Покоренный электрон

Свечение разреженного газа

Красивый яркий пурпурно-розовый свет, льющийся в трубках с разреженным воздухом, привлекал внимание многих исследователей. Ученые и даже просто школьные учителя физики многократно повторяли этот замечательный опыт академика В. В. Петрова. Они стремились понять причину загадочного свечения и дать ему объяснение. Они чувствовали себя, как мореплаватели, увидевшие на горизонте берег земли, не отмеченной на карте.

Для опытов изготовляли тонкостенные, стеклянные, запаянные с обоих концов трубки. Внутри трубки находились два металлических электрода, вводы которых были пропущены сквозь стекло.

Новые достаточно мощные воздушные насосы позволяли получать в трубках разрежение значительно более высокое, чем то, которого достигал в своих опытах Петров.

Присоединив проводники от электродов трубки к полюсам большой батарей, ученые постепенно откачивали воздух.

Сначала, когда насос только начинал действовать, в трубке ничего особенного заметить не удавалось. Воздух — плохой проводник электричества. Стрелка измерительного прибора — чувствительного гальванометра, отмечавшего даже самый слабый ток, включенного в цепь вместе с трубкой, оставалась недвижной: ток не шел.

Когда насос откачал большую часть воздуха, в трубке возникало красивое свечение в виде лучистой короны. Свет в короне струился и мерцал. Это были искусственно созданные эльмовы огни. Потом разряд принимал форму яркой нити, соединявшей электроды, нить превращалась в толстый шнурок, постепенно расслаивавшийся и, наконец, разряд заполнял всю трубку.

Непрерывно откачивая воздух, насос постепенно доводил давление в трубке до одной сотой нормального. Кистевой разряд к этому моменту сменялся пурпурно-розовым свечением, возникшим в конце трубки, возле анода, а у катода появлялось синеватое или фиолетовое свечение, но оно располагалось не возле самого катода, а чуть поодаль.

Между пурпурным свечением у анода и синеватым у катода неизменно появлялся темный промежуток. Гальванометр показывал, что через трубку в это время проходит значительный ток. Чем меньше оставалось в трубке воздуха, а следовательно, чем разреженнее становился он, тем сильнее отклонялась стрелка прибора. Казалось странным: если воздух не проводит электричества, то как может проводить его почти пустое пространство — вакуум?

При плотности воздуха в одну тысячную долю нормальной, свечение с анодной стороны распространилось почти на всю трубку и стало более ярким и слоистым. Оно напоминало пурпурные волны полярных сияний. Как мы теперь знаем— пурпурно-розовое свечение трубки и есть искусственно созданное полярное сияние.

Темный промежуток между синеватым свечением у катода и ярким у анода постепенно расширялся; световые явления в трубке располагались так, как это показано на рисунке 33.

Рис. 33. По мере того, как откачивают воздух из катодной трубки, характер свечения в ней меняется.

Делая опыты с трубками, физики изменяли состав газов и наблюдали, как при этом в трубке менялась окраска света. Особенно красивыми были световые явления в разреженном азоте. Трубки с азотом ярко сияли, струившийся из них пурпурно-красный свет озарял комнату. Столь же красиво, хотя и менее ярко, светился разреженный кислород.

Водород давал слабое розовато-фиолетовое свечение, а при сильном разрежении его свечение приобретало неприятный фиолетовый оттенок. Наиболее ярко светящиеся газы — аргон и неон — в те годы еще не были открыты. Свечение этих газов нам теперь хорошо знакомо: аргоном и неоном наполняют газосветные трубки, которыми освещают витрины магазинов или используют их для световых реклам и вывесок.

Открытие катодных лучей

В 1859 году давление воздуха в трубках удалось снизить до одной десятитысячной доли нормального атмосферного давления. При таком сильном разрежении в трубках пурпурно-розовое, слоистое анодное свечение меркнет, слабеет и, наконец, гаснет. При еще большей откачке воздуха анодное свечение вовсе исчезает. Фиолетовое же свечение катода заметно тускнеет, а стенки трубки принимают зеленоватый оттенок и сами начинают светиться, темное же пространство распространяется от катода по всей трубке.

Пространство внутри трубки выглядит почти темным, зато на ее стеклянной стенке, как раз напротив катода, появляется яркое изумрудно-зеленое светящееся пятно: стекло в этом месте становится похожим на драгоценный камень.

Это наводит на мысль, что теперь трубку пронизывают какие-то невидимые лучи, которые распространяются от катода и вызывают свечение стекла. Предметы, поставленные на их пути, отбрасывали резкую тень, как изображено на рисунке 34.

Рис. 34. Предмет, поставленный поперек катодного луча, отбрасывает в зеленом пятне явственную тень.

Эти лучи-невидимки получили название катодных лучей.

При изготовлении трубок мастеру-стеклодуву не всегда удавалось поместить катод строго напротив анода. Обычно катод был чуть-чуть наклонен или повернут в сторону; случалось также, что и трубка получалась слегка изогнутой. При малых разрежениях газа в трубке это совершенно не влияло на характер свечения. Свечение все равно струилось от катода к аноду и «находило» анод, где бы он ни помещался.

Когда ученые добились очень больших разрежений, нечаянные ошибки стеклодувов помогли обнаружить новые свойства катодных лучей: они шли по прямым линиям, строго перпендикулярно к поверхности катода, как бы «не обращая внимания» на анод; если анод не лежал напротив катода, то лучи миновали анод стороной.

Для опыта был сделан стеклянный сосуд в виде шара.

В нем поместили три анода и один катод.

Сначала путь разряда, заметный благодаря свечению газа, разделился на три ветви и они, изгибаясь дугами, шли каждый к своему аноду. Но при очень большом разрежении три ветви лучей слились в один поток и уперлись в стекло напротив катода (рис. 35).

Рис. 35. Три ветви лучей при сильном разрежении газа сливаются в один пучок.

Такое поведение разряда оставалось непонятным, а ученые, продолжая откачивать воздух, доводили разрежение в трубках уже до миллионных долей, стремясь узнать, какие еще неожиданности могут преподнести загадочные лучи-невидимки.

Но ожидания не оправдались. При предельно низком давлении катодные лучи ослабели, зеленое сияние в стекле померкло, а приборы отметили почти полное прекращение тока в цепи трубки.

Один исследователь попробовал нагреть катод в трубке, в которой вследствие слишком большого разрежения погасли катодные лучи. Когда катод раскалился, зеленое поле в стекле напротив катода вспыхнуло с прежней силой, и погасить его уже не удавалось, хотя воздушный насос продолжал откачивать последние остатки воздуха. Раскаленный катод испускал лучи, несмотря на почти полное отсутствие воздуха. Излучение прекратилось только, когда катод остыл.

