Рассказ о строении вещества - Мезенцев Владимир Андреевич (читать хорошую книгу .TXT) 📗
Но совсем другую картину можно наблюдать, если в камеру Вильсона направить быстрые частички, вылетающие из атомов радия. Эти частички вещества отрывают на своём пути от молекул воздуха электроны; «пострадавшие» молекулы становятся, таким образом уже электрически заряженными (атомы и молекулы, потерявшие один или несколько электронов, называются положительно заряженными ионами; наоборот, атомы, к которым присоединены лишние электроны, называются отрицательными ионами) и в этом состоянии начинают играть роль зародышей микроскопических капелек; на электрически заряженных молекулах воздуха начинают образовываться из переохлаждённого пара капельки воды. В результате на всём пути полёта каждой такой частички образуется туманный след; таким образом становятся видимыми пути летящих частичек, вырывающихся из атомов.
Ещё лучший способ наблюдения и изучения различных радиоактивных процессов изобретён советскими учёными Л. Мысовским и А. Ждановым. Быстрые заряженные частички, подобно лучам света, действуют на фотопластинку. Этим и воспользовались изобретатели, предложив свой способ наблюдения невидимых частиц. Если через пластинку пролетит такая частица, она оставит на ней после проявления тонкий чёрный след.
Применяя специальные фотопластинки с толстым слоем светочувствительной эмульсии, можно после проявления пластинки проследить под микроскопом отдельные следы пролетевших через эмульсию быстрых частиц (рис. 13).
Рис. 13. Микрофотография следов излучения радия по способу Мысовского — Жданова.
Некоторые физики увидели в том, что атомы вещества оказались делимыми, разрушающимися, противоречие с материалистической философией, утверждающей вечность, неуничтожаемость материи. Атом перестал быть материальным, «материя исчезла» — утверждали они. Противники материализма с торжеством объявили, что новые открытия физики дали «научное опровержение» материализма.
Убедительный ответ всем этим мракобесам дал Владимир Ильич Ленин в своей замечательной книге «Материализм и эмпириокритицизм».
«Мир есть движущаяся материя, ответим мы, — писал Ленин, — …Разрушимость атома, неисчерпаемость его, изменчивость всех форм материи и ее движения всегда были опорой диалектического материализма. Все грани в природе условны, относительны, подвижны, выражают приближение нашего ума к познанию материи…».
В. И. Ленин указал, что новейшие достижения физики, разрушившие старое представление об атоме, как неделимой и неизменной частице, приблизили нас к познанию истинной природы материи.
Он указал также, что нельзя смешивать общее, философское понятие материи как объективной реальности с конкретным физическим понятием её, которое постоянно и неизбежно меняется с ростом нашего знания о мире.
Открытие разложимости атома говорит лишь о том, что мы должны расширить наше представление о материи, о её физическом строении.
«„Материя исчезает“ — это значит исчезает тот предел, до которого мы знали материю до сих пор, — пишет В. И. Ленин, — наше знание идёт глубже; исчезают такие свойства материи, которые казались раньше абсолютными, неизменными, первоначальными… и которые теперь обнаруживаются, как относительные, присущие только некоторым состояниям материи. Ибо единственное „свойство“ материи, с признанием которого связан философский материализм, есть свойство быть объективной реальностью, существовать вне нашего сознания».
«Признание каких-либо неизменных элементов, „неизменной сущности вещей“ и т. п. не есть материализм, а есть метафизический материализм, т. е. антидиалектический материализм».
По мере того, как человечество всё глубже познаёт окружающий мир, изменяются формы отображения этого мира в нашем сознании.
Вскоре после открытия распада атомов радия было установлено, что из кусочка радия выделяются три вида лучей, резко отличающихся друг от друга (рис. 14).
Рис. 14. Действие магнитного поля на излучение радия.
Один вид излучения — альфа-лучи, или альфа-частицы (альфа — первая буква греческого алфавита) — оказался потоком частиц с положительным электрическим зарядом. Вторая разновидность лучей радия — это не что иное, как поток быстро летящих электронов; этот вид лучей был назван бета-лучами (бета — вторая буква греческого алфавита). А третий вид излучения по своей природе подобен лучам Рентгена; это гамма-лучи (гамма — третья буква греческого алфавита).
