Таунсенд измерил вес одного кубического сантиметра такого тумана, и полный его заряд, и вес одной капельки. И поделил вес всего кубического сантиметра на вес одной капельки, узнав таким образом число капель в кубическом сантиметре. А затем, поделив общий заряд кубического сантиметра на это число, он получил величину одного наименьшего заряда иона в газе. И оказалось, что и в газах наименьший заряд электричества тоже равен одной пятисотмиллиардной части кулона.
Фарадей мерил в жидкости. Таунсенд — в газе. Фарадей считал атомы натрия. Таунсенд — капельки тумана. А получилось одно и то же число! Значит, и там и тут действовала одна и та же порция электрического заряда, самый маленький, можно сказать — элементарный, электрический заряд.
Еще в 1894 году, за три года до работы Таунсенда, английский физик Джонстон Стони дал элементарному заряду имя — электрон. Он руководствовался идеей об атомарной природе электричества, выдвинутой еще в 1881 году немецким естествоиспытателем Германом Гельмгольцем.
Тогда никто не мог доказать, что электрон — частица. Теперь у Томсона были для этого необходимые данные.
Тем же магнитом, которым он отклонял ионы газов, он стал отклонять катодные лучи. И они отклонялись в тысячу раз сильней, чем ион водорода! Значит, их масса была по крайней мере в тысячу раз меньше массы самого маленького атома. Воистину тонкая материя!
Правильно считал Крукс: частицы лучистой материи, электроны, были совершенно иным видом вещества, чем атомы. Но откуда эти электроны брались?
Очевидно, из атомов, причем атомов любого сорта — ибо катодные лучи возникали в любом газе, лишь бы он был достаточно разрежен.
Получалось, что атом вовсе не прост, что он состоит из электронов и еще из чего-то. И это "что-то" должно было нести положительный заряд — ведь целый атом оставался электрически нейтральным.
Как же мог быть устроен этот сложный атом?
Было предложено два варианта. Первый предложил сам Томсон. В круглом, положительно заряженном атоме сидят, как изюминки в кексе, отрицательные электроны.
Второй вариант предложили сразу несколько ученых. Положительное "что-то" находится внутри, а снаружи, вокруг него, как планеты вокруг солнца, кружатся электроны.
Доказать, кто врав, а кто ошибся, удалось только через несколько лет.
Но сначала расскажем еще об одном свидетельстве того, что атом сложен.
Глава вторая,
в которой атомы пытаются говорить с людьми языком радуги, но люди их не понимают
ФРАУНГОФЕРОВЫ ЛИНИИ
В рассказе о французском химике Лекок де Буабодране и об открытии галлия уже шла речь о спектральном анализе. Этот замечательный способ исследования не только привел к открытию нескольких прежде не известных элементов. Спектроскоп оказался инструментом, проникшим в глубь атома. Уже по одному этому со спектральным анализом надо знакомиться подробнее. И начать это знакомство лучше с фраунгоферовых линий.
Собственно говоря, фраунгоферовы линии первым обнаружил вовсе не Иозеф Фраунгофер, живший в последней трети XVIII и в первой трети XIX века, а его современник Уильям Волластон. Но, в отличие от Фраунгофера, который всю свою жизнь занимался оптикой, Волластон интересовался всем на свете, а более всего химией, в которой он отличился открытием двух родственных платине химических элементов — родия и палладия, а также физикой, ботаникой, медициной, минералогией и другими науками.
Изучая спектр солнечного света, то есть разложенный призмой на семь цветов солнечный луч, Волластон заметил, что на спектре есть несколько резких темных линий.
Это его очень удивило, однако, он не счел нужным далее заниматься этим предметом. И наверное, справедливо, что черные полоски на солнечном спектре не носят имени Уильяма Волластона.
Тот, чьим именем они были названы, родился в 1787 году в семье стекольщика и до 14 лет не знал грамоты. Родители его умерли рано, и еще ребенком он пошел в подмастерья к шлифовщику стекол.