Более странных явлений физикам прежде наблюдать, пожалуй, не приходилось. Что представляют собой эти таинственные лучи? В их электрической природе сомневаться было невозможно, приборы показывали, что через трубку течет ток. Но… что такое катодные лучи? Родственны ли они световым? Или, может быть, это струи каких-то новых неизвестных частиц?

Ученые заинтересовались катодными лучами и ставили один опыт за другим. Заказывали трубки самой различной, подчас фантастической формы.

Было замечено, что стекло в том месте, где сияло зеленое пятно, сильно нагревается. Это доказывало, что катодные лучи несут значительную энергию.

В одной из трубок ученые применили катод, изготовленный в виде вогнутого зеркала. Катодные лучи, испускаемые катодом такси формы, сходились в фокусе, как сходятся коническим пучком солнечные лучи, прошедшие сквозь выпуклое стекло (лупу). В фокусе солнечных лучей·, собранных большой лупой, можно плавить свинец, воспламенять бумагу. В фокусе вогнутого катода плавились и кипели такие тугоплавкие металлы, как платина или иридий.

Одно время ученым казалось, что катодные лучи — не что иное, как мельчайшие частички металла, отрывающиеся от катода и летящие с огромной скоростью. Действительно, после долгого пользования катодной трубкой на ее стенках оседал металлический налет. Но он появлялся не только там, где сияло зеленоватое свечение, а распространялся по всей трубке и отлагался гуще вблизи катода. Металлические частицы катода летели не струей по одному направлению, а веером, во все стороны. Большое значение при этом имел материал, из которого был сделан катод. Катодные лучи одинаково хорошо вылетали из серебряного и из медного катодов, но распыление шло по-разному — серебро распылялось быстрей, чем медь.

Было доказано, что катодные лучи к металлическим частицам, вылетающим из катода, отношения не имеют. Лучи двигаются сами по себе, а частицы — сами по себе.

Катодные лучи оставались загадкой.

Именно в этот период, характеризуя состояние учения об электричестве, Фридрих Энгельс писал:

«В учении же об электричестве мы имеем перед собою хаотическую груду старых, ненадежных экспериментов, не получивших ни окончательного подтверждения, ни окончательного опровержения, какое-то неуверенное топтание во мраке, не связанные друг с другом исследования и опыты многих отдельных ученых, атакующих неизвестную область вразброд, подобно орде кочевых наездников. Ив самом деле, в области электричества еще только предстоит сделать открытие, подобное открытию Дальтона, открытие, дающее всей науке средоточие, а исследованию — прочную основу. Вот это-то состояние разброда в современном учении об электричестве, делающее пока невозможным установление какой-нибудь всеобъемлющей теории, главным образом и обусловливает то, что в этой области господствует односторонняя эмпирия…»[4]

Загадочное лучистое вещество

Новые мысли зародились в результате опытов с катодной трубкой и магнитом.

Когда к трубке поднесли магнит, катодный луч изогнулся наперерез силовым линиям магнитного поля (рис. 36).

Рис. 36. Когда к трубке поднесли магнит, то катодный луч изогнулся наперерез магнитным силовым линиям.

Лучи, как видимые — световые, так и невидимые — инфракрасные и ультрафиолетовые, не отклоняются магнитом. Светоносная же струйка в катодной трубке повинуется влиянию магнита, значит, она не световой луч, а именно струйка! Но чего? Частиц какого-то вещества?

Это вещество не может быть металлом катода. Когда катод распыляется, его частицы летят не так, как движется неизвестная материя катодного луча. И это не частицы воздуха, так как катодный луч проходит в трубке, даже при самой высокой степени разрежения воздуха.

Исследователи попробовали повернуть магнит, расположенный возле катодной трубки. Его укрепили так, чтобы северный полюс оказался на месте южного, а южный — на месте северного. От перестановки магнита катодный луч изогнулся в противоположную сторону. Если в начале опыта он отклонялся вниз, то теперь он выгнулся вверх. Словом, поведение катодного луча напоминало движение провода с током в магнитном поле (см. выше рис. 25).

Эти странные явления допускали только одно, естественное объяснение: катодный луч не что иное, как поток отрицательных зарядов — мельчайших частичек отрицательного электричества, то есть электрический ток.

Уже явление электролиза наводило на мысль о существовании элементарных зарядов. Но там эти заряды были связаны с обломками молекул — с ионами, которые служили им «лодочками». Здесь же они выступали самостоятельно, так сказать, в чистом виде и летели в безвоздушном пространстве катодной трубки «вольными птицами».

Но можно ли сказать, что заряды, путешествующие на ионах, и заряды, образующие катодный луч, — это одни и те же заряды? Равны ли они между собой по величине? Нет ли между ними какой-либо разницы?

На эти вопросы ученые смогли дать ответ только после ряда новых опытов.

Подсчет атомов

К 90-м годам прошлого столетия атомистическая теория торжествовала полную победу. Атомы существуют! Это считалось окончательно доказанным. Правда, физики того времени представляли атом несокрушимо прочным шариком или кирпичиком, который никоим образом нельзя разбить на части, но это временное заблуждение тогда еще не мешало развитию науки.

В ту пору было известно 75 различных видов или сортов атомов, иначе говоря — 75 химических элементов.[5] Каждый химический элемент состоит из своих атомов: золото — из атомов золота, ртуть — из атомов ртути и так далее.

Были раскрыты законы, по которым атомы, соединяясь между собой, образуют молекулы простых веществ и химических соединений.

Ученые определили вес атомов каждого химического элемента, приняв за единицу измерения одну шестнадцатую долю веса атома кислорода.

Великий русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев в 1869 году построил свою знаменитую периодическую систему элементов, о которой речь будет впереди. Он уточнил определение атомных весов химических элементов и привел в стройный порядок все накопленные наукой знания об атомах.

Физики, совместно с химиками, сумели сосчитать число атомов, содержащихся в одном грамме любого химического элемента. Выяснилось, что 6,023∙10²³ атомов водорода весят 1 грамм, а 6,023∙10²³ атомов любого другого элемента весят столько граммов, сколько единиц в атомном весе этого химического элемента. Значит порция азота весом в 14 граммов содержит столько же атомов, сколько и порция кислорода в 16 граммов, или порция натрия в 23 грамма и так далее.

Поэтому вычисление количества атомов в одном грамме любого простого тела оказалось очень несложным делом. Надо число[6] 6,023∙10²³ разделить на атомный вес химического элемента. Частное от деления покажет, сколько атомов составляют один грамм. Например, атомный вес ртути равен 200,61. Делим 6,023∙10²³ на 200,61 и получаем 3∙10²¹. Это и есть число атомов в одном грамме ртути.

Столь несложным способом можно вычислить сколько атомов содержится б любом куске золота, железа, углерода или какого-либо иного простого тела.

