Покоренный электрон

Две горизонтальные металлические пластины, разделенные воздушным промежутком, составляли главную часть прибора для измерения заряда. В верхней пластине имелось небольшое отверстие. С одной стороны воздушный промежуток между пластинами освещала обычная электрическая лампочка, с другой стороны стояла лампа — источник ультрафиолетовых лучей. Эта лампа имела заслонку, чтобы открывать ее на короткое время.

Спереди был пристроен микроскоп, через который можно было наблюдать все, что будет происходить во время опыта в промежутке между пластинами (рис. 40).

Рис. 40. Схема прибора, построенного академиком А. Ф. Иоффе для измерения заряда электрона.

К пластинам была приложена определенная разность потенциалов, причем верхняя пластина соединялась с положительным полюсом батареи, а нижняя — с отрицательным. Напряжение на пластинах можно было регулировать по желанию, то есть увеличивать или уменьшать так, как это могло бы потребоваться по ходу предстоящего опыта.

После проверки работы всех частей прибора А. Ф. Иоффе приступил к измерению. В промежуток между пластинами через отверстие в верхней пластинке вдули некоторое количество тончайших ртутных капелек.

Капельки рассеялись по всему воздушному промежутку и под действием силы тяжести медленно, плавно начали оседать на нижнюю пластину.

Иоффе включил напряжение. Между пластинами образовалось электрическое поле. Тотчас же капельки, которые обладали положительным зарядом,[14] стремительно понеслись вниз к отрицательно заряженной пластине, а капельки, имевшие отрицательный заряд, стали подниматься вверх, притягиваясь к положительно заряженной пластине.

Среди отрицательно заряженных капелек имелось несколько таких, которые почти недвижимо висели в воздухе, — не опускались и не поднимались.

Чтобы совсем остановить движение одной отрицательно заряженной капельки, Иоффе так подобрал разность потенциалов между пластинами, что притяжение верхней пластины точно уравновесило вес капельки. Отрицательно заряженная капелька повисла в воздухе совершенно неподвижно.

Желая убедиться, что капелька сама по себе ни опуститься ни подняться не может, Иоффе держал ее во взвешенном состоянии несколько суток, и она висела, словно привязанная невидимой ниточкой.

Перед началом опыта Иоффе записал разность потенциалов на пластинках, которая удерживала капельку во взвешенном состоянии, а затем на мгновение приоткрыл заслонку на ультрафиолетовой лампе. Лучи пронизали воздушный промежуток между пластинами и вырвали из капельки несколько электронов (вспомните опыт Столетова), заряд капли изменился, и она полетела вниз.

Иоффе увеличил напряжение на пластинах, подтянул капельку на прежнее место и опять заставил ее висеть неподвижно.

Затем он приоткрыл заслонку на ультрафиолетовой лампе, и снова лучи согнали с капельки несколько электронов, капелька стала падать, но Иоффе подтянул ее и уравновесил.

В третий раз ученый открыл заслонку, и в третий раз ультрафиолетовые лучи согнали с капельки несколько электронов, а Иоффе опять вернул ее на старое место. Так он повторял эту операцию до тех пор, пока никакое изменение напряжения на пластинах уже не могло удерживать капельку во взвешенном состоянии, и она падала, повинуясь только земному тяготению.

Притяжение положительно заряженной пластины перестало оказывать на нее свое влияние. Это означало, что ультрафиолетовые лучи лишили капельку ее заряда, электроны покинули капельку.

Капельке дали спокойно упасть, а через отверстие в верхней пластине впустили новую порцию капелек. Среди них выбрали одну, удержали ее в неподвижном состоянии, и опыт начался сначала.

В конце концов и вторая капелька, лишившись заряда, опустилась вниз; ее заменили, опыт продолжался. Только большое число одинаковых опытов могло дать надежный результат.

Проходили дни за днями. Щелкала заслонка, открывая и закрывая путь ультрафиолетовым лучам.

Через поле зрения микроскопа прошло несколько сот капель. В лабораторном журнале выстроились длинные столбцы цифр. Число измерений достигло нескольких сотен.

И среди этих измерений ни разу не случалось, чтобы заряд, выбиваемый из пылинки, оказался меньше совершенно определенной величины.

Заряд уходил всегда только целыми порциями, и этих порций было либо одна, либо две, либо три, четыре, пять, но ни разу заряд не уменьшился на полпорции или на полторы или на две с половиной.

Таким образом было установлено, что электрический заряд уходит только в виде определенных порций отрицательного электричества, то есть в виде электронов.

Работа продолжалась. Вместо ртутных капелек стали вдувать цинковые пылинки и пылинки других веществ, и всегда электрический заряд покидал пылинку одинаковыми порциями. Это означало, что «цинковый» электрон ничем не отличается от «медного». Заряд электрона, выбитого из золотой пылинки, нисколько не больше и не меньше заряда электрона, выбитого из железной пылинки. Все электроны — одинаковы.