимо в интересах приложения науки к мирным целям. Он был деятелем науки во имя мира».
ЧЖОУ ЭНЬ-ЛАЙ
«... Величайший ученый нашей эпохи, искавший истину и не знавший компромиссов с неправдой и злом».
ДЖАВАХАРЛАЛ НЕРУ
Референт патентного бюро
Многим жителям швейцарского города Берна весной 1902 г. неоднократно попадалось на глаза небольшое объявление, написанное на клочке бумаги и расклеенное на заборах: «Альберт Эйнштейн, окончивший политехникум, дает уроки физики всем желающим по три франка за час».
Такое объявление мог дать только очень нуждающийся человек. Три франка за час — это совсем немного. Но, даже несмотря на эту небольшую плату, никто не приходил. Правда, когда тебе 23 года и ты здоров и полон энергии, еще не очень утомительно вновь и вновь ходить по узким улицам столицы Швейцарии в поисках работы. Альберт стучался в двери многих контор, школ, учреждений. Все было напрасно — учитель физики никому не требовался. Но все-таки нужно же на что-то жить! Родители его, жившие в Италии, уже не могли присылать ему денег. Дела отца сильно пошатнулись, родители сами бедствовали. Да и гордость не позволяла просить у их помощи. Как-никак он уже взрослый человек; в его кармане диплом об окончании политехникума.
Наконец счастье улыбнулось. В учреждении под вывеской «Бернское патентное бюро» Альберту предложили работу. Нужен был референт или официально «эксперт третьего класса». Оклад 120 франков в месяц. В обязанность
Референт патентного бюро в Берне А. Эйнштейн.
эксперта входило рассмотрение заявок на изобретения, рассылка сделанных по ним заключений. Пожалуй, это даже интересно. Да и нет другого выбора. Итак, решено. Референт так референт.
Сидя за конторкой патентного бюро, почти механически записывая краткие заключения на многочисленные проекты о создании «перпетуум мобиле» — вечного двигателя,—молодой Эйнштейн по-прежнему напряженно
Обладая выдающимися математическими способностями, проявившимися у него еще в школьные годы, Эйнштейн приучил себя к напряженному мышлению. И та, во многом механическая, работа, которую он выполнял в патентном бюро, почти не мешала его размышлениям.
А поразмыслить было над чем. Не проходило года, чтобы не было сделано нового открытия в физике. Давно уже прошло то время, когда представления ученых о строении мира носили только характер предположений или догадок. Теперь мысли ученых облекались в форму строгих математических доказательств и тончайших физических экспериментов.
Крупнейшие открытия, связанные с явлением радиоактивности, дали толчок к развитию физической теории строения вещества.
Об этом и думал Эйнштейн, сидя за конторкой патентного бюро. Формула за формулой ложилась на листки бумаги после того, как у него в голове складывалась какая- либо законченная, сформировавшаяся мысль.
Несколько своих небольших работ он послал в научный журнал «Анналы физики». Их опубликовали. 30 сентября 1905 г. вышел очередной номер берлинского журнала «Анналы физики». В заголовке одной из статей стояло: «К электродинамике движущихся тел». Под статьей была подпись — Альберт Эйнштейн. Эта дата стала днем рождения знаменитой теории относительности, совершившей величайший переворот в представлении человека о природе вещей.
Новая теория заставила ученых по-иному взглянуть на проблемы, которые казались давным-давно решенными.
Так повседневные наблюдения сделали для нас несомненным закон сложения скоростей. В чем он заключается?
Предположим, вы едете в поезде. Если вы пройдете по вагону в направлении движения поезда, то ваша скорость движения относительно вагона сложится со скоростью вагона относительно Земли. Если же пойдете вдоль вагона в противоположном направлении, то вычтется. Это очевидно каждому. Однако не следует забывать, что мы имеем дело с очень небольшими скоростями. Ведь даже самые быстрые ракеты пролетают всего лишь несколько километров в секунду, в то время как скорость заряженных частиц, испускаемых радиоактивными веществами, измеряется тысячами километров в секунду. А скорость света равна 300 тысячам километров в секунду. Возникает, естественно, вопрос: будет ли закон сложения скоростей справедлив при скоростях, близких к скорости света? Ответ на него и содержится в ставшей знаменитой статье Альберта Эйнштейна, оказалось, что при таких больших скоростях законы считавшейся незыблемой механики, в том числе и закон сложения скоростей, перестают быть верными. Величайшая заслуга Эйнштейна состояла в том, что он открыл законы, которыми объясняются процессы, происходящие при любых скоростях. Естественно, закон сложения скоростей в механике Эйнштейна стал значительно более сложным, чем в классической механике. Как и следовало ожидать, оказалось, что в случае малых скоростей новая механика Эйнштейна совпадает с классической.
Трудно переоценить значение этой работы Эйнштейна. Дальнейшее развитие атомной физики тесно связано с изучением взаимодействия вещества с частицами, обладающими громадными скоростями. Ученые получили возможность не только правильно описывать такого рода взаимодействия, но и рассчитывать гигантские установки для получения высокоскоростных частиц. Такие установки, называемые ускорителями, используются для бомбардировки атомов, и расчет этих установок связан в первую очередь с теорией относительности Эйнштейна.
Основная формула атомного века
В том же 1905 г. Эйнштейн опубликовал в журнале «Анналы физики» еще одну статью. Она называлась «Зависит ли инертность тела от содержания в нем энергии?» Всего три страницы журнального текста занимала статья, но она стоила многих томов этого старого физического журнала.
Статья явилась продолжением работы Эйнштейна над теорией относительности и содержала очень важный для биографии атома вывод из этой теории. Он касался взаимосвязи между массой любого тела и содержащейся в нем полной энергией.