Найденное правило действительно не только по отношению к атомам. С его помощью можно определить число молекул, составляющих один грамм любого химического соединения. Для этого вместо атомного веса надо знать молекулярный вес химического соединения. Например, молекулярный вес воды (Н₂O) равен 18, следовательно один грамм воды состоит из 3,34∙10²² молекул, так как 6,023∙10²³: 18 = 3,34∙10²².

Успехи атомистической теории чрезвычайно помогли разобраться в сущности электрических явлений.

Электрон получает признание

Ученые повторили фарадеевские опыты по разложению химических соединений электрическим током. Они заново произвели точнейшие измерения и убедились, что для разложения 6,023∙10²³ молекул какого-либо вещества, через его раствор нужно пропустить самое меньшее 96500 кулонов электричества.

Для разложения стольких же молекул некоторых других веществ требуется больше электричества, например для разложения молекул сернокислого магния (английская соль) надо затратить двойное количество электричества.

Но при этом наблюдается важная закономерность: количество электричества может превысить наименьшее либо ровно в два раза, либо в три раза, но ни в коем случае не в полтора или в два с половиной раза. Иначе говоря при электролизе на каждые 6,023∙10²³ молекул разлагаемого вещества порция электричества может быть больше 96500 кулонов только в целое число раз.

Значит, на каждую молекулу при разложении ее обязательно приходится расходовать целое число совершенно одинаковых зарядов электричества.

Стало быть, существует такая порция электричества, которая больше делиться не может, поэтому встречается обязательно целое, но не дробное число раз.

Из прерывного, атомного строения вещества необходимо следует и прерывное строение электричества.

Ученые сделали вывод, что электричество состоит из каких-то необычайно маленьких, уже неделимых порций, являющихся как бы «атомами» электричества.

Видимо, величину этой наименьшей и неделимой порции электричества можно определить, разделив число израсходованных кулонов на число разбитых молекул: 96500∙6,023∙10²³ = 1,60∙10^-19 кулона.

Это и есть заряд мельчайшей, известной современной науке порции отрицательного электричества — электрона.

Такое название этой «наименьшей порции» электричества было дано ей в 1891 году. Слово электрон быстро вошло в обиход и окончательно утратило всякую связь со своим прежним греческим значением (янтарь).

Итак, электрон получил признание и имя, но знали о нем еще слишком мало.

Он оставался таинственным незнакомцем, неизвестно где обитающим, невесть откуда появляющимся и гак же загадочно ускользающим.

Магнит и луч

Физики с новой энергией взялись за исследование явлений, происходящих в катодной трубке.

Катодный луч, который правильнее называть потоком электронов, повинуется влиянию магнита. Когда к катодной трубке подносят магнит, то под бездействием магнитного поля пути электронов, летящих от катода, искривляются, и электронный луч изгибается дугой.

Физики решили воспользоваться воздействием магнитного поля на поток электронов в разрядной трубке для того, чтобы добыть нужные сведения о массе и заряде электрона. Они рассуждали так: предположим, что в магнитном поле летит некая маленькая частичка. Если она не имеет никакого заряда, то магнитное поле на нее не подействует: частичка полетит по прямой линии.

Если же частичка несет электрический заряд, это равноценно электрическому току, ее путь в магнитном поле искривится. Чем больше будет заряд, тем сильнее отклонится в сторону частица. Но каждая частичка обладает также и некоторой массой и, следовательно, инерцией. Чем тяжелее будет частичка, тем труднее заставить ее свернуть с прямого пути. Значит, заряд содействует, а масса — инерция противодействуют искривлению пути электронов в разрядной трубке.

Для физиков это оказалось довольно досадным обстоятельством. Ведь частички с большим зарядом и большой массой отклоняются в магнитном поле точно так же, как и частички с малым зарядом и малой массой. Отличить, где какая масса или где какой заряд — невозможно.

Наблюдая отклонение электронов в магнитном поле, ученые не смогли определить отдельно ни массы, ни заряда электрона, а только узнали, какой заряд приходится на единицу массы электрона. Иными словами, удалось найти отношение заряда электрона к его массе.

Для точных измерений построили особую катодную трубку. В этой трубке, неподалеку от катода, поместили металлическую пластинку с небольшим отверстием в центре.

Металлическая пластинка предназначалась для того, чтобы задерживать большую часть электронов. Через отверстие в пластинке мог прорваться только узкий пучок лучей. Вот этот тонкий, как проволочка, пучок лучей и послужил ученым основой для необходимых опытов.

С помощью своих приборов физики измерили: магнитное поле, величину искривления электронного луча под влиянием магнита и разность потенциалов, приложенную к катодной трубке (от этой разности зависит скорость электрона).

Оказалось, что заряд электрона, выраженный в кулонах, больше его массы, выраженной в граммах, почти в 1760 тысяч раз. Иначе говоря, физики получили такую формулу: е/м = 1,76∙10³ кулонов/грамм, где буквой е обозначен заряд электрона, а буквой м — его масса. В отдельности же величины е и м по-прежнему оставались неизвестными.

Правда, вычисление, сделанное на основании опытов Фарадея, дало величину заряда электрона: е = 1,60∙10^-19 кулона. Подставив это значение е в формулу, можно узнать, чему равно м — масса! Для этого надо 1,60∙10^-19 разделить на 1,76∙10³, и мы получим 9,1∙10^-28 грамма. Это и будет масса одного электрона.

Однако никто тогда не знал и никто не доказал, что наименьшая порция электричества, которая переносится одним атомом при электролизе, равна заряду электрона, летящего в катодном луче. Это еще предстояло доказать, а потому величина массы электрона в 9,1∙10^-28 грамма нуждалась в подтверждении и проверке опытом.

Влияние света на искру

В восьмидесятых годах прошлого столетия замечательный русский ученый, профессор Московского университета Александр Григорьевич Столетов решил разобраться в одном странном явлении, которое было замечено немецким физиком Герцем.

Во время одного из своих опытов Герцу показалось, что свет электрической искры, проскакивающей между шариками в электрической машине, облегчает образование искры в другом приборе. Герц проверил свое наблюдение и установил, что такое же действие оказывает на искру электрическая дуга. Ее яркий сильный свет, падая на искровой промежуток, как-то помогает появлению искр. На свету искры проскакивают при меньшем напряжении, чем в отсутствие дугового освещения.

Причины этого Герц не нашел и сообщение о своих наблюдениях опубликовал без всякого объяснения.

В том, что связь между световыми и электрическими явлениями существует, Столетов не сомневался, но искру он считал неподходящим объектом исследования. Искра вспыхивает на мгновение, быстро гаснет. Измеряя что-либо при столь скоротечном явлении, легко ошибиться, а исследовать, не измеряя, — бессмысленно.

