(5 оценок, среднее: 4,80 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Реферат: Становление теории атома
Есть реки, многоводные вначале. Они проливаются из величавых озер, буквально из переполненной чаши, как Святой Лаврентий из Онтарио, Ангара из Байкала, Нил из Виктории-Ньянцы. Это реки без родникового юношества: их верховья могучи, как другие устья. Пора колыбельной немощи им не знакома.
Д.Данин
История 1-ая
Оставляя в 1884 г. кавендишевскую профессуру, Рэлей сам именовал собственного преемника. Его выбор одобрили и Кельвин, и Габриэл Стокс, и сравнимо юный еще отпрыск Чарльза Дарвина – кембриджский доктор арифметики и астрономии Джордж Говард Дарвин. Были и противники. один забугорный физик, проходивший практику в Кавендишевской лаборатории, тотчас собрал свои манатки и отбыл на родину: «Глупо работать под началом доктора, который всего на два года старше тебя». Иной темно высказался: «…критичные времена наступают в институте, если докторами делаются просто мальчишки!»
«Просто мальчугану» было 20 восемь лет. Через полста лет в собственных «Мемуарах и размышлениях» он признался, что избрание кавендишевским доктором явилось для него ошеломляющей нежданностью: «Я ощущал себя, как рыбак, который со очень легким снаряжением вынул рыбу очень томную, чтоб доставить ее к берегу».
У начинающего исследователя была маленькая, но убедительная научная биография. Отпрыск бедного издателя, он рос посреди книжек и развивался резвее сверстников. Четырнадцатилетним ребенком он поступил в Манчестерский институт. Профессуре прецедент показался небезопасным: «Скоро студентов будут привозить к нам в детских колясках». И чтобы уберечься от таковой катастрофы, они повысили возрастной ценз поступающих.
Особенно рано началась и его жизнь в науке. К девятнадцати годам он уже имел работу, размещенную в «Трудах Царского общества». Меж тем пора студенчества была для него совсем не безмятежной. Он рано лишился отца. И его неизменной заботой сделалось завоевание всяческих стипендий. Юный ученый лепил свою судьбу своими руками.
Он возник в лаборатории в 1880 г., скоро опосля праздничного посвящения в «бакалавры с различием». Для этого необходимо было сдать грозно-знаменитый кембриджский трайнос – многосложный экзамен. юный человек выдержал его искрометно.
Рэлей направил на него внимание сходу. Новейший исследователь был плодовит и неутомим, постоянно полон мыслях и весьма проницателен. 1-ая же его работа удостоилась научной премии имени астролога Адамса. Из нее следовала полная несостоятельность бытовавшего тогда представления о атомах как вихрях в эфире. Ученый будто бы расчищал строительную площадку для своей будущей модели атома – модели наиболее обоснованной, но еще пока очень туманной…
Словом, у Рэлея были весомые основания веровать в собственный выбор. Посреди кавендишевцев постоянно было много не плохих физиков. Но из их когорты рэлеевской поры никто, не считая новейшего управляющего, не стал со временем ученым мирового масштаба. О его правлении отлично произнес Оливер Лодж: «Как меньше знал бы мир, если б Кавендишевской лаборатории не было на свете; но как уменьшилась бы слава даже данной для нас прославленной лаборатории, если б сэр Дж.Дж.Томсон не был одним из ее директоров!»
А директорствовал он 30 5 лет бессменно – до 1919 г. Он создавал школу. Он делал открытия в физике и открывал физиков. Его равно прельщали фортуны ученого и фортуны учителя. Ему не много было Великобритании – хотелось, чтоб Кавендишевская школа стала мировой. Происшествия этому содействовали. Здесь действовала все та же «оборотная связь» меж наукой и историей. У рыбака оказалась сказочная сеть, и он смог доставить к берегу беспрецедентный улов.
История 2-ая
У лабораторного стола молчком работал человек в домашней куртке. Долготерпение в сутуловатом наклоне спины. Вкрадчивость опытных пальцев. 10-ки раз он проделывал эту простенькую операцию и знал: она не постоянно удается сходу. Досадовать было решительно не на что: минутка, две, и все будет в порядке.
Но иной человек – в приличном черном костюмчике, с обычной зоркостью наблюдавший за работой первого, был сейчас другого представления. в один момент он кинул на подоконник томную вересковую трубку и двинулся к столу. Поднял мощные ладошки томных рук и понес их впереди себя. Императивный глас его тоже был томным, как руки, и впечатляющим, как вся фигура. Перед данной для нас фигурой, покорствуя, расступалось место:
– Кроу, что вы там копаетесь! Давайте сюда – я сам…
человек в куртке разогнул спину и с удивлением поглядел на шефа. Молчком уступил пространство у лабораторного стола и молчком направился к подоконнику – собрать просыпавшийся из трубки табак. Но этот же императивный глас стукнул его сзаду:
– Не трясите стол!
– Что?! – в изумлении обернулся Кроу.
– Не трясите стол!
– Послушайте, сэр… – вскипел было Кроу, но сдержался: он вдруг узрел именитые руки. Они… дрожали. В первый раз за восемнадцать лет помощник узрел, что шеф чего-то не может. А тем временем опять раздалось грозно-беспомощное:
– Почему вы трясете стол?!
За восемнадцать лет помощник так и не научился распознавать приступы дурного настроения у шефа. Они были постоянно неожиданны, и им не находилось разумного разъяснения. На этот раз Кроу просто узрел причину. И неприметно придвинулся к столу. И по правде попробовал поколебать ногой громоздкое лабораторное ристалище. Шеф искоса посмотрел на помощника…
Позже шумно хлопнула дверь, и длительно стихали в коридоре томные шаги. Кроу стоял у окна, взвешивая на ладошки позабытую вересковую трубку, глядел на старенькые институтские камешки и ожидал, когда покажется фигура разъяренного шефа. Она возникла, и, как обычно, перед ней расступалось место. Но была в ней не размашистая разгневанность, а копотливая удрученность. Раскрыв окно, Кроу перегнулся через подоконник:
– Сэр! Вы запамятовали трубку!
Шеф тормознул. Поднял голову и поглядел непонимающе. Жестом показал: «Кидайте!» Этого Кроу не ждал. А жест повторился – уже нетерпеливый и императивный. И Кроу кинул. Шеф изловил трубку на лету, но не удержал в дрожащих ладонях. Наклонился поднять. Коснулся пальцами тротуара и развеселился от мысли, что нужно бы кликнуть кому-то: «Почему вы трясете Великобританию?!» Разогнулся и кивнул на прощанье Кроу. Позже усмехнулся про себя и двинулся далее по десятилетиями исхоженной улочке.
Так уходил один из 20 4 живущих рыцарей ордена «За награды» – лорд без аристократической родословной, барон без родовых поместий, 2-ой из 7 отпрыской безвестного новозеландского фермера и безвестной новозеландской учительницы, один из величайших создателей физики двадцатого века – человек, проникший в атом и в первый раз увидевший его строение, открывший атомное ядро и в первый раз его расщепивший, современник Альберта Эйнштейна, чуть ли не равный ему по величию и заслугам перед иными людьми.
Под вешним небом медлительно шел, удаляясь, лорд Резерфорд оф Нельсон – покидающий жизнь радостный и суровый человек с неправдоподобно дальних берегов пролива Кука…
В 1895 г. в Кембридже была официально учреждена типичная докторантура. Начинающий исследователь мог приехать откуда угодно. Томсоновская мечта о мировой школе физиков становилась реальностью. И весьма скоро в трехэтажном здании на тихой Фри-Скул-лэйн зазвучали юные голоса, говорившие по-английски с самыми нежданными упорами. Первым послышался новозеландский. Первым докторантом, перешагнувшим порог Кавендиша в октябре 1895 г., был Эрнест Резерфорд.
История 3-я
Ранешным сентябрьским с утра 1911 г. юный человек, погруженный в свои мысли, вдруг застигнул себя праздно стоящим около некий лавчонки. глаза его скользили по надписи на входной двери. В адресе торговой компании начертано было «Кембридж», и в один момент до его сознания дошло, что он вправду находится «в том самом Кембридже»! Весь денек – а это совсем не был денек его приезда – он бродил по старенькому городку и вечерком в дешевом пансионе миссис Джордж, где ему удалось устроиться, экзальтированно написал жене о собственном утреннем открытии. …Он сам избрал Кавендишевскую лабораторию. С какими надеждами готовился он к грядущей поездке! На это ушло все лето опосля защиты диссертации. Сознавая Ценность собственной работы по электрической теории, он был уверен, что в томсоновском Кембридже ее опубликуют.
Томсон представлялся ему величавым человеком. юный исследователь прочел, как утверждал потом, все его работы. И высочайше ценил те, что последовали за открытием электрона. В особенности посвященные модели атома. Древний Кембридж владел бы для него только музейной привлекательностью, если б его не ждали на улочке Фри-Скул-лэйн часы живого общения с Джозефом Джоном Томсоном. Так мог ли он не отправиться на эту улочку тотчас по приезду? И с открытой душой…
…В минутки первой же их встречи он положил перед Томсоном заместо собственной диссертации томсоновскую статью с отмеченными в тексте томсоновскими ошибками и отрадно указал на их мэтру: «Не правда ли, сэр Джозеф, как принципиально, что ошибки обнаружены!» Через 10 с излишним лет Петр Леонидович Капица услышал в Кавендише другую историю. юный Нильс Бор, нетвердый в британском, просто произнес: «Сэр Джозеф, вот здесь вы написали тупость!»
Быть может, сиим разъяснялось все происшедшее позже?
А пока… Пока приветливо-разговорчивый Дж. Дж. сразил двадцатишестилетнего Бора так же просто, как в свое время двадцатичетырехлетнего Резерфорда.
«Томсон восхитил меня…» –это Резерфорд в 1895-м – жене Мэри Ньютон.
«Я узрел вправду величавого человека…» – это Бор в 1911-м – жене Маргарет Норлунд.
А через денек-два, когда его диссертация погрузилась в конце концов в застарелую путаницу бумаг и книжек на томсоновском столе, ушло экзальтированное письмо брату: «…Я лишь что дискутировал с Дж.Дж.Томсоном… Он был весьма мил со мной… и пригласил меня отобедать в воскресенье в Тринити-колледже. Там он собирается повести разговор о моей рукописи…»
Они отобедали. Но Томсон разговора не повел. И через недельку тоже. И через две недельки тоже. И через месяц. В душе Бора возникло чувство бесплодно проходящего времени. Заглянув в кабинет Томсона, он, обычно растерянный к мелочам, с зоркостью, обостренной ожиданием, тотчас обусловил, что его рукопись лежит на прежнем месте в окружении все тех же бумаг… Оптимизму было надо отыскать новейшую опору – прежняя начала ускользать. Именно тогда-то Бор узрел Эрнеста Резерфорда.
Резерфорд приехал из Манчестера, где опосля Монреаля с 1907 г. возглавлял кафедру в институте Виктории. Он гласил много, и о нем гласили много. Японский теоретик Нагаока писал: «Мне представляется гением тот, кто может работать со настолько простым оборудованием и собирать настолько богатую жатву». Японец сначала 1911 г. посетил Манчестер и лицезрел ту установку, с которой «все, в сути, и началось». Раскрылось: при бомбардировке листка золотой фольги не все альфа-частицы пронизывают ее насквозь – другие отбрасываются назад! Даже Резерфорд позже гласил: «…То было практически настолько же неправдоподобно, как если б вы произвели выстрел по клочку папиросной бумаги пятнадцатидюймовым снарядом, а он возвратился бы вспять и угодил в вас».
Резерфорд пришел к заключению: в глубинах атома есть мощная заряженная сердцевина. Но из-за ее малости лишь редчайшие частички прицельно попадают в нее, чтоб отразиться вспять. Существование атомного ядра было бесспорным. Но только в конце 1910 г. Резерфорд своим «огромным» голосом объявил в манчестерской лаборатории: «Сейчас я понимаю, как смотрится атом!»
Смотрелся атом, как солнечная микросистема: с положительным ядром в центре и отрицательными электронами на планетных орбитах вдалеке от ядра. По традиционным законам, такое устройство было нереально: вращение вынуждало бы электроны, в согласии с законами Максвелла, безпрерывно источать энергию, а утрата энергии, в согласии с законами Ньютона, приводила бы к их неизбежному падению на ядро. Резерфорд узрел обреченный атом. И предупредил теоретиков: «Вопросец о стойкости предлагаемого атома на данной для нас стадии не следует подвергать рассмотрению…» Возник на теоретическом уровне противозаконный, но экспериментально обоснованный планетарный атом.
Возможность заговорить о богатой жатве представилась всем. Но данной для нас возможностью никто из теоретиков не пользовался. И даже на том кавендишевском обеде, в октябре, слова атомное ядро и планетарный атом не обременяли дружественных речей. …Поначалу чинно посиживали за столами. Пили обычный портвейн и слушали завидные мемуары ветеранов. Позже, сменив английскую сдержанность на английскую непринужденность, встали на стулья, скрестили по-детски руки и запели шутливые лабораторные песенки. И Томсон стоял на стуле. И Резерфорд стоял на стуле. И Бор стоял на стуле. Он не пел совместно со всеми, за неведением слов и мелодий, зато улыбался смущенно и счастливо. Его оптимизм вдруг обрел новейшую опору.
Бор во все глаза глядел на Резерфорда. Но не поэтому, что успел плениться его новенькими мыслями. Ну и был еще увлечен томсоновской моделью. Кажется, Дж.Дж. сам выдумал для нее смачное сопоставление: атом похож на кекс – негативно заряженные электроны-изюминки инкрустированы в положительно заряженное тесто. Оно заполняет все атомное место. Но с сиим «положительно наэлектризованным местом» ничего неплохого не выходило. Вот и крайние опыты резерфордовцев: от рыхловатого атома с массой, размазанной по всему размеру, альфа-частицы не могли бы отражаться вспять…
Кавендишевец Рэлей-младший убеждал, что Томсону и самому не весьма нравилась его модель. Но чужие идеи уже не возбуждали в нем энтузиазма, а критика уже не потряхивала внимания. сейчас, через 20 семь лет опосля начала собственного кавендишевского «отцовства», он всекрете выдал для себя охранную грамоту на вариант всех притязаний «деток»: «…Юным людям не следовало бы высказывать всякую всячину. Я понимаю о данном предмете еще больше, чем они, и я уже обмозговал все…»
Это слова не самого Дж.Дж. Так в 1962 г., рассказывая историкам о дальнем прошедшем, определил за Томсона его психическую позицию старенькый Нильс Бор. А юный Бор в часы кавендишевского обеда всего этого еще не осознавал. По его признанию, на него произвела тогда глубочайшее воспоминание сама Личность Резерфорда. И чувство уже давало подсказку ему, что он будет находить новейшей встречи с сиим человеком.
Их не познакомили во время обеда… Вышло это в уютной домашней обстановке в Манчестере, в семье доктора физиологии (Физиология от греч. — природа и греч. — знание — наука о сущности живого) Лоуренса Смита, в ситуации, уравнивающей собеседников. Так, при наименьшем содействии варианта в конце ноября 1911 г. свела их жизнь. Свела для того, чтоб две катастрофы – планковский квант и резерфордовский атом – соединились в единый взрыв осознания, чтобы физикам сделалось ясно кое-что принципиальное о настоящих причинах вещей.