Теперь уже ни у кого больше не было сомнений в сложном строении атомов, в том, что в состав атомов входят как отрицательно заряженные электрические частички, так и положительные.
Мало того, открытие радиоактивности (так было названо явление распада атомов радия, урана и других, открытых позднее радиоактивных элементов) дало в руки учёных незаменимое средство изучения строения атома. Помощниками учёных в этом деле оказались альфа-частицы, вылетающие из атомов радиоактивных веществ с огромной скоростью — до 22 000 километров в секунду. Эти частички были использованы в дальнейшем для бомбардировки атомов!
3. Атом под обстрелом
И вот началась труднейшая и увлекательнейшая работа по изучению атома. Учёные пошли на штурм невидимых крепостей.
К этому времени было уже известно, что легче всего из атомов удалять электроны. Значит, можно предположить, что эти частички находятся в атоме где-то в его наружных частях. Будь они далеко внутри атома, не так-то просто было бы их выбить. Но если это так, то внутри атома должны находиться другие частички, положительно заряженные.
Как же расположены в атоме эти отрицательно и положительно заряженные частички?
Чтобы узнать это, и были использованы «атомные снаряды» — альфа-частицы (альфа-частицы, как было установлено, представляют собой положительно заряженные ионы химического элемента гелия). Скорость этих частиц огромна, и можно ожидать, что при любом столкновении с атомом альфа-частица либо влетит в него, подобно пуле, и застрянет в нем, либо разрушит его, подобно снаряду. А о попаданиях и промахах можно будет судить по характеру путей «атомных снарядов».
И вот обстрел атома начался.
В первом опыте мишенью был листочек золота толщиной в одну полутысячную долю миллиметра. Чтобы наблюдать полёт альфа-частиц, за листочком золота был поставлен специальный экран, на котором были видны вспышки-удары отдельных альфа-частиц.
И как неожиданны оказались результаты первой атаки на атом!
Оказалось, что альфа-частицы, по своему весу в 7 300 раз более тяжёлые, чем электроны, пролетали через золотой листок так, словно это было пустое пространство! Выходило, что альфа-частицы совсем не сталкивались с атомами золота, словно этих атомов и не было на пути «атомных снарядов».
Правда, так вели себя не все «снаряды». Некоторые из них, пролетая мишень, слегка отклонялись от своего первоначального направления А отдельные, очень редкие, альфа-частицы оказывались и отброшенными в сторону.
Но все-таки основная масса частиц пролетала сквозь атомы золота свободно, и никакого разрушения атомов при этом не было. Обстрелянные альфа-частицами, они лишь теряли один или несколько электронов и становились положительно заряженными ионами.
После этого опыта можно было уже представить себе, как примерно должен выглядеть атом. В самом деле, результаты обстрела атомов золота говорят о том, что эти атомы далеко не сплошные; пустое пространство занимает большую часть атома. Это видно из того, что основная часть альфа-частиц пролетает через атомы, совершенно не отклоняясь. Второй вывод — внутри атома имеются какие-то препятствия, которые успевают отбрасывать в сторону некоторые «снаряды» даже за тот миг, в который альфа-частица пролетает сквозь атом. Что это могут быть за препятствия? При помощи каких сил они отбрасывают в сторону быстро несущуюся альфа-частицу? Ясно, что это силы электрического взаимодействия либо с положительно заряженными частицами атома, либо с его отрицательными частицами. Но мы уже знаем, что отрицательно заряженные частички атома — это электроны. Воздействовать сколько-либо сильно на альфа-частицу они не могут; наоборот, известно, что альфа-частицы легко выбивают электроны из атома. Значит, остаётся положительно заряженная часть атома. Но тогда она должна быть, во-первых, сосредоточена в совсем небольшом ядре — о небольшом размере ядра свидетельствует редкость прямых столкновений альфа-частиц с ним — и, во-вторых, в этом маленьком ядре должна находиться почти вся масса атома — иначе ядро атома не смогло бы отклонить пролетающие рядом альфа-частицы, оставаясь в то же время на своём месте.
