Покоренный электрон

Когда морская волна накатывается на песчаный пляж, прибрежный песок, накрытый волной, сразу становится мокрым. Не может быть такого положения, чтобы при этом одна песчинка намокла, а другая, лежащая рядом, осталась бы сухой. Так бывает только, когда начинается дождь. Песчинки, на которые упали первые капли, намокают, а остальные остаются сухими до тех пор, пока на них в свою очередь не упадут дождевые капли.

В окрашенной ткани распределены мельчайшие частицы — молекулы краски, которые можно уподобить песчинкам на берегу. На окрашенную ткань падает свет. Под его воздействием частицы краски разрушаются — краска выцветает. И всем прекрасно известно, что частицы краски распадаются не сразу, не одновременно, а по очереди, постепенно. Чтобы обложка тетради полностью выцвела, ей надо пролежать на солнце несколько месяцев. Словом, свет действует на частицы краски не как накатившаяся волна, а как капли дождя. Только прямое попадание световой «капли» — фотона раскалывает молекулу краски, а бесчисленное множество фотонов пролетает мимо молекул, не причиняя им никакого вреда.

«Капельность» света наблюдал и Столетов, исследовавший явление фотоэффекта. Только благодаря «капельности» света возможны фотография и кино. Сотни примеров подтверждают вывод о прерывистой природе света.

Световые волны оказались не только волнами, но и частицами, а электроны — не только частицами, но и волнами.

Тут, конечно, было над чем призадуматься.

И некоторые физики поспешили объявить электроны не частицами вещества, а чем-то промежуточным между веществом и светом. Но это предположение только глубже заводило физику в тупик.

Ученые наблюдали движение потоков не электронов, а более тяжелых частиц — протонов, то есть ядер водородных атомов. В их вещественности уж никто сомневаться не мог. Мощным электрическим полем разгоняли протоны до очень большой скорости. Оказалось, что и они при этом тоже проявляют волновые свойства.

И тогда пришлось признать, что между светом и веществом, которые так непохожи друг на друга, есть много общего: то и другое обладает свойствами и волн и частиц.

Более того, оказалось, что свет обладает массой. Собственно говоря уже из опытов знаменитого русского ученого . Н. Лебедева, доказавшего, что свет давит на те предметы, на какие он падает, следовало вывести такое заключение. Но всеобщее признание оно получило несколько позже.

Единство мира в его материальности

В наше время уже не только установлен самый факт существования массы света, но и найден точный способ вычисления этой массы. Так, например, подсчитано, что Солнце посылает на Землю каждую секунду около двух килограммов света.

«Существующий материальный мир — движущаяся материя— представляется нам в двухосновных формах — как вещество и свет», — говорит академик С. И. Вавилов.

Свет — одна из форм движущейся материи. В этом смысле вещество и свет едины. Но между ними есть и существенное различие.

Частицы вещества — электроны, протоны, нейтроны, атомы, молекулы — так же как и большие тела, могут двигаться, как с очень малыми, так и с большими скоростями. Ограничение для них одно — они не могут достигать скорости света.

Частицы света — фотоны — наоборот в вакууме могут двигаться только с одной скоростью — со скоростью света, около 300 000 километров в секунду.

Частицы вещества обладают определенной массой даже при самом медленном движении. Так, например, «масса покоя» электрона равна 9,106•10^-28 грамма.

Фотон же, частица света, «массы покоя» не имеет. Вся его масса связана с его колоссальной скоростью.

Правда, масса любой частицы вещества зависит от ее скорости и возрастает с увеличением скорости. Но вещество не теряет своей «основной» массы даже в состоянии относительного покоя, а фотон вообще не может существовать, не двигаясь с огромной скоростью. Электрон в сильном электрическом поле можно разогнать до скоростей, близких к скорости света. Опыт показал, что масса его при этом действительно сильно возрастает.

Электрон неисчерпаем

Чем дальше идут исследования, тем больше нового мы узнаем об электроне. И никто не может сказать, что сведения об электроне полностью исчерпаны. Каждое углубленное исследование приносит еще что-нибудь новое, остававшееся до сих пор неизвестным. Сумма знаний об электроне непрерывно увеличивается.

Примерно 20 лет назад было обнаружено существование «родного брата» электрона — частицы, равной электрону по массе и по величине электрического заряда, но обладающей не отрицательным зарядом, а положительным. Такой положительный электрон получил название «позитрон».

Позитрон, так же как и электрон, рождается при ядерных реакциях, когда атомы одного элемента превращаются в атомы другого элемента, но в отличие от нашего старого знакомого — обычного электрона, позитрон очень недолговечен.

Его жизнь обычно исчисляется малыми долями секунды. Он существует только до встречи с электроном.

На рисунке 119 представлена редкая фотография, на которой удалось снять момент рождения электрона и позитрона в магнитном поле.