Оставалось попрощаться с Кембриджем. Слух о отъезде Бора возбудил недоумение у кавендишевцев. Как и Томсон, они его «прозевали»: отправляясь на вокзал в одиночестве, Бор не покидал на берегах Кема никого, кто успел бы стать для него реальным другом. Через четверть века, в 1936 г., восьмидесятилетний Дж.Дж. опубликовал свои обширные «Мемуары и размышления». В книжке был параграф «Нильс Бор». 10 строк сдержанно-безличного признания наград Бора в построении теории атома…
Быть может, Томсон все запамятовал? Либо ощутил, что сиим мемуарам лучше не предаваться?
18 марта 1912 г. Резерфорд написал из Манчестера старенькому другу: «Бор, датчанин, покинул Кембридж и возник тут…»
Опосля того как на самом рубеже XIX–ХХ вв. – в 1900 г. – пятидесятитрехлетний доктор из Берлина Макс Планк в первый раз произнес слово квант, в физику вошло странноватое представление о типичных атомах электромагнитной энергии. свет стал подобен остальной материи. Дробность строения заместо непрерывности. В рамках традиционной физики осмыслить эту новость не удавалось. И недозволено было питать надежду, что в традиционном мире найдется легитимное пространство для новейшей всепригодной неизменной, открытой Планком. Почти все физики тогда еще считали, что она не наиболее чем измышленная величина, родившаяся в теоретических снах. Планк недаром именовал новейшую константу «загадочным послом из настоящего мира».
Каковой же он, этот настоящий мир? Как устроены недра материи, откуда явился сей загадочный засол? Все задавали друг другу вопросцы – личные и общие. И чем содержательней был вопросец, тем наименее удовлетворителен ответ. А пока… Пока дела складывались непревзойденно. Обнаружив осознание и сострадание, Бор отыскал себя. 12 июня ушло знаменательное письмо к брату Харальду: «Я начал разрабатывать небольшую теорию, которая… может быть, прольет некий свет на ряд заморочек, связанных со структурой атомов…»
«Малая теория» надежно привязала его к столу. Суток вдруг закончило хватать для работы. Он стал добровольческим затворником. Много лет спустя, памятуя Резерфорда, Бор написал: «В раннюю пору моего пребывания в Манчестере… я пришел к убеждению, что строение электрического роя в резерфордовском атоме управляется квантом деяния (неизменной Планка…)»
Но далековато не торным оказался путь от правильно угаданного принципа до жизнестойкой теории. Бор гласил, Резерфорд молчал. Он не желал вникать в математические подробности, а физическими не был удовлетворен. Но Бор не услышал: «Ступайте-ка домой, мой мальчишка». Не считая антирезерфордовского совета «не торопиться», Бор услышал полностью резерфордовское напутствие: кинуть возню со сложными атомными системами, а отдаться простейшей – водородному атому… Прощались они недолго, и смотрелось это так, буквально Бор никуда не уезжал, а лишь оставлял на четверть часа аудиторию, так как прозвучал звонок на перемену…
Возвращение из Великобритании в осеннюю пору 1912 г. сделалось для Бора памятным рубежом. сейчас у него возникла должность в Копенгагенском институте: помощник доктора Кнудсена. Но доктор ощущал с первого денька: его помощник, присутствуя, в реальности отсутствует. И спустя некое время он согласился – по требованию Бора – предоставить его себе… Меж 3 и 5 февраля 1913 г. в историю физики на минутку заглянул товарищ Бора по студенческим занятиям – Ханс Мариус Хансен. Бор гласил, что Хансен оказался тогда в Копенгагене «единственным физиком, которому увлекательны были эти вещи». И обеспечивающий ток крови (внутренней средой организма человека и животных) по кровеносным сосудам»>сердечко его новейшего слушателя-спектроскописта дрогнуло от надежды…
– А диапазоны? – вдруг задал вопрос Хансен. – Как твоя теория разъясняет спектральные формулы?
