История лазера. Научное издание
Шрифт:
Рис. 10. Обращенные линии. На верхней части показаны D-линии натрия (дублет), которые проявляются как черные линии в солнечном спектре. На нижней части показаны яркие D-линии натрия, которые получаются в лаборатории в парах пламени
Фундаментальные открытия новой науки спектроскопии были сделаны Кирхгофом, Брюстером, Дж. Гершелем (17921871), Тальботом, Чарльзом Уитстоном (18021875), А. Ангстремом (18141874) и Вильямом Сваном.
Тот факт, что спектры веществ иногда состоят из набора дискретных линий, а иногда представляют полосы, был,
Атомы
Уже Демокрит и Лесипс в V в. до н.э. говорили об атомах. Римский поэт Лукреций (9855 до н.э.) в De rerum natura, объясняя теорию Демокрита, говорил, что воздух, земля и все другие вещи мира сделаны из набора частиц или корпускул атомов, находящихся в безостановочном и очень быстром движении, которые столь малы, что не видимы человеческим глазом. Атомы предполагались быть крайним результатом последовательного разделения вещества на все меньшие части. Слово атом по-гречески означает неделимый.
Однако идеи Демокрита и Лукреция далеки от нашего понимания атомов, поскольку они не рассматривали существования многих сортов атомов и того, что атомы определенного вещества одинаковы.
Выраженная смутным и неконкретным образом атомистическая теория Демокрита теряла свое значение, и слово атом стало употребляться для обозначения объекта крайне малого размера. Лукреций имел успех совсем в другой области, высказав гипотезу, что заразные болезни распространяются очень малыми частицами. В эпоху Возрождения итальянский философ и врач Джироламо Фракасторо (14831553) возродил эту теорию. Однако эта идея бактериологии оставалась секретом, пока Луи Пастер (18221895) вновь не обратился к ней.
Р’Рѕ РІСЃСЏРєРѕРј случае, атомистическая гипотеза Демокрита Рё Лесипса была принята священником Гассенди (15921655), который активно провозглашал, что даже если эта гипотеза находит подтверждение Сѓ развратных РРїРёРєСѓСЂР° Рё Лукреция, РЅРѕ РѕРЅР° РЅРµ имеет РїСЂСЏРјРѕР№ СЃРІСЏР·Рё СЃ религиозными философиями РёС… античных последователей Рё может быть принята христианами. Рдеи Гассенди оказали глубокое влияние РЅР° С…РёРјРёРєР° Роберта Бойля, которому РјС‹ обязаны обозначениями химических элементов. Рти обозначения стали более точными, РєРѕРіРґР° Рђ.-Р›. Лавуазье (17431794) открыл, что определенные химические соединения содержат элементы РІ определенных пропорциях Рё что масса веществ остается постоянной РґРѕ Рё после протекания химической реакции. Рти исследования получили завершение РІ работе Джона Дальтона (17661844), который изложил РёС… РІ своей РєРЅРёРіРµ A New System of Chemical Philosophy (опубликованной РІ Манчестере РІ 1808 Рі.) концепцию, что существует РјРЅРѕРіРѕ сортов атомов, каждый РёР· которых характеризует разные вещества Рё что атомы РІ определенном веществе идентичны. Дальтон доказал, что каждому химическому элементу можно приписать число, которое представляет вес РѕРґРЅРѕРіРѕ атома данного элемента.
Атомный вес
Р’ настоящее время атомный или молекулярный вес измеряется сравнением веса атома данного вещества СЃ атомом РІРѕРґРѕСЂРѕРґР°. Вес атома РІРѕРґРѕСЂРѕРґР° СѓРґРѕР±РЅРѕ считать приблизительно РѕРґРЅРѕР№ единицей атомной массы (вес РѕРґРЅРѕР№ атомной массы 1,66•1024 Рі), так, вес атома углерода 12. Атомный вес кислорода почти 16 (точно 15,9994) Рё поскольку молекула кислорода состоит РёР· РґРІСѓС… атомов, РѕРґРёРЅ моль молекулы кислорода весит около 32 Рі. РР· определения моля следует, что моль всегда содержит РѕРґРЅРѕ Рё то же число
Однако существование атомов все еще было спорным, поскольку никто не мог сказать, что видел их, и в ходу были различные идеи. В 1860 г. на Химическом конгрессе в Карлсруе, первом международном собрании, участники продолжительно обсуждали различия между атомами и молекулами и не пришли к определенному заключению. Сегодня мы определяем молекулу как химическую комбинацию двух или более идентичных или различных атомов, которая может стабильно существовать и которая представляет наименьшее количество вещества и обладает характеристическими свойствами данного вещества.
Рлектрон появляется
В то время, как развивались атомные и молекулярные теории в химии, в исследованиях в области электрической проводимости в жидкостях и электрических разрядов в газах при низком давлении обнаружилось, что атом вовсе не неделимый, но содержит в себе электрические заряды. Г. Дж. Стони (18261911) в 1874 г., пытаясь простым способом объяснить законы электролиза, установленные Фарадеем в 1833 г., ввел атом электричества, который он позднее (1891 г.) назвал электроном. До этого Г. Гельмгольц (1821 1894) говорил: Если мы принимаем гипотезу, что элементарные субстанции состоят из атомов, мы не можем избежать заключения, что электричество также, положительное и отрицательное, разделяется на элементарные порции, которые ведут себя подобно атомам электричества.
Таким образом, умозрительный электрон допускался только как свойство, относящееся к электрическому разряду. Однако английский физик Дж. Дж. Томсон (18561940) открыл в 1897 г., что в электрических разрядах в газах присутствуют очень маленькие частицы с отрицательным зарядом, которые испускаются атомами. Томсон измерил их удельный заряд (e/m), т.е. отношение заряда к массе. Поскольку атом сам по себе нейтрален, открытие электрона за это Томсон в 1906 г. получил Нобелевскую премию по физике означает, что атом должен включать в себя как отрицательные заряды (электроны), так и положительные заряды.
Нобелевская премия
Поскольку многие из упоминаемых здесь исследователей были удостоены этой престижной премии, уместно несколько отвлечься, и сообщить, как она возникла и как присуждается.
10 декабря 1896 Рі. шведский С…РёРјРёРє Альфред Нобель скончался РІ возрасте 63 лет, РІ своем РґРѕРјРµ РІ Сан Ремо. РћРЅ сделал возможным практическое применение нитроглицерина, создав динамит. Нитроглицерин был синтезирован РІ 1846 Рі. Рђ. Собреро (18121888), Р° Альфред Нобель применил для его стабилизации некоторые инертные вещества. Р’ результате РІ 1875 Рі. был получен первый динамит, представляющий СЃРѕР±РѕР№ желатинообразную смесь нитроглицерина СЃ клетчаткой. Р’ 1889 Рі., смешивая РІ различных пропорциях коллоидную клетчатку СЃ нитроглицерином, РѕРЅ сумел создать баллистит, который РґРѕ СЃРёС… РїРѕСЂ используется, как бездымное взрывчатое вещество. Рзготавливался динамит РЅР° фабрике вблизи Рі. РўСѓСЂРёРЅР° (Рталия). Благодаря СЃРІРѕРёРј патентам, Р° также эксплуатации нефтяных месторождений РІ Баку, Нобель стал обладателем РѕРіСЂРѕРјРЅРѕРіРѕ состояния, исчислявшимся РЅР° современные деньги РІ несколько сотен миллионов евро. Рто состояние, желая сгладить возможное разрушительное использование людьми его изобретений, РѕРЅ завещал использовать как фонд для премий. Уместно процитировать отрывок РёР· его завещания: