Реформы 90-х годов XX века в странах Восточной Европы. Опыт мирового кооперативного движения

Четвертая научная революция (конец XIX–XX вв.) ознаменовалась проникновением в глубь материи и созданием теории относительности в квантовой механике. Так, Антуан Анри Беккерель (1852–1908) открыл явление самопроизвольного излучения урановой соли. В последующем Пьер Кюри (1859–1906) и Мария Склодовская-Кюри (1867–1934) открыли новые элементы, также обладающие свойством испускать «беккерелевы лучи» (полоний и радий), т. е. радиоактивностью.

В 1897 г. в лаборатории Кавендиша в Кембридже при изучении электрического разряда в газах (катодных лучей) Джозеф Джон Томсон (1856–1940) открыл первую элементарную частицу – электрон. В опытах по измерению заряда электрона и получению отношения этого заряда к массе было обнаружено совершенно необычное явление зависимости массы электрона от его скорости. Уяснив, что электроны являются составными частями атомов всех веществ, Дж. Дж. Томсон предложил в 1903 г. первую (электромагнитную) модель атома. Согласно этой модели отрицательно заряженные электроны располагаются определенным образом (как бы «плавают») внутри положительно заряженной сферы. Сохранение электронами определенного места в сфере есть результат равновесия между положительным равномерно распределенным ее зарядом и отрицательными зарядами электронов.

В 1911 г. Эрнест Резерфорд (1871–1937) предложил свою модель атома, которая получила название планетарной. В результате экспериментов было обнаружено, что в атомах существуют ядра – положительно заряженные микрочастицы, размер которых очень мал по сравнению с размерами атомов. Но масса атома почти полностью сосредоточена в его ядре. Резерфорд утверждал, что атом подобен Солнечной системе: он состоит из ядра и электронов, которые обращаются вокруг него.

Нильс Бор (1885–1962) предложил свое представление об атоме, основанное на квантовой теории, начало которой было положено на рубеже XX в. Максом Планком (1858–1947). Планк выдвинул гипотезу, гласящую, что испускание и поглощение электромагнитного излучения может происходить только дискретно, конечными порциями – квантами. Н. Бор разработал в 1913 г. квантовую теорию строения атома. В ее основе лежали следующие постулаты: в любом атоме существует несколько стационарных орбит (стационарных состояний) электронов, двигаясь по одной из которых электрон может существовать, не излучая электромагнитной энергии; при переходе электрона из одного стационарного состояния в другое атом излучает или поглощает порцию энергии. Причем при переходе электрона на более далекую от ядра орбиту происходит увеличение энергии атома и, наоборот, при переходе электрона на орбиту, более близкую к ядру, имеет место уменьшение энергии атома.

Предложенная Бором модель атома, которая возникла в результате развития исследований радиоактивного излучения и квантовой теории, фактически явилась дополнением и исправленным вариантом планетарной модели Резерфорда (известна как квантовая модель атома Резерфорда-Бора).

Резерфорд совместно с Фредериком Содди (1877–1956) провел серьезное изучение радиоактивности. Вместе они дали трактовку радиоактивного распада как процесса превращения химических элементов из одних в другие.

Наука XX в. принесла немало сенсационных открытий, многие из которых совершенно не укладывались в представление обыденного человеческого опыта. Ярким примером этого является теория относительности, созданная Альбертом Эйнштейном (1879–1955). Энштейн также сумел обосновать природу фотоэффекта: каждый электрон выбивается из металла под действием отдельного светового кванта, или фотона, который при этом теряет свою энергию. Часть этой энергии уходит на разрыв связи электрона с металлом. Эйнштейн показал зависимость энергии электрона от частоты светового кванта и энергии связи электрона с металлом.

В 1924 г. Луи де Бройль выдвинул идею о волновых свойствах материи. Наиболее убедительное подтверждение существования волновых свойств материи было получено в результате открытия (наблюдения) дифракции электронов в эксперименте, поставленном в 1927 г. Клинтоном Дэвиссоном (1881–1958) и Лестером Джермером (1896–1971). Быстрые электроны, проходя сквозь очень тонкие пластинки металла, вели себя подобно свету, проходящему мимо малых отверстий или узких щелей. То есть распределение электронов, отражавшихся от пластинки и летевших лишь по некоторым избранным направлениям, было таким же, как если бы на пластинку падал пучок цвета с длиной волны, равной длине волны электрона, вычисленной по формуле де Бройля.

Экспериментально подтвержденная гипотеза де Бройля превратилась в принципиальную основу, пожалуй, наиболее широкой физической теории – квантовой механики.

Вернер Гейзенберг (1901–1976) установил соотношение неопределенностей: если известно место положения частицы в пространстве, то остается неизвестным импульс (количество движения), и наоборот. Это одно из фундаментальных положений квантовой механики.