Правда и ложь в истории великих открытий - Джон Уоллер Страница 8

Эта глава возвращает нас в начало прошлого века к работам самого знаменитого американского ученого 1910–1920-х годов, уроженца Иллинойса, физика Роберта Милликена. В 1907 году не добившийся карьерных высот Милликен решил сделать ставку на то, что впоследствии помогло ему получить Нобелевскую премию по физике (вторую в истории Америки). Все последующие десять лет он посвятил решению одного из наиболее обсуждаемых вопросов в науке начала XX века. Поначалу он захотел узнать, образуется ли электричество из дискретных частиц (электронов) или, как считали многие физики того времени, это лишь нематериальный импульс некой силы. Поскольку электроны, частицы, из которых, как полагал Милликен, состоят атомы, были настолько малы, что он и не надеялся их увидеть, нужно было искать косвенные свидетельства их существования.

Избранный Милликеном путь был изящен и прост: он решил продемонстрировать, что совокупный электрический эффект обусловлен огромным количеством крохотных заряженных точек. Его гениальное предположение сводилось к тому, что, если это происходит на самом деле, разница в электрическом заряде разных молекул всегда будет кратна наименьшей величине, отличающей две отдельные молекулы друг от друга, и эта минимальная разница в заряде двух молекул должна соответствовать заряду одного электрона. Поэтому если полученные Милликеном данные говорили ему, что различные молекулы имеют заряды, скажем, 4, 8, 12, 24, то можно предположить, что единичный заряд электрона равен 4. Если удастся решить эту задачу, т. е. определить электрический заряд электрона (e), — размышлял он, — то я получу ответ на главный вопрос. Наличие разницы в заряде двух заряженных частиц, которая всегда точно делится на е, будет достаточно надежным свидетельством того, что основу электрической энергии действительно составляют дискретные частицы — электроны.

ВЗГЛЯД НА ЧАСТИЦЫ И ВОЛНЫ, БЫТОВАВШИЙ ДО МИЛЛИКЕНА

В течение многих тысячелетий вряд ли существовало поколение, в котором кто-либо из серьезных мыслителей не предлагал бы идею о том, что все, живущее на Земле, состоит из бесконечно малых дискретных частиц вещества. Но только в последние примерно 100 лет удалось получить эмпирические данные, подтверждавшие это интуитивное знание. В 1890-е годы стало казаться, что ответ на этот фундаментальный вопрос вот-вот появится. Некоторые современные ученые говорят, что заниматься физикой в те времена было настоящим счастьем. Огромное количество новых открытий порождало атмосферу приподнятости, и Милликен быстро поддался этому всеобщему энтузиазму. Он и многие другие ученые жаждали понять, что такое электричество, радиация, катодные и рентгеновские лучи, носят ли они материальную основу или являются результатом действия некой нематериальной силы. Поиск ответа на этот вопрос приобрел невероятное значение. По словам самого Милликена, «это было фундаментальной проблемой современной физики».

Основная часть данных в поддержку корпускулярной теории электричества была получена в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета и в Манчестерском университете. Там выдающиеся ученые Эрнест Резерфорд, Дж. Дж. Томсон и Ч. Т. Р. Вильсон разрабатывали уникальные приборы, которые открывали путь к изучению атомных частиц. Физики без устали экспериментировали с влажным воздухом и каплями воды, возникавшими вокруг свободных ионов, с пучками катодных лучей. В 1897 году, например, Дж. Дж. Томсон пропускал катодные лучи через стеклянную трубку, вызывая ее свечение (как в современном телевизоре). Он обнаружил, что может отклонять катодные лучи в магнитном и электрическом поле. Возможность воздействия на поведение лучей показало, что они имеют электрическую природу и сродни световым волнам.

Однако ни одно из сделанных открытий не смогло убедительно подтвердить правильность атомной теории строения вещества. Более того, известный австрийский ученый Эрнст Мах имел все основания саркастически спросить у группы ученых: «А вы-то сами эти атомы видели?» Во времена Маха в качестве основного конкурента атомизма выступали идеи, основанные на существовании «эфира», который якобы является средой для передачи электромагнитных волн и заполняет собой всё пространство вокруг нас. Этот подход находил живой отклик у немецких физиков, они говорили, что в эфире возникают вихревые или пузырьковые возмущения, как на воде, они и есть электричество; как пузырек, так и электричество не имеют материальной формы, независимой от субстанции, через которую они проходят. Они считали, что и пузырьки, и электрические силы возникают как результат энергетического возмущения среды, а не испускания материальных частиц.