Если свет облегчает электрическому току путь через воздух, думал Столетов, то его влияние должно сказаться и на слабом токе обычной гальванической батареи, а ток от гальванической батареи можно измерять с большой точностью. Для этого существуют чувствительные гальванометры.

Свет рождает ток

Вместе со своим помощником, талантливым изобретателем И. Ф. Усагиным, Столетов построил задуманный прибор. Они вырезали из цинковой пластинки круг диаметром в 22 сантиметра, тщательно очистили его и укрепили стоймя на вертикальном изолированном штативе. Затем из металлической сетки они вырезали круг того же размера и натянули его на проволочный обод. Сетчатый кружок укрепили на стойке так же, как и цинковый.

Из лабораторного проекционного фонаря с электрической дугой Усагин вынул все линзы. Столетов знал, что стекло задерживает и поглощает ультрафиолетовые лучи, способствующие образованию электрической искры. Была также подготовлена новая батарея и подобран гальванометр (рис. 37).

Рис. 37. Когда луч света, пронизывая сетчатый электрод, падал на цинковый кружок, через воздушный промежуток между электродами шел ток.

20 февраля 1888 года А. Г. Столетов приступил к опытам. На лабораторном столе находился проекционный фонарь. В двадцати сантиметрах от него, поперек светового пучка поставили сетчатый кружок; сразу же за ним, примерно на расстоянии в двадцать миллиметров, поместили цинковый кружок. Таким образом, когда зажигали фонарь, его луч пронизывал сетчатый кружок и падал на цинковый, то есть освещал сразу оба кружка.

Провод от плюса батареи присоединили через гальванометр к сплошному кружку, а провод от минуса батареи — к сетчатому.

Оба кружка служили в приборе Столетова электродами, такими же, как и в катодной трубке, но только они не были заключены в стеклянный футляр, а располагались на открытом воздухе.

При потушенном фонаре ток через прибор не шел, потому что сетчатый электрод нигде не касался цинкового: цепь была разорвана воздушным промежутком между кружками, и стрелка гальванометра стояла на нуле.

По знаку Столетова Усагин включил фонарь. Зашипела дуга. Сильный, резкий луч яркого белого света упал на электроды. Столетов настороженно следил за гальванометром. Стрелка прибора как будто бы чуть-чуть шевельнулась, но так незначительно, так незаметно, что ее легкое колебание никак нельзя было считать предвестником удачи.

Такое поведение стрелки не обескуражило Столетова. Он поменял местами провода от батареи: отрицательный присоединил к сплошному кружку, а положительный — к сетчатому.

Снова Усагин включил фонарь. И в то же мгновение стрелка гальванометра дрогнула и отошла от нуля. Ток пошел! Воздушный промежуток между электродами перестал быть преградой.

26 февраля 1888 года Столетов отметил в лабораторном журнале первый успех.

Столетов спрашивал себя: в чем сущность этого явления? Быть может, свет, изменяя свойства воздуха, делает его проводником электрического тока? Это предположение Столетов отверг. Оно неверно. Когда плюс батареи был соединен с цинковым кружком, а минус с сетчатым — ток не шел, хотя воздушный промежуток был освещен. Значит, дело не в изменении свойств воздуха.

Столетов проверил свой вывод. Он повернул оба кружка ребром к фонарю. Теперь луч света скользил вдоль кружков, пронизывал воздушный промежуток, только слегка задевая электроды. Стрелка гальванометра оставалась на нуле. Тока не было.

Значит, причину явления следует искать в том действии, которое оказывает свет именно на электроды? Хорошо. Но на какой из них? Электродов два — сетчатый и сплошной. Может быть, свет «сдувает» электрические заряды с сетки и гонит их на цинковый кружок?

Сомнительно! Редкой сетке из тонкой проволоки достается слишком мало лучей, почти весь световой поток свободно проходит сквозь нее и падает на цинковый электрод. Ему достается подавляющее количество света. Именно в нем надо искать причину явления.

Все явление протекало так, как будто свет «вышибал» отрицательные заряды из цинковой пластинки, а затем они притягивались к положительно заряженной сетке.

Столетов записал свои выводы так: «Лучи вольтовой дуги, падая на поверхность отрицательно-заряженного тела, уносят с него заряд. Это действие лучей сказывается исключительно на отрицательно заряженной пластинке. Положительный заряд лучами не уносится».

Опять непонятная закономерность

Для серии новых опытов Усагин, по указанию Столетова, вырезал из плотного картона диск с семью круглыми одинаковыми отверстиями.

Усагин укрепил этот диск на оси так, чтобы его можно было вращать перед отверстием (оправой объектива) фонаря с нужной для опыта скоростью. Вращаясь, диск попеременно то открывал, то закрывал доступ свету из фонаря к цинковому электроду.

В то время, когда Усагин вращал картонный диск, Столетов следил за стрелкой гальванометра. Свет фонаря прорывался сквозь отверстия диска отдельными короткими порциями. При каждом воздействии светового луча, стрелка гальванометра совершала резкий скачок в сторону. Стремительность колебаний стрелки показывала, что ток в цепи прибора возникает мгновенно.

Ускоряя и замедляя скорость вращения картонного диска, Столетов установил, что никакой задержки или промедления в образовании тока не происходит: свет вспыхивает — ток возникает.

Хотя одно из явлений служит причиной, а другое — следствием, промежуток времени между ними был ничтожно мал. Можно считать, что свет и ток возникают одновременно.

Столетову удалось установить этот факт с точностью до одной тысячной доли секунды. Советские ученые, повторившие опыты Столетова с более совершенной и точной аппаратурой, доказали, что между вспышкой света и образованием тока в приборе не проходит даже одной трехмиллионной доли секунды.

Поразительное свойство прибора Столетова мгновенно отзываться на свет позволило в наши дни создать звуковое кино, читающие станки, «говорящие» часы и другие замечательные устройства.

Результаты своих дальнейших исследований Столетов записал в лабораторном журнале: «разряжающим действием обладают главным образом ультрафиолетовые лучи».

В этом Столетов убеждался неоднократно; достаточно было перегородить луч света от фонаря обыкновенной стеклянной пластинкой, и ток в приборе мгновенно прекращался. Самый сильный видимый свет не мог заменить даже слабого потока ультрафиолетовых лучей. Электрические заряды цинкового кружка были нечувствительны к лучам видимого света даже при большой их энергии.

Такая зависимость электрических зарядов, находящихся в цинковой пластинке, от лучей только определенного рода, показалась ученым очень важным признаком, теснейшим образом связанным со свойствами света и электричества.

Продолжая опыты, Столетов сделал еще одно наблюдение: та часто лучей, которая отражается цинковой пластинкой, никакого действия не производит. Важна только та часть, которая поглощается пластинкой, и чем больше поглощено ультрафиолетовых лучей, тем сильнее ток.

