Опыт резерфорда


Иными словами, ж ивой образ н у жен х удож ник у и поэту, а математику или физику он ни к чему. Однако сами ученые с этим не согласились. На мнение Адамара мы уже ссылались, а вот что писа л по этому поводу А льберт Эйнштейн: "Слова, написанные или произнесенные, не играют, видимо, ни малейшей роли в механизме моего мышления.

Психологическими элементами мышления являются некоторые более или менее ясные знаки или образы". Далее создатель теории относительности поясняет, что слова приходят тогда, когда нужно передать мысль другому, а образы, которыми он мыслит, чаще всего зрительные и ли двигательные, в редк их слу чаях слу ховые. Обычное мышление, с точки зрения Эйнштейна, мало чем отличается от сугубо научного: в нем тоже преобладают двигательные и зрительные образы.

Итак, словесная рефлексия приходит уже после рождения мысли, а сама мысль лишена вербального (или какого-либо иного символического) содержания и облечена первоначально в образную ткань. Сегодня с этим утверждением согласно большинство психологов. В качестве примера можно привести историю создания так называемой планетарной модели атома, автором которой является выдающийся английский физик Эрнест Резерфорд (18711937). В наши дни каждый школьник, если он не закоренелый двоечник, скажет, что атом любого химического элемента есть стандартная конфигурация, состоящая из атомного ядра, в свою очередь построенного из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов, и отрицательно заряженных электронов, которые вокруг этого ядра крутятся. Плюс на минус дают в итоге ноль, поэтому атом в целом электрически нейтрален.

Справедливости ради следует сказать, что сия модель не более чем бледная тень реальных внутриатомных процессов, изысканная метафора, ибо атомное ядро ничуть не похоже на центральное светило нашей системы, да и электроны, описывающие всевозможные кривые вокруг атомного ядра, можно уподобить планетам с очень большой натяжкой. Всякая элементарная частица (а электрон частица в высшей степени элементарная) сочетает в себе корпускулярные и волновые свойства. Перетолковав на свой лад эту максиму, популяризаторы от физики заговорили о дуализме свойств, изначально присущих всему населению микромира. И нельзя сказать, чтобы они сильно погрешили против истины, поскольку электрон действительно ведет себя как заправский фокусник, в мгновение ока меняющий обличье: то обернется волной, а то от души продемонстрирует свои корпускулярные свойства.

На самом деле всему виной наши удушливые стереотипы, которые имеют к природе вещей самое косвенное отношение. Электрон не является ни волной, ни частицей, поскольку изнанка вещей творилась не под человека; электрон всего-навсего электрон, двуликий Янус, ведущий себя так, как ему предначертано. В одних случаях он выступает как частица, а в других как волна, оставаясь при этом непостижимой вещью в себе с фиксированной массой, отрицательным зарядом и полуцелым спином.
Однако мы отвлеклись. Идея о том, что атом (в буквальном переводе с греческого "неделимый") есть первооснова всего сущего, а вся материя состоит из мельчайших и неизменных частиц, пребывающих в бесконечном движении, родилась за много веков до нашей эры. Ее разделяли такие выдающиеся античные мыслители, как Левкипп, Демокрит и Эпикур, но поскольку античная наука была насквозь спекулятивной и бежала эксперимента, толку от этих упражнений в суесловии было чуть.

К концу XIX столетия, когда Джозеф Джон Томсон (18561940), физик из Тринити-колледжа в Кембридже, открыл электрон, стало понятно, что атом имеет сложную внутреннюю структуру и не является элементарным кирпичиком мироздания. Но как электроны и протоны (нейтрон был открыт только в 1932 году другим английским физиком, Джеймсом Чэдвиком, 18911974) располагаются в атоме друг относительно друга, было совершенно неясно. Уильям Томсон, лорд Кельвин (18241907) счита л атом сферическим образованием, по всему объему которого равномерно распределен положительный заряд, а внутри сферы в статическом равновесии находятся отрицательно заряженные электроны.

В 1911 году Резерфорд предложил планетарную модель атома.
Опыт Резерфорда был сравнительно прост. Он обстреливал тончайшую золотую фольгу пучком альфа-частиц, летящих со скоростью 20 000 километров в секунду. Альфаизлучение это массивные положительно заряженные частицы, испускаемые некоторыми нуклидами в процессе радиоактивного распада. Резерфорда занимал вопрос, насколько сильно отклонятся частицы, пройдя через золотую фольгу.

