Под знаком кванта

Среди других попыток определить размеры атомов следует упомянуть несправедливо забытую работу Томаса Юнга (1773—1829): еще в 1805 г., изучая явления капиллярности и поверхностного натяжения жидкостей, он пришел к выводу, что размеры атомов не превышают 10^-8 см.

Дифракционная решетка

Неизвестно, как обернулась бы история атома, если бы физики не изобрели дифракционную решетку. Фраунгофер в своих опытах использовал ее уже в 1822 г., Ангстрем сделал главным инструментом своих исследований, и, наконец, Роуланд придал ей почти современную форму. Принцип действия решетки основан на явлении дифракции, то есть способности волн огибать препятствие, если оно сравнимо с их длиной. Волны различной длины осуществляют это по-разному, что позволяет разделить их и точно измерить. Благодаря этому прибору в спектроскопии достигнуты точности измерений, удивительные даже для физики. Уже в начале века удавалось разделить две линии в видимом спектре, если их

длины волн отличались друг от друга хотя бы на 10“³ А (сейчас точность повышена до 10^-4 А).

Представьте себе, что вы захотели измерить длину экватора с точностью до метра. Ясно, что в этой попытке нет нужды, да и особого смысла тоже — просто потому, что результат такого измерения будет зависеть от каждого муравейника на пути. Но в спектроскопии подобные усилия представляют не только спортивный интерес, и дальнейшая история атома убедительно это доказала — вопреки недоверию и насмешкам, которыми они подчас сопровождались. Один из примеров — судьба эталона метра.

Знаменитый платино-иридиевый стержень с двумя рисками, отлитый по решению Конвента и хранящийся под стеклянным колпаком в Международном бюро мер и весов в Севре близ Парижа, оказался неточным. Это подозревали давно: уже в 1829 г. Жак Бабине (1794—1872) предлагал за эталон длины принять длину волны какой-либо спектральной линии «как величину, абсолютно неизменную и независимую даже от космических переворотов». Его идею впервые осуществил Альберт Майкельсон (1852—1931) в 1892 г. Но только в 1960 г. был узаконен такой эталон метра: 1 650 763,73 длины волны красно-оранжевой линии изотопа криптона-86 в вакууме. (В 1983 г. принято новое определение метра, в основу которого положены прецизионные измерения скорости света.)

Что сделал Резерфорд?

В начале века мысли о планетарном строении атома не были такой редкостью, как это принято сейчас думать. Достаточно напомнить, что идею эту уже в 1896 г. (за год до открытия электрона!) использовали Лоренц и Лармор для объяснения открытого Зееманом расщепления спектральных линий в магнитном поле. Эти мысли открыто излагались даже на страницах учебников. В качестве иллюстрации приведем несколько выдержек из III тома курса электричества, изданного в 1907 г. профессором Парижского университета Г. Пелла: «...Атом не является неделимой частичкой материи. Испускание света, дающего спектральные линии, характерные для каждого рода атомов, указывает уже на разнородность атомов. Можно было бы предположить, что атом состоит из очень большого числа корпускул, которые притягиваются к какому-нибудь центру, как планеты притягиваются к Солнцу...

Чтобы атом был нейтрален, необходимо, чтобы положительный электрический заряд, который, как мы предположили, находится в центре атома, был равен по абсолютному значению сумме отрицательных зарядов корпускул, вращающихся вокруг него...

Словом, все световые, электрические, тепловые и механические явления можно объяснить, допустив существование двух различных материй: корпускулы, или отрицательного электрона, и положительного электрона, о котором нам почти ничего не известно. Центральный положительный заряд атома состоит из совокупности положительных электронов, число которых изменяется в зависимости от рода атома, но остается вполне определенным для каждого рода атомов...

Лишне было бы доказывать красоту этой теории, которая дает возможность объяснить все известные до сих пор явления и позволяет связать столько явлений и законов, не имевших, казалось, ничего общего между собой».

Год спустя знаменитый французский физик и математик Анри Пуанкаре (1854—1912) писал столь же определенно: «Все опыты над проводимостью газов... дают нам основание рассматривать атом как состоящий из положительно заряженного центра, по массе равного приблизительно самому атому, причем вокруг этого центра вращаются, тяготея к нему, электроны».

После этих цитат многие разочаруются: Резерфорд не придумал ничего нового. Это обычное и частое заблуждение происходит от непонимания различий между наукой и натурфилософией. В науке действует строгое правило: открыл тот, кто доказал. А доказать что бы то ни было в науке можно лишь с помощью опытов и чисел. Все прежние высказывания опирались на чистое умозрение и потому звучали примерно так: атом, вероятно, может иметь такую-то структуру. Только Резерфорд имел моральное право сказать: «Так есть. Я могу доказать это с числами в руках. И каждый, кто захочет, может проверить их, если повторит мои опыты».