воскресенье, 9 декабря 2012 г.

Что физике принес XX век?

"... теперь он знает, как выглядит атом..."- так о великом открытии в физике века двадцатого, совершенном в 1911 году  Эрнестом Резерфордом, в письме к Джеймсу Чедвику писал Ганс Гейгер. Верно, одним из фундаментальных учений физики является учение о строении вещества. О том, как тысячелетиями  человек постигал тайны строения вещества, какие открытия  совершал на этом пути до века двадцатого - читай... 
Наступил двадцатый век.
Совсем недавно открытое Анри Беккерелем явление радиоактивности первое десятилетие нового века изучают Эрнест Резерфорд и супруги Кюри. Они первыми с удивлением наблюдают, как часть лучей, исходящих от радия, при попадании в магнитное поле, отклоняется от прямолинейной траектории. Резерфорду и Содди  удается в более мощном, чем в исследованиях Кюри, магнитном поле "разделить" доселе прямолинейно двигавшиеся лучи на две части. Так обнаружили сегодня хорошо изученные альфа-лучи, бета-лучи и гамма-лучи.  Ученик Резерфорда, позднее академик П. Л. Капица вспоминал, что особую ценность в таких исследованиях для Резерфорда и для великих открытий в физике представляли установки для экспериментов, выполненные своими руками из подручных материалов.
Страницы жизни и деятельность Э. Резерфорда - смотри
Особый интерес для Резерфорда представляли альфа-частицы, испускаемые радием, способные, как  тяжелые снаряды "обстреливать" атомы других элементов. Он, описывая поведение альфа-частиц, проходивших через золотую фольгу, и наблюдая, как массивные частицы
отклонял "...кусок папиросной бумаги", отметил:  "это была самая невероятная вещь, которая произошла за всю мою жизнь"!  Такие результаты дали физике в начале двадцатого века убедительно подтвержденную экспериментально модель строения атома!  Теперь из опытов по рассеянию альфа-частиц можно было определять природу материала - "мишени", а исследователи получили новый метод химического анализа - ядерный. Результаты экспериментов позволили физикам внести уточнение в формулировку Периодического закона: химические свойства элементов  находятся в периодической зависимости не от атомной массы, а от электрического заряда томов!
Исследования Резерфорда позволили оценить размеры и  массу самого  маленького ядра - водорода, которое оказалось в 1836,1 раза тяжелее электрона.
Возникший после этих открытий вопрос "что же удерживает электрон от падения на ядро в атоме?" мог  стать препятствием дальнейшему развитию физики, если бы не поверил в логику выводов Э. Резерфорда Нильс Бор. В  1913 году он опубликовал результаты своих размышлений и расчетов, известных в физике как постулаты Бора. Он сумел рассчитать радиусы "разрешенных" орбит и определить, волны  какой длины  будет испускать данный атом. Расчеты Н. Бора полностью подтверждались спектрами испускания возбужденных атомов водорода, измеренными Я. Бальмером еще в 1885 году.
Так исследования физиков в начале века двадцатого "раскрыли" химикам  глаза на строение электронных оболочек атома, сформировав физическую основу Периодического закона Д. И. Менделеева.
Как "увидеть" и зафиксировать движение быстрых заряженных частиц? В 1908 году Ганс  Гейгер придумал газоразрядный прибор для автоматического подсчета числа попавших в него ионизирующих частиц, который  усовершенствовал Мюллер. Чарльз Вильсон в 1910 (1912) году изобрел "туманную" камеру, известную в физике как камера Вильсона, действие которой позволяло фотографировать движущиеся заряженные частицы. Ответ на вопрос был найден, а в физике появились "трековые" приборы.
В 1927 году советские ученые Петр Капица и Дмитрий Скобельцын первыми поместили  камеру в сильное магнитное поле, искривляющее треки движущихся заряженных частиц, что позволило физикам приступить к  исследованию количественных характеристик частиц, например, массы и скорости,  частицы.
Так усилиями физиков-экспериментаторов многих стран начало прошлого века стало началом века ядерной физики, развитие которой сегодня позволяет проникать  в тайны микромира.


1 комментарий:

  1. Любовь Ивановна! Читала статью и будто бы вернулась на полтора десятка лет назад - в школу. Вспомнила своего учителя физики, ответы и задачи.
    Спасибо, что пропагандируете эту сложную науку.
    Блог изменил фон, появились новогодние мотивы, чувствуется приближение праздника. Часики очень симпатичные!
    Кононенко Н.

    ОтветитьУдалить