Сборник статей

7. Становление и развитие современной атомистики. Часть 2.

Именно электрону суждено было нанести первый удар по постулатам классической атомистики. Его выход на «авансцену» науки связан с именами Дж.Томсона и Э.Вихерта, которые считаются авторами открытия. Однако зададимся вопросом: какое содержание должно быть здесь вложено в понятие «открытие»? Нобелевский комитет присудил в 1906 г. премию по физике Томсону с довольно расплывчатой формулировкой: «За теоретические и экспериментальные исследования прохождения электричества через газы». Но ведь этой проблемой занимались многие ученые. Например, годом раньше премию получил немецкий физик Ф.Ленард: «За исследование катодных лучей». Как раз их всестороннее изучение в конечном счете позволило обрести «плоть и кровь» первой элементарной частице – электрону. Поэтому целесообразно подробнее разобраться в перипетиях его истории.

Мало известно научных открытий, в подготовке которых так или иначе принимало бы участие столько выдающихся умов, как в случае электрона. Пожалуй, первым исторически справедливо назвать американского естествоиспытателя Бенджамина Франклина. В середине XVIII в. он разработал «унитарную теорию» электрических явлений, ввел понятия о положительном и отрицательном электричестве и предположил: «электрическая субстанция» состоит из очень мелких частиц, которые легко проникают через металлы.
В следующем столетии Майкл Фарадей сформулировал классические законы электролиза (1833–1834). Они стали существенным аргументом в пользу дискретного характера электричества.
В начале 1870-х гг. немецкий физик Вильгельм Вебер предложил «электрическую модель» атома, как бы состоящего из двух частиц электричества – положительной и отрицательной. По мнению исследователя, отрицательная частица находится в покое, тогда как положительная движется вокруг нее. При очевидной надуманности веберовская модель являет любопытный пример предвидения, взятого, так сказать, с «обратным знаком». Стоит лишь «поменять местами» отрицательную и положительную частицы, как перед нами вырисовывается некий прообраз атомных моделей начала ХХ в.
спустя десятилетие Герман Гельмгольц заявил: «Если мы принимаем гипотезу о том, что элементарные вещества состоят из атомов, то мы не можем не прийти к выводу, что и электричество, как положительное, так и отрицательное, состоит из определенных элементарных порций, ведущих себя подобно атомам электричества».
Почти одновременно с немецким естествоиспытателем в 1874 г. мало кому известный ирландский физик и математик Джордж Стони опубликовал статью «О физических единицах природы». Он также придерживался представления о корпускулярном строении электричества. Стони сделал первую попытку вычислить величину элементарного заряда электричества и нашел, что она составляет 0,3•10–10 абсолютных электростатических единиц (современное значение 4,8•10–10). В 1891 г. ученый впервые употребил термин «электрон» для наименования единицы электрического заряда. По его мнению, электрон «соответствует в химическом атоме каждой связи. Таким образом, в одном химическом атоме может быть несколько таких зарядов и, по-видимому, в каждом атоме их по крайней мере два (один положительный и один отрицательный). Эти заряды, которые удобно назвать электронами, не могут быть отделены от атомов, но они обнаруживаются, когда атомы вступают в химическое соединение».
Эта фраза представляет особый интерес для химика, ибо в ней смутно предполагается участие электронов в химической связи. Пройдет всего лишь десятилетие, и подобные идеи посыплются как из рога изобилия. Но пока-то и сам электрон не обнаружен, и кроме веберовской гипотезы нет попыток «изобразить» строение атома. Однако в понятийный аппарат науки с этого времени термин «электрон» входит раз и навсегда.
Конечно, никакого влияния воззрения Стони не оказали на действительное развитие событий, предшествующих непосредственной констатации существования электрона. Магистральным путем к этому стало изучение катодных лучей. Их открыл немецкий физик Иоганн Гитторф в 1869 г. Работая с разрядной трубкой, Гитторф обнаружил свечение в стекле, которое вызывалось невидимыми лучами, распространявшимися прямолинейно от катода. Потому они и получили название катодных. Оказалось, что лучи отклоняются в магнитном поле. Продолжил исследования Гитторфа его соотечественник Эуген Гольдштейн. Он обратил внимание, что свойства лучей не зависят от материала катода и могут вызывать химические реакции, например, разлагать соли серебра. Но оставалось неясным, имеют ли лучи корпускулярную природу или, подобно световым, волновую.