Эти закономерности удалось объяснить только много позже.

Но уже во времена Столетова его опыты над «распылением» электричества, как он сам выражался, подтверждали мысль о существовании элементарных отрицательных зарядов — частичек электричества. Действительно, опыты Столетова легче всего объяснялись предположением (потом подтвердившимся), что свет выбивает из металлов отдельные электроны.

Электроны вылетают из атомов

В 90-х годах прошлого столетия в биографии электрона оказались записанными ответы на три анкетных вопроса: «имя», «масса» и «заряд». Однако сведения, занесенные в две последние графы, не заслуживали безусловного доверия, их следовало подтвердить непосредственными лабораторными измерениями. Но должно было пройти почти пятнадцать лет, прежде чем нашли способ, как определить опытным путем точные значения массы и заряда электрона.

За этот промежуток времени ученые, продолжая исследовать мир предельно малых частиц, сумели приобрести сведения и для четвертой графы анкеты: «местожительство».

В 1896 году были впервые замечены явления радиоактивности урана, способность его испускать невидимые лучи. Три года спустя знаменитый физик Мария Склодовская-Кюри, совместно со своим мужем Пьером Кюри, нашла новые радиоактивные, то есть излучающие элементы. Радиоактивными оказались кроме урана: полоний, радий, торий.

Уран и торий были известны и ранее, а радий и полоний были открыты Склодовской-Кюри, которая выделила их из урановой руды.

Радиоактивные вещества привлекали внимание физиков своими необычайными, поистине волшебными свойствами. В присутствии радия драгоценные камни даже в полной темноте начинают сверкать и искриться, а краски, изготовленные с примесью сернистого цинка, излучают лунное зеленоватое свечение. Стекло пробирки с радием со временем меняет окраску и приобретает фиолетовый оттенок. Электрические машины в присутствии радия перестают действовать, так как воздух под влиянием лучей радия становится проводником электричества. Прикосновение пробирки с радием к коже вызывает тяжелые трудно заживляемые ожоги.

Радий портит фотографические пластинки, упакованные даже не в картонные, а в металлические коробки.

Самые обычные вещества, соприкасавшиеся с радием в свою очередь становятся радиоактивными. Лучи радиоактивных веществ проходят сквозь стекло и металлы (рис. 38).

Рис. 38. Излучение радиоактивных элементов проникает сквозь непрозрачные тела. На рисунке изображена медаль, сфотографированная с помощью радиоактивных лучей.

Открытие радиоактивных элементов подтвердило гениальное предвидение, высказанное Фридрихом Энгельсом и русскими передовыми учеными прошлого века — А. М. Бутлеровым и Н. А. Умовым том, что атомы лишь кажутся неделимыми, на самом же деле они представляют особые сложные миры.

Однажды в лаборатории Кюри произошел чрезвычайно интересный случай, показавший ученым одну важную особенность радия.

Крупинки радиевой соли, добытые Марией Склодовской из отходов урановой руды, супруги хранили в ампулах, — в небольших, наглухо запаянных, стеклянных трубочках. Пьеру Кюри для опытов понадобилась новая порция радия. Кюри взял в одну руку ампулу, а в другую нож, намереваясь метким и осторожным ударом отбить кончик ампулы так, чтобы не рассыпать драгоценное вещество. Намечая место удара, Пьер Кюри приложил лезвие ножа к ампуле и в тот же момент услышал характерный треск электрической искры. В стеклянной стенке ампулы появилась трещинка и маленькая круглая дырочка.

Пьер Кюри позвал жену, и они вдвоем сквозь лупу стали рассматривать отверстие, пробитое неизвестно откуда взявшейся искрой.

Пьер Кюри взял из шкафа другую ампулу, и оба исследователя, напрягая слух и зрение, склонились над ней. Пьер Кюри осторожно приблизил нож к ампуле. Как только лезвие коснулось стекла, раздался треск электрической искры. Пьер Кюри почувствовал легкий толчок в руку, а в стекле ампулы появилась крошечная круглая дырочка. Сомнений не оставалось: за время хранения радий выделил электрические заряды.

Затем было обнаружено, что радий непрерывно выделяет из себя газ радон, который со временем превращается в обычный гелий. Распад атомов больше не вызывал сомнений.

Бета-частицы оказались электронами

Так как радиоактивные элементы, распадаясь, выбрасывают какие-то частицы, то физики занялись исследованием излучения радия. Они надеялись, что в лучах радия окажутся осколки атомов, и это позволит судить об устройстве самих атомов.

Чтобы исследовать все, что вылетает из атомов радиоактивных элементов, был построен несложный прибор. Его главная часть состояла из пустотелой свинцовой «бомбочки» с очень толстыми стенками. В эту бомбочку поместили небольшое количество радиевой соли.

Свинец для изготовления бомбочки был выбран потому, что он поглощает излучение радия и, тем самым, мешает частицам разлетаться во все стороны. Излучение радия должно было проникать за пределы свинцовой бомбочки только через маленькое круглое отверстие — окошко, просверленное в стенке свинцового кубика.

На некотором расстоянии против окошка поместили экран, покрытый сернистым цинком. Когда в лаборатории потушили свет, ученые увидели на экране светящееся зеленоватое пятнышко — след лучей радия, выходящих из отверстия.

Затем к невидимой струйке, вырывавшейся из отверстия в свинцовом кубике, поднесли магнит, и тотчас на экране зеленоватое пятнышко разделилось на части. Вместо одного пятнышка заискрились три. Это наглядно свидетельствовало, что струйка частиц, излучаемая радием, под влиянием магнита распалась на три самостоятельных и разнородных луча (рис. 39).

Рис. 39. Под воздействием магнитного поля поток радиоактивного излучения разделился на три ветки.

Среднее пятнышко осталось на прежнем месте, — очевидно, в излучении радия есть нечто такое, что не имеет электрического заряда и потому не поддается влиянию магнитного поля. Ученые назвали этот вид излучения гамма-лучами. По своим свойствам гамма-лучи близки свету или ультрафиолетовым лучам.

Второе пятнышко отошло от среднего положения на очень небольшое расстояние, оно только слегка отклонилось в сторону; это указывало, что масса частиц, образующих второй луч, сравнительно велика. Направление, в котором отклонялись летящие частицы, свидетельствовало об их положительном заряде. Этот поток тяжелых, положительно заряженных частиц ученые назвали альфа-лучами, а частицы — альфа-частицами. Они оказались ядрами атомов гелия.

Третья струйка изогнулась точь-в-точь так же, как и электронный луч в катодной трубке. Эта струйка состояла из отрицательно заряженных частиц, которые получили название бета-частиц. После всесторонней проверки выяснилось, что бета-частицы обладают всеми свойствами электронов, иными словами, они и есть самые обыкновенные электроны.

