Под знаком кванта

Каждый период в таблице Менделеева начинается щелочным металлом и заканчивается инертным газом, химические свойства которых резко различны. Теперь легко понять и причину их различия. Инертные газы гелий, неон, аргон и т. д. отличаются от всех остальных элементов тем, что у них электронные оболочки полностью заполнены.

Атомы щелочных металлов Li, Na, Кит. д., которые в таблице расположены следом за инертными газами, содержат по одному электрону в следующей, более высокой оболочке. Эти электроны связаны с ядром много слабее, чем остальные, поэтому атомы щелочных металлов легко их теряют и становятся положительными однозарядными ионами: Li ⁺ , Na ⁺ , К⁴* я т. д.

Наоборот, в атомах фтора (F), хлора (Ci), брома (Вг) недостает одного электрона, чтобы замкнуть их внешнюю оболочку до оболочки благородного газа. Поэтому-то галогены так охотно присоединяют электрон, образуя отрицательные ионы F“, С1“, Вг“ и т. д. Когда атомы натрия и хлора встречаются, то натрий отдает свой внешний электрон хлору, в результате чего возникают ионы Na⁺ и С1“. Ионы эти притягиваются, образуя молекулы NaCl, из которых состоит хорошо известная всем поваренная соль.

В прошлом веке числа 2, 8, 18, 32 вызывали недоумение и получили название «магических». Объяснить их пытались по-разному, например вспоминали, что октаэдр — самый прочный многогранник и что в буддийской философии есть учение о восьми путях добра. Но вряд ли кто предполагал, что для них существует такое простое и рациональное объяснение.

Эта гармония знания основана на квантовой механике, к знакомству с которой теперь и перейдем.

ВОКРУГ КВАНТА Атомы и люди

Роберт Бойль (1627—1691) был незаурядным человеком. Решающее влияние на него оказала философия Фрэнсиса Бэкона с его учением об опыте как основном мериле истины. Быть может, поэтому он установил один из первых количественных законов в физике, известный теперь как газовый закон Бойля — Мариотта. Любопытно, что по стилю своей работы Бойль ближе к нам, чем к своей эпохе: он не писал статей, а диктовал их секретарю, он не делал сам опытов, а поручал их ассистенту (с которым ему, впрочем, повезло: им был знаменитый впоследствии Роберт Гук).

Бойль был четырнадцатым ребенком и седьмым сыном в богатой семье. С детских лет его мучили камни в почках, что, вероятно, во многом определило его образ жизни. Бойль не был женат, отличался религиозностью и, по свидетельству друзей, знавших его в течение сорока лет, никогда не произносил слово «Бог» без благоговейной паузы. В течение 16 лет (1661 —1677) он возглавлял знаменитую Ост-Индскую компанию и на этом посту больше всего заботился о деятельности миссионеров в колониях. Примерно треть его ученых трудов посвящена теологии. Он самолично финансировал переводы библии на турецкий, арабский, малайский языки и даже на язык американских индейцев. Вместе с тем Бойль стал одним из основателей Королевского общества и одним из первых его членов.

Это был высокий, худой человек, к концу жизни бледный и изможденный. Несмотря на свою известность, он вел простую жизнь, был дисциплинирован, благороден и предельно учтив. Когда ему в 1680 г. пожаловали звание пэра, он отказался от такой чести, поскольку его принципы не позволили ему принести необходимую в таких случаях присягу. Умер Бойль в постели за правкой корректуры своей книги «Очерки общей истории воздуха».

Джон Дальтон (1766—1844) родился 5 сентября 1766 г. в семье бедного ткача в Камберленде, на севере Англии. Когда пришло время, его отправили в сельскую школу. В 12 лет, после того, как учитель этой школы ушел в отставку, он сам открыл школу сначала в своем доме, а затем в местном доме собраний квакеров и преподавал там два года. Факт этот сам по себе необычный, но комментариев и воспоминаний о нем не сохранилось.

Еще год он работал на ферме и в возрасте 15 лет уехал к старшему брату Джонатану. Вместе с ним они открыли школу и преподавали в ней 12 лет, пока в 1793 г. его не пригласили в Манчестерский новый колледж, где он еще 6 лет преподавал математику и физику. Здесь Дальтон вступает в Манчестерское литературное и философское общество и читает научные доклады. Первый его доклад был посвящен цветовому дефекту зрения, которым он сам страдал и который известен теперь под названием «дальтонизм». В Манчестере он прожил до конца своих дней и умер в 1844 г., разбитый параличом за семь лет до этого.

Дальтон происходил из семьи квакеров, одной из самых строгих протестантских сект. Быть может, именно это обстоятельство усугубило природные черты его характера. Он жил размеренной жизнью, его день никогда не менялся: соседи с точностью до минут узнавали время, когда он поутру выходил записывать показания термометра и барометра. Рабочий день Дальтона заканчивался в 9 часов вечера. Он ужинал и, закурив трубку, сидел в кругу семьи, лишь изредка вставляя краткие замечания.