Так бы в безвестности и прошла его жизнь, если бы не обвалился дом хозяина. В тот момент, когда почти бездыханного Йозефа вытаскивали из-под развалин, проезжал мимо со своей свитой баварский принц.
Наследник престола изволил принять участие в судьбе мальчика и пожаловал ему довольно много денег.
Иозеф неплохо распорядился ими, начал учиться, поступил в известную оптическую мастерскую в баварском городке Бенедиктбейерне, а затем стал ее владельцем. Его оптические приборы славились во всем мире.
Но истинную славу ему принесли наблюдения за открытыми Волластоном темными линиями в солнечном спектре.
Линий этих Фраунгофер нашел и зарисовал великое множество — более пяти сотен. Располагались они без какого-либо порядка, пересекая радужную полоску спектра во всех его частях — и в желтой, и в оранжевой, и в голубой, и в синей, и в зеленой, и в красной, и в фиолетовой. Но каждая темная линия, сколько бы раз и когда бы ни смотрел на нее Фраунгофер — в любой час дня и в любой месяц года — неизменно оказывалась на одном и том же месте.
Фраунгоферовы линии поражали воображение. Физики, химики, астрономы не знали, что и думать. Откуда на ослепительном солнце могут браться какие-то черные линии? Если бы они двигались, если бы появлялись и исчезали, то это еще куда ни шло — бывают же на солнце пятна. Но фраунгоферовы линии торчали в солнечном спектре на одних и тех же местах.
Куда менее заметным для современников Йозефа Фраунгофера было другое его открытие — на этот раз не в лучах солнца, а всего лишь в тусклом язычке пламени обыкновенной спиртовки. В спектре этого пламени Фраунгофер обнаружил ярко-желтую двойную линию — в том месте, где в спектре Солнца он всегда видел такую же двойную, но только черную полоску. В 1814 году Фраунгофер опубликовал свое наблюдение, предоставляя коллегам возможность поломать голову над этим необъ-яснимым совпадением. Сорок три года на это явление никто не обращал внимания. В 1858 году английский физик Уильям Сван обнаружил, что двойная желтая линия в пламени спиртовки появляется только тогда, когда в спирте или и фитиле присутствует элемент натрий. Сван рассказал о своих опытах другим физикам, написал статью — и на этом счел инцидент исчерпанным. Он не догадался, что совершил чрезвычайно важное открытие.
Впрочем, увидеть что-либо новое или необычайное — еще не значит открыть.
Есть люди, которые смотрят на вещи и события, но… не видят их. Таких, к сожалению, больше всего.
Другие многое видят, но не всегда понимают увиденное. Это ужо нужные науке люди.
Но больше других пауке нужны те, кто не только видит явления, но и начинает задавать нм вопросы и заставляет их отвечать себе.
Волластон, Фраунгофер, Сван сумели увидеть загадочные явления. Но заставили их рассказать о себе другие естествоиспытатели.
ЗАДАЧА С НАТРИЕМ И СОЛНЦЕМ
В начале пятидесятых годов прошлого века в маленьком немецком городке Гейдельберге, знаменитом своим университетом, физик Густав Роберт Кирхгоф и химик Роберт Вильгельм Бунзен получили ответ на некоторые исключительно важные вопросы, касающиеся фраунгоферовых линий.
Повторим вкратце условие задачи — то, что им было "дано".
В спектре пламени спиртовки иногда появляется двойная желтая линия.
Она возникает только в присутствии натрия.
В спектре Солнца есть точно такая же двойная, но темная линия.
Рассуждение Кирхгофа и Бунзена сводилось к следующему" Они предположили, что желтая двойная линия в пламени спиртовки, появляющаяся только в присутствии натрия, принадлежит не спирту, а натрию…
Кирхгоф, и Бунзен взяли кристаллик поваренной соли, раскалили его, и свет раскаленных паров направили на призму спектроскопа. И получили первый ясный ответ: на шкале спектроскопа появился сплошной, без каких-либо темных полосок, спектр раскаленного вещества, и на нем виднелась та самая ярко-желтая линия.