Этим-то и объясняется странное явление, которое пришлось наблюдать Кюри, когда они вскрывали ампулы с радиевой солью. Быстрые электроны прорывались сквозь тонкое стекло ампул, а положительный заряд накапливался в ампуле и пробивал стекло, когда Кюри касался его ножом.

Бета-частицы содержатся в излучении многих радиоактивных элементов. Следовательно, при распаде атомов наряду с другими лучами и частицами возникают также и электроны. Ученые того времени сделали поэтому вывод, что электроны входят непременной частью в состав атомов.[7] Это было необычайно важным открытием. Оно окончательно и бесповоротно доказало, что местообитанием электронов, а может быть даже и их родиной, являются атомы.

Идеалисты переходят в наступление

Большинство ученых XIX века представляли себе атом неделимым, абсолютно постоянным, обладающим неизменной массой. Они считали его первоначальным, извечным и неизменным «кирпичом мироздания».

И вдруг в мире привычных научных воззрений стали известны новые удивительные факты — ученые ознакомились с явлениями радиоактивности.

Атомы, казавшиеся до того времени несокрушимыми, разваливались буквально на глазах. Вещество исчезало, распадалось, а среди продуктов распада находились не только вещественные частицы — атомы других более легких химических элементов, но и частицы отрицательного электричества — электроны и даже гамма-лучи.

Все это было ново, необычно, странно. Все это под корень подрубало старые понятия и о веществе и об энергии. Прежние воззрения рушились. Казалось, пошатнулись основы физических наук.

Ученые-идеалисты воспрянули духом. В течение всего XIX века, под напором непрерывных успехов науки, они были вынуждены сдавать одну позицию за другой. Открытия Фарадея, Менделеева, Бутлерова, Максвелла, Столетова и многих других ученых разрушали идеалистические представления о мире.

Теперь же, на рубеже XX века, новые факты давали идеалистам удобный случай перейти в решительное контрнаступление и вернуть утраченный авторитет. С еще большим рвением ученые и философы идеалистического лагеря ринулись в атаку на материализм, надеясь, что им удастся раз и навсегда сокрушить материалистическое миропонимание.

Штурм начался с самых различных позиций. Одни, опираясь на незавершенные опыты Кюри, утверждали, что радиоактивные элементы являются неисчерпаемыми источниками энергии — вечными двигателями, в которых энергия рождается из ничего. И, следовательно, великий ломоносовский закон: «из ничего не может возникнуть что-то» — неверен. Идеалисты объявили этот основной закон природы недействительным.

Другие доказывали, что материя в радиоактивных элементах превращается в излучение, а излучение, рассеиваясь в пространстве, якобы бесследно исчезает. И они делали ложный вывод, что материя не вечна, она исчезает, уничтожается.

Третьи обращали свое внимание на природу электрона.

Эти физики признавали электрон не мельчайшей частицей вещества, а только простейшим элементарным зарядом, а электричество считали одним из видов энергии.

И все эти физики-идеалисты, искажая истину, говорили: атомы состоят из электронов, а электроны только заряды. Значит атомы не материальны, не вещественны. Материя в действительности не существует, а существуют одни заряды — одна энергия.

Наконец, нашлись ученые, которые, повторяя теории древних философов-идеалистов, отрицали все. Они пытались доказать, что будто бы ни атомов, ни электронов и вообще ничего на свете нет. Земля, Вселенная, атомы и электроны — это не более как наши ощущения, это только понятия, введенные для удобства мышления и рассуждений. Материи нет, есть только наши понятия, которые можно облачать в форму математических уравнений.

Весь этот вздор, оглушая и ослепляя исследователей природы, мешая разобраться в сущности новых и непонятных явлений, хлынул в науку.

Все сторонники идеалистического мировоззрения, несмотря на некоторое различие во взглядах, дружно стремились к одной цели. Они пытались доказать, что материя уничтожима, не вечна, не действительна, а бог, дух — неуничтожимы, вечны.

Гениальная книга В. И. Ленина

Подлинная наука выдерживала яростный штурм реакционной философии. Владимир Ильич Ленин в своей замечательной книге «Материализм и эмпириокритицизм» привел один из эпизодов этого штурма.

В начале нашего века известный естествоиспытатель Эрнст Геккель написал небольшую книгу под названием «Мировые загадки». Это было довольно наивное произведение, в котором Геккель вовсе не стремился показать себя материалистом. Он даже открещивался от этого названия. Но в книге Геккель описывал все так, как это есть в действительности: добросовестно, правдиво излагал сущность последних открытий, приводил убедительные факты. И его книга вызвала целую бурю.

В. И. Ленин писал: «Популярная книжечка сделалась орудием классовой борьбы. Профессора философии и теологии[8] всех стран света принялись на тысячи ладов разносить и уничтожать Геккеля. Знаменитый английский физик Лодж пустился защищать бога от Геккеля. Русский физик, г. Хвольсон, отправился в Германию, чтобы издать там подлую черносотенную брошюрку против Геккеля…

…Нет числа тем теологам, которые ополчились на Геккеля. Нет такой бешеной брани, которой бы не осыпали его казенные профессора философии. Весело смотреть, как у этих высохших на мертвой схоластике мумий — может быть, первый раз в жизни — загораются глаза и розовеют щеки от тех пощечин, которых надавал им Эрнст Геккель. Жрецы чистой науки и самой отвлеченной, казалось бы, теории прямо стонут от бешенства…

Он — материалист, ату его, ату материалиста, он обманывает публику, не называя себя прямо материалистом— вот что в особенности доводит почтеннейших господ профессоров до неистовства».[9]

Геккелю угрожали расправой, ему присылали подметные письма, наполненные бранью, — называли ученого «собакой», «безбожником», «обезьяной» и, наконец, когда Геккель работал в своем кабинете, кто-то запустил в окно огромным булыжником, рассчитывая размозжить ученому голову…

В это смутное время, против реакционной философии, в защиту подлинной науки, в защиту материализма выступил Владимир Ильич Ленин. В своей книге «Материализм и эмпириокритицизм» он подверг уничтожающей критике реакционные теорийки буржуазных философов и физиков.

Он объяснил, что «реакционные поползновения порождаются самим прогрессом науки. Крупный успех естествознания, приближение к таким однородным и простым элементам материи, законы движения которых допускают математическую обработку, порождает забвение материи математиками. „Материя исчезает“, остаются одни уравнения»,[10] — писал В. И. Ленин, высмеивая попытки ученых- идеалистов одними математическими формулами объяснить весь мир.

В. И. Ленин разоблачил старания теоретиков идеалистического лагеря «упразднить» материю или подменить ее энергией.

