Техника - молодёжи 1944-12, страница 26

Ьще 15—20 лет назад у физиков были очень простые и стройные представления о строении вещества. Считалось, что атомы всех химических элементов состоят т двух сортов элементарных частиц, являющихся единственными «кирпичами мироздания». Эти частицы — электроны и протоны —•обладают одинаковыми то величине электрическими зарядами, которые получили название элементарных электричс- ских> зарядов. Но знак заряда у электронов отрицательный, а у протонов — положительный. Помимо знака заряда, протоны отличаются от электронов еще своей массой: протон почти в 1 840 раз тяжелее электрона.

По закону Кулона заряды одинакового знака отталкиваются друг от друга, а заряды противоположного знака притягиваются друг к другу. Вот этими кулоновыми электрическими силами да еще магнитным¹ взаимодействием движущихся зарядов и определялись, по укоренившимся представлениям, не только движение и взаимодействие протонов и электронов в атомах и молекулах, но и силы сцепления между молекулами в твердых и жидких телах и все остальные физические и химические явления и свойства вещества.

Таким» образом, считалось, ч>го все вообще физические силы в- конечном счете сводятся либо к электромагнитным силам, либо к силам ньютоновского тяготения. Однако сила -ньютоновского притяжения внутри¹ атомов, где имеются только частицы с ничтожной массой, почти не сказывается. Сила этого притяжения, например, между двумя протонами в 10^w раз меньше их электрического отталкивания, и поэтому ее влияние на движение элементарных частиц совершенно ничтожно, В атомах, согласно этим физическим теориям, целиком господствуют электромагнитные силы.

Электрическая теория строения вещества долго служила для физиков путеводной нитью и во многих отношениях блестяще себя оправдала. Во вместе с тем за последние 16 лет выяснилось, что в этой теории, наряду с безусловно правильными положениями, непосредственно вытекающими из данных опыта, было -и много необоснованных опытом, неверных обобщений. До последнего времени физическому эксперименту была доступна только внешняя электронная оболочка¹ атомов, то есть те частицы отрицательного электричества — электроны, которые расположены вокруг положительно заряженного атомного ядра. Сведения же наши о центральной, массивной част» атома — об атомном ядре — были очень еще скудны. Зависело это от того, что на пути исследователей, пытавшихся проникнуть внутрь ядра, возникало много трудностей. Прежде всего ядро занимает очень малую часть атома. Если представить себе атом увеличенным до размеров земного шара, то

Проф. И* £, ГАММ, член-корреспондент Академии наук

ядро атома? окажется всего лишь! в сот-«ю-другую метров. Кроме того, чтобы проникнуть внутрь ядра,разбить его на части, например, вырвать из ядра протон» и таким путем узнать, как ядро построено-, нужна энергия, в миллионы раз большая, чем для вырывания электронов из внешней оболочки атома. Только поразительные успехи новых экспериментальных методов физики за последние 10—15 лет позволили¹ проникнуть в эту совершенно новую область явлений.

Новые данные не внесли ничего существенного В¹ ту часть прежних представлений о строении вещества, которая основывалась иа! обобщении опытных данных о наличии электронов, вращающихся вокруг ядра. На громадном большинстве обычных физических явлений сложное строение атомного ядра никак не сказывается. Размеры ядра настолько малы по сравнению с размерами атомов, что в большинстве случаев можно считать его просто материальной точкой, обладающей определенной массой и определенным¹ числом положительных элементарных зарядов, «е задумываясь над тем, как построено ядро. Силы взаимодействия между электронами и ядрами действительно' являются электромагнитными силами взаимодействия электрических зарядов. Таким образом, к тем явлениям, которые связаны с наличием электронной оболочки атомов, вполне применима электрическая теория строения вещества, согласно которой единственными «кирпичами мироздания» являются отрицательно и положительно заряженные частицы. Совсем иначе обстоит, однако, дело со строением атомных ядер. В 1932 году английский ученый Чадвик открыл, что, кроме электронов и (Протонов, есть и еще один «кирпич мироздания», еще одна элементарная частица,, jc йными (свойствами), чем у протонов и электронов. Чадвик обнаружил в ядре атома совершенно но-вый сорт элементарных! частиц, которые получили название нейтронов. Это их название связано с тем, что у нейтронов нет ни положительного, ни отрицательного заряда,— они электрически нейтральны, Сейчас твердо установлено, что ядра¹ tecex химических элементов состоят не только из кротонов, как думали раньше. В ядра обязательной составной частью входят и нейтроны, масса которых- почти равна массе протона. Открытие нейтронов даело громадное принципиальное значение. Так как нейтрон не заряжен, то он не может удерживаться в составе атомного ядра электрическими силами. 'Не может его удержать в ядре и «сила тяготения, ибо величина ее ничтожно мала. Следовательно, впервые в истории науки © 1932 году ученые встретились с какими-то принципиально новыми силами, которые не могут быть сведены аш к тяготению, ни к силам электрической при

роды, Эти неэлектрические силы полу* чили название ядърпыХ. Ядерные силы обусловливают взаимное притяжение как нейтронов друг к другу, так ш протонов, а также притяжение -нейтронов к протонам. Если расстояние между протонами очень мало, то ядерные силы преодолевают даже электрическое отталкивание т друг or друга. Поэтому, несмотря на взаимное электрическое отталкивание протонов, они так сильно связаны в атомных ядрах, что для вырывания протона из ядра -нужна громадная энергия. Однако по мере удаления частиц друг от друга ядерные силы между ними уменьшаются несравненно быстрее, чем» силы- электрические,, и уже между ядрами различных атомов, входящих в состав одной и той же молекулы, действие ядерных сил ничтожно в сравнении с электромагнитными силами. Именно доэтому ядерные» силы и оставались не обнаруженными до тех пор» пока нам не удалось эксперимент тально проникнуть внутрь атомного ядра.

Однако вопрос о природе ядерных сил, о точной зависимости их от расстояния между частицами и т. д. дале-к'о еще (не ясен W является в настоящее время одной из актуальнейших проблем физики.

Тот же 193*2 год, в котором благодаря открытию нейтронов было опровергнуто представление о том, что все физические силы сводятся в конечном счете к силам электрическим и силам ньютоновского тяготения, «принес еще одну неожиданность. До этого года казалось несомненным, что все элементарные частицы —• электроны, протоны, а также вновь открытые нейтроны- — неразрушимы и вечны, что все физические явления сводятся к движению этих частиц в пространстве. Но в 193£ году американец Андерсон сделал чреватое последствиями открытие. Он обнаружил новый, четвертый по счету, сорт элементарных частиц — позитроны. Масса позитрона точно равна массе электрона, но он отличается от электрона знаком заряда: позитрон, как и протон, обладает одним положительным элементарным зарядом. Самое замечательное свойство позитрона состоит в том, что столкновение его с электроном может повести к полному уничтожению, или, как говорят, аннигиляции обеих частиц — позитрона и электрона. Конечно, энергия и масса этих частиц при этом не исчезают, а переходят в другие формы: обычно в форму энергии электромагнитной •волны, точнее, в форму энергии света очень короткой длины водны. Возникающий при столкновении частиц свет уносит не только энергию, но и массу исчезнувших частиц, ибо свет, по современным физическим воззрениям, тоже обладает массой.

Уничтожение позитрона и электрона не нарушает также и закона сохранения электрического заряда, так как заряды

24