Картинка получилась весьма любопытная. Как и следовало ожидать, большая часть альфа-частиц прошла навылет, практически не отк лонившись или отклонившись на незначительный угол в 23 градуса. Но некоторые частицы отклонялись гораздо заметнее на 90 градусов и больше, а отдельные немногие и вовсе отскакивали назад, как отлетает от стены брошенный мяч.

Складывалось впечатление, что атомы тончайшей пленки могут быть серьезным препятствием на пути стремительно летящих массивных альфа-частиц. Это казалось совершенно невероятным: с таким же успехом можно было предположить, что лист ватмана способен остановить винтовочную пулю.
И тут Резерфорда вдруг осенило. Он воспользовался примером, что называется, из другой оперы представил, как ведет себя комета в окрестностях Солнца. Попав в мощное гравитационное поле нашего светила, она может сильно изменить траекторию полета, сделать, например, виток и удалиться от Солнца в самом неожиданном направлении. С другой стороны, гравитационное взаимодействие между объектами микромира настолько мало, что его вряд ли имеет смысл принимать во внимание.

Тогда, быть может, внутри атома действуют какие-то другие силы, например электромагнитные? Альфа-частица действительно заряжена положительно, но вот беда: сам-то атом электрически нейтра лен! А что если внутриатомный заряд распределен неравномерно? Ведь комета тоже взаимодействует не со всей Солнечной системой, а только с ее центральным звеном Солнцем.

И Резерфорд догада лся, что непротиворечиво объяснить результат эксперимента можно только одним-единственным способом. Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, которые вокруг ядра вращаются, как планеты вокруг Солнца. Причем атомное ядро много меньше атома в целом (как и Солнце значительно меньше Солнечной системы), хотя почти вся масса атома сосредоточена как раз в атомном ядре.

Поэтому те альфа-частицы, которые пролетели вдали от ядра, почти не подверглись его влиянию, а вот частицы, захваченные ядром, отк лонились очень сильно. А поскольку атом, за исключением ядра, практически пуст, количество ощутимо отклонившихся частиц было весьма незначительным.
Сегодня мы знаем, что размер атома составляет в среднем 10 8 см, а размер атомного ядра 1013 см. Разница на пять порядков, то есть в сто тысяч раз! Заряды протона и электрона противоположны по знаку и равны в абсолютном выражении, а вот масса протона превосходит массу электрона в 1836 раз.

В электрически нейтральном атоме число протонов соответствует числу электронов, но протоны собраны в исчезающе малом объеме (а ведь там еще есть нейтроны, превосходящие электроны по массе примерно на ту же самую величину), в то время как электроны распределены по всему атому. Таким образом, положительный заряд и почти вся масса предельно сконцентрированы, а отрицательный заряд распылен, "размазан" по всему пространству крохотной системы.
Разумеется, планетарная модель атома, предложенная Резерфордом в начале XX века, не осталась неизменной до сегодняшнего дня. Первые серьезные поправки в нее внесли датский физик Нильс Бор (18851962) и швейцарский физик Вольфганг Паули (19001958). С течением времени атом все меньше и меньше напоминал Солнечную систему. Во второй половине прошлого века выяснилось, что нуклоны атомного ядра (современная физика считает, что протон и нейтрон это два зарядовых состояния одной и той же частицы нук лона) вовсе не исходные кирпичи мироздания, а построены в свою очередь из особых субъядерных частиц кварков. Этот термин при д у ма л Мюррей Гелл-Манн (р.

1929), теоретик из Калифорнийского технологического института, позаимствовавший звонкое словечко у Джеймса Джойса, автора заумной вещи "Поминки по Финнегану". В 1969 году за исследование кварков Гелл-Манн был удостоен Нобелевской премии.
Хотя сегодня нам прекрасно известно, что реальный электрон совсем не похож на планету (если его и можно с чем-то сравнить, то скорее с неким размытым облаком, обладающим сложными свойствами), это ничуть не умаляет ценности предложенной Резерфордом модели. Не подлежит сомнению, что сам английский ученый в полной мере отдавал себе отчет в приблизительности собственной аналогии, хотя не имел понятия ни о принципе неопределенности Гейзенберга, ни тем более о кварках Гелл-Манна.
Продуктивное мышление непременно начинается с живого чувственного образа. Так уж устроен наш ум: сталкиваясь с непривычным, мы стремимся облечь его в одежды привычного, придать наглядность, и малопомалу непривычное теряет свою непредставимость.



Содержание  Назад  Вперед