Материя — не только вещество

Физики старой школы считали материей только вещество, то есть только то, что состоит из молекул и атомов. Современная наука показала, что вещество не кончается атомами. Ведь и атомы делимы! Они состоят из различных мельчайших частиц. В ядрах атомов обнаружены положительно заряженные частицы — протоны и нейтральные — нейтроны. Окружающая ядро атома оболочка состоит из электронов. Все эти частицы тоже вещественны.

Но материя это не только вещество. Величайшая заслуга В. И. Ленина состоит в том, что он доказал ошибочность старого, примитивного понятия материи-вещества. Электрические и магнитные поля, свет и другие виды излучения, которые представляют собой колебания электромагнитного поля, — это тоже материя.

И тысячи примеров из повседневной жизни и промышленного производства эго подтверждают. Мы видим, как магнитное поле проволочной спирали, по которой течет сильный электрический ток, втягивает в себя железный стержень и переводит стрелки трамвайных путей.

Мы видим, как в быстропеременном электрическом поле высыхают гигантские фарфоровые изоляторы для высоковольтных линий и предостерегающие надписи предупреждают работающих об опасности попасть в такое поле.

Магнитные поля электромоторов движут наши трамваи, троллейбусы, автобусы ЗИС-154 и электропоезда.

Введите медный стержень между полосами сильного электромагнита и попробуйте вращать стержни вокруг его оси. Вам покажется, что стержень погружен в густую смолу, настолько трудно вращать его со сколько-нибудь большой скоростью в магнитном поле.

Электрические и магнитные поля невидимы, но это не значит, что они не материальны. Человек, нечаянно сунувший руку в быстропеременное электрическое поле, мгновенно почувствует, что оно не менее материально, чем кипяток или пламя.

«Материя есть то, что, действуя на наши органы чувств, производит ощущение; материя есть объективная реальность…»[11]

«В мире нет ничего, кроме движущейся материи»,[12] — писал Ленин.

Материя и движение неразрывны. Нельзя представить материю без движения или движение без материи, одно без другого — бессмыслица.

В мире движется все — движутся млечные пути (звездные системы), звезды и пылинки, движутся молекулы, атомы и частицы, их составляющие.

Движение — это не только перемещение из одного пункта в другой, не только вращение или колебание, но и химическое соединение и разложение, теплота и электрический ток, кристаллизация, рост и распад, изменение видов. Движение — это всякое изменение, всякое развитие.

Наши органы чувств дают не кажущееся, не воображаемое представление об окружающем мире, как утверждают идеалисты, а действительное.

Наши знания о природе хотя и не вполне точны, приблизительны, но с каждым успехом науки они становятся точнее, правильнее. Окружающий мир именно таков, каким мы его видим, и В. И. Ленин приводит наглядный пример: «Человек в темной комнате может крайне неясно различать предметы, но если он не натыкается на мебель и не идет в зеркало, как в дверь, то, значит, он видит кое- что правильно».[13]

Так и ученые еще не вполне ясно различают, что именно происходит в мире атомов и в области электромагнитных полей, но не идут «в зеркало, как в дверь». Физики уже отыскали способ, как поставить на пользу человечеству электромагнитные поля, создали радио, научились разрушать и строить атомы — значит ученые правильно понимают некоторые явления мира малых частиц.

Гениальное произведение В. И. Ленина расчистило дорогу подлинной науке и оказало ей неоценимую помощь.

Передовые ученые, особенно русские, советские, продолжали настойчиво, упорно трудиться, постепенно, шаг за шагом раскрывая суть сложнейших явлений. Их труды полностью подтверждают основное положение марксистской философии о материальности мира.

Измерение заряда электрона

Физики прекрасно понимали, что, несмотря на все успехи электронной теории, она остается незавершенной— ни масса, ни заряд электрона еще не определены непосредственным опытом. Это было слабым местом теории — ее ахиллесовой пятой.

Измерение заряда электрона — стало первоочередной задачей, над которой начали трудиться многие специалисты.

Предшествующие исследования заряда электрона показали, что он ничтожно мал; было совершенно ясно, что если к какому-либо большому предмету добавить один электрон или, наоборот, отнять его, то уловить изменение заряда этого предмета не сможет ни один прибор на свете.

Для большого воздушного шара-стратостата майский жук, залетевший в гондолу, незаметен, а для маленького детского воздушного шарика жук будет чересчур тяжелым пассажиром.

Поэтому можно попытаться взять настолько маленькое тело, совсем ничтожную пылинку, чтобы потеря ею одного электрона уже стала заметна.

Академик А. Ф. Иоффе, намереваясь измерить заряд электронов, пошел именно по такому пути. В качестве пылинок он использовал мельчайшие капельки цинковой амальгамы, то есть ртути, к которой было добавлено небольшое количество цинка.

Две горизонтальные металлические пластины, разделенные воздушным промежутком, составляли главную часть прибора для измерения заряда. В верхней пластине имелось небольшое отверстие. С одной стороны воздушный промежуток между пластинами освещала обычная электрическая лампочка, с другой стороны стояла лампа — источник ультрафиолетовых лучей. Эта лампа имела заслонку, чтобы открывать ее на короткое время.

Спереди был пристроен микроскоп, через который можно было наблюдать все, что будет происходить во время опыта в промежутке между пластинами (рис. 40).

Рис. 40. Схема прибора, построенного академиком А. Ф. Иоффе для измерения заряда электрона.

К пластинам была приложена определенная разность потенциалов, причем верхняя пластина соединялась с положительным полюсом батареи, а нижняя — с отрицательным. Напряжение на пластинах можно было регулировать по желанию, то есть увеличивать или уменьшать так, как это могло бы потребоваться по ходу предстоящего опыта.

После проверки работы всех частей прибора А. Ф. Иоффе приступил к измерению. В промежуток между пластинами через отверстие в верхней пластинке вдули некоторое количество тончайших ртутных капелек.

Капельки рассеялись по всему воздушному промежутку и под действием силы тяжести медленно, плавно начали оседать на нижнюю пластину.

Иоффе включил напряжение. Между пластинами образовалось электрическое поле. Тотчас же капельки, которые обладали положительным зарядом,[14] стремительно понеслись вниз к отрицательно заряженной пластине, а капельки, имевшие отрицательный заряд, стали подниматься вверх, притягиваясь к положительно заряженной пластине.

Среди отрицательно заряженных капелек имелось несколько таких, которые почти недвижимо висели в воздухе, — не опускались и не поднимались.

Чтобы совсем остановить движение одной отрицательно заряженной капельки, Иоффе так подобрал разность потенциалов между пластинами, что притяжение верхней пластины точно уравновесило вес капельки. Отрицательно заряженная капелька повисла в воздухе совершенно неподвижно.