– Спектральные формулы?!
– Для тебя нужно поглядеть эти формулы. Ты узреешь, с какой восхитительной простотой они обрисовывают диапазоны!
– Я посмотрю…
Они попрощались…
Школьному учителю, швейцарцу Иоганну Якобу Бальмеру было шестьдесят лет, когда в 1885 г. он опубликовал свою формулу – плод величавого долготерпения. Он не знал о устройстве атома ничего и располагал только таблицей данных о длинах световых волн в диапазоне водорода. Но, увидев эту формулу, Бор уже не мог от нее оторваться. А Леон Розенфельд заверил: «Он гласил мне не раз: “Как я узрел формулу Бальмера, все немедля прояснилось передо мной”».
Что все-таки узрел Бор? Лестницу разрешенных Природой уровней энергии в атоме. Двигаться по таковой лестнице можно было только со ступени на ступень. Задержаться меж ступенек Природа не позволяла. Не считая электрона некоторому быть ее строителем. И не считая его планетных орбит нечему служить ее ступенями. Лестница разрешенных уровней энергии увиделась как сеть допустимых электрических орбит. Чем далее от ядра пролегает орбита – тем выше энергия атома. Чем поближе к ядру, тем ниже энергетическая ступень. На каждой из их, до момента испускания кванта электрон вопреки классике ничего не испускает. А в момент испускания он сваливается вниз, и его подхватывает иная, наиболее близкая к ядру орбита. И он начинает сейчас вращаться на ней, опять не излучая. А квант покидает атом в процессе самого перескока электрона. И лишь от глубины падения с орбиты на орбиту зависит величина улетающего кванта – его частота. Либо цвет спектральной полосы. Посреди орбит электрона есть 1-ая. Ниже – ядро. С данной для нас нижней орбиты электрону некуда падать. И он может вращаться на ней пожизненно. Ее радиус и задавал обычный размер атома.
…Он явился в отлично знакомый дом на Уилмслоу-роуд прямо с вокзала. Резерфорды были в тот будний вечер не одни. У их тормознул давнешний друг из Монреаля – доктор Ив. Имя Бора ничего не произнесло Ветлу. И оттого ему в особенности запомнилась поспешность, с какой владелец тотчас увел юного гостя к для себя в кабинет… Все следующее происходило без очевидцев. время уходило вечер за вечерком. Но навряд ли это истязало обоих. Им сладостно было напрягать свои головы размышлениями о настоящей природе вещей. И оба навечно запомнили те вечера, те мартовские вечера, в которые у их было довольно оснований не щадить времени.
…Меж тем кончился март, начался апрель. Ветер над Северным морем изо всех сил возвещал весну. И в совсем вешнем настроении ворачивался домой доктор философии Копенгагенского института Нильс Бор. Помеченная датой 5 апреля 1913 г. и снабженная благословением члена Царского общества Резерфорда, 1-ая его статья о квантовой конституции атома уже держала путь в редакцию «PhilosophicalMagazine». Знал ли он, что эта статья станет началом новейшей эры в теоретическом зании микромира? Наверное!
«Краем правды» именовал Эйнштейн то, что ему раскрылось в Природе. «Куском действительности» именовал Бор то, что Природа открыла ему.
Литература
1. Д. Данин. Нильс Бор//Серия ЖЗЛ. – М.: Юная гвардия, 1978.
2. Д. Данин. Резерфорд//Серия ЖЗЛ. – М.: Юная гвардия, 1966.
3. Д. Данин. Резерфорд и Бор. – Природа, 1966, № 4, 5.
4. Лоуренс У. люди и атомы. – М.: Атомиздат, 1966.
5. Капица П. Мои мемуары о Резерфорде. – Новейший мир, 1966, № 8.
]]>