Техника - молодёжи 1947-01, страница 16

срол^га

изойдет с электронами, прошедшими через такое препятствие, то есть какую форму примет их светящийся след на экране из сернистого цинка,

И этот след получается поистине поразительным!

Получается... Впрочем, нет, обождем пока смотреть т экран. Удержимся от искушения заглянуть в конец интересной истории, не прочтя всех положенных строчек. Пойдем терпеливо по следам электронов, влетевших в золотую пластинку, и сообразим, куда они должны нас привести.

КРИСТАЛЛИЧеСКАЯ ЯЧеЙКА ЗОЛОТА

Электроны, пройдя через кристаллическую решетку золота, дают на светящемся экране дифракционные кольца_t подобные кольцам от дифракции рентгеновских лучей.

Известно, что атомы многих твердых веществ расположены не в беспорядке, не как попало, а аккуратно уложены правильными рядами на одинаковом расстоянии друг от друга. Эти ряды атомов образуют то, что физики называют кристаллической решеткой вещества. Такую решетку удобно представить себе, как состоящую из отдельных клеток, или ячеек, то есть правильных геометрических' тел, образованных» группами атомов. В золоте, например, атомы в ячейке уложены так, что составляют собою куб, в восьми вершинах которого они и сидят. Кроме того, еще по одному атому сидит в середине каждой грани этого куба. Из таких кубических ячеек и построен, как из кирпичиков, любой кусок золота.

Размеры атомов и ячеек очень малы. Для удобства- их выражают обычно в особых единицах длины —- гангстремах, ми, иначе, десятимиллионных долях миллиметра. В этих единицах ребро кубической ячейки золота имеет длину 4,07 ангстрема.

Все эти подробные сведения заслуживают высокого удивления. Незнакомому с хитрыми приемами современной физики трудно постичь, как проникают ученые в эту сокровенную глубину вещества„ как получают он» такие точные цифры. Можно подумать, что есть у них какой-то искусный помощник, маленький человечек, шагающий от атома к атому с линейкой, на которой нанесены вместо сантиметров ангстремы.

И такой помощник у ученых действительно есть. Это — рентгеновские лучи.

Чудесный опыт

Что такое рентгеновские лучи?

Это—электромагнитные волны, весьма короткие по сравнению с радиоволнами. В обычных радиоволнах длина волны, то есть расстояние «от гребня до гребня», измеряется метра г ми, в очень коротких — сантиметрами. А длина волны рентгеновских лучей составляет ангстремы и доли ангстрема.

Как раз рост того человечка, который может пролезть между атомами!

Правда, рентгеновский луч это не человек с линейкой в руках, а волна. И он рассказывает о строении вещества на своем волновом языке. Но это не беда. Ученые превосходно понимают этот язык электромагнитных волн, побывавших в глубине вещества.

Им помогает