Желая убедиться, что капелька сама по себе ни опуститься ни подняться не может, Иоффе держал ее во взвешенном состоянии несколько суток, и она висела, словно привязанная невидимой ниточкой.

Перед началом опыта Иоффе записал разность потенциалов на пластинках, которая удерживала капельку во взвешенном состоянии, а затем на мгновение приоткрыл заслонку на ультрафиолетовой лампе. Лучи пронизали воздушный промежуток между пластинами и вырвали из капельки несколько электронов (вспомните опыт Столетова), заряд капли изменился, и она полетела вниз.

Иоффе увеличил напряжение на пластинах, подтянул капельку на прежнее место и опять заставил ее висеть неподвижно.

Затем он приоткрыл заслонку на ультрафиолетовой лампе, и снова лучи согнали с капельки несколько электронов, капелька стала падать, но Иоффе подтянул ее и уравновесил.

В третий раз ученый открыл заслонку, и в третий раз ультрафиолетовые лучи согнали с капельки несколько электронов, а Иоффе опять вернул ее на старое место. Так он повторял эту операцию до тех пор, пока никакое изменение напряжения на пластинах уже не могло удерживать капельку во взвешенном состоянии, и она падала, повинуясь только земному тяготению.

Притяжение положительно заряженной пластины перестало оказывать на нее свое влияние. Это означало, что ультрафиолетовые лучи лишили капельку ее заряда, электроны покинули капельку.

Капельке дали спокойно упасть, а через отверстие в верхней пластине впустили новую порцию капелек. Среди них выбрали одну, удержали ее в неподвижном состоянии, и опыт начался сначала.

В конце концов и вторая капелька, лишившись заряда, опустилась вниз; ее заменили, опыт продолжался. Только большое число одинаковых опытов могло дать надежный результат.

Проходили дни за днями. Щелкала заслонка, открывая и закрывая путь ультрафиолетовым лучам.

Через поле зрения микроскопа прошло несколько сот капель. В лабораторном журнале выстроились длинные столбцы цифр. Число измерений достигло нескольких сотен.

И среди этих измерений ни разу не случалось, чтобы заряд, выбиваемый из пылинки, оказался меньше совершенно определенной величины.

Заряд уходил всегда только целыми порциями, и этих порций было либо одна, либо две, либо три, четыре, пять, но ни разу заряд не уменьшился на полпорции или на полторы или на две с половиной.

Таким образом было установлено, что электрический заряд уходит только в виде определенных порций отрицательного электричества, то есть в виде электронов.

Работа продолжалась. Вместо ртутных капелек стали вдувать цинковые пылинки и пылинки других веществ, и всегда электрический заряд покидал пылинку одинаковыми порциями. Это означало, что «цинковый» электрон ничем не отличается от «медного». Заряд электрона, выбитого из золотой пылинки, нисколько не больше и не меньше заряда электрона, выбитого из железной пылинки. Все электроны — одинаковы.

Но это было не все! Неизвестным оставалось самое главное — заряд одного электрона. Однако невидимка уже не мог прятаться. А. Ф. Иоффе знал, что все наимельчайшие зарядики равны между собой, и знал также, сколько этих зарядиков-электронов он согнал ультрафиолетовыми лучами с каждой капельки ртути.

Оставалось решить совсем простенькую арифметическую задачу: разделить величину первоначального заряда капли на число согнанных электронов и в частном от деления получить заряд одного электрона.

Но прежде чем решать такую задачу, предстояло узнать, чему же был равен заряд капли до того, как ее стали освещать ультрафиолетовыми лучами? И это было хотя и самое трудное дело, но все же далеко не безнадежное, ведь капелька, висевшая в промежутке между двумя пластинами, подвергалась действию двух сил: сила тяжести тянула ее вниз, а электрическая сила — вверх. И обе эти силы были равны, потому что капелька не подымалась и не падала — висела неподвижно. Значит, стоило только узнать, чему равен вес капельки ртути, и тогда стала бы известна величина электрической силы.

Вес капельки надо было измерить. Однако эта капелька была так мала, что даже в поле зрения микроскопа она казалась не шариком, а только блестящей звездочкой. Измерить ее обычным способом, как измеряют маленькие шарики, было невозможно, и Иоффе применил иной способ.

Зная удельный вес ртути и измерив скорость падения капельки, можно очень точно определить ее вес. Так А. Ф. Иоффе и сделал: когда капелька в конце опыта полностью лишилась своего заряда и стала падать, ученый тщательно измерил скорость ее падения, а затем вычислил вес капельки. Так А. Ф. Иоффе узнал величину электрических сил, действовавших на каплю, а затем и величину заряда капли, потом разделил на число выбитых электронов и получил заряд одного электрона.

Величина заряда электрона была измерена таким способом непосредственно.

По современным измерениям заряд электрона равен 4,8∙10^-10 абсолютных электростатических единиц, или 1,6∙10^-19 кулона. Иначе говоря, в одном кулоне содержится такое количество электронов, которое определяется миллиардами миллиардов, а именно равно 6,25∙10¹⁸.

После измерения заряда электрона физики снова вернулись к опыту с магнитом и катодной трубкой, который был поставлен в конце прошлого столетия. Тогда они сумели очень точно измерить, насколько отклоняется электронный пучок в магнитном поле, и это позволило установить соотношение между зарядом электрона и его массой.

Теперь ученые повторили этот опыт и, зная величину заряда электрона, определили, что его масса действительно равна 9,1∙10^-28 грамма.

Электрон — одна из мельчайших частиц материи. Он легче дробинки во столько же раз, во сколько раз дробинка легче земного шара.

Почти двадцать лет ученые трудились, чтобы измерить массу и заряд электрона и доказать его существование. Их усилия увенчались полной победой. Реальность электрона была утверждена опытом.

И вся история этого открытия блестяще подтвердила гениальное положение, выдвинутое товарищем И. В. Сталиным: «В противоположность идеализму, который оспаривает возможность познания мира и его закономерностей, не верит в достоверность наших знаний, не признает объективной истины, и считает, что мир полон „вещей в себе“, которые не могут быть никогда познаны наукой, — марксистский философский материализм исходит из того, что мир и его закономерности вполне познаваемы, что наши знания о законах природы, проверенные опытом, практикой, являются достоверными знаниями, имеющими значение объективных истин, что нет в мире непознаваемых вещей, а есть только вещи, еще не познанные, которые будут раскрыты и познаны силами науки и практики».[15]

В напряженной борьбе с мракобесами и реакционерами из идеалистического лагеря победу одержали представители передовой материалистической науки. Они на опыте доказали, что электрон — не плод воображения ученых, придумавших электрон только для того, чтобы было удобнее объяснить электрические явления.

Электрон действительно существует, и наши знания о нем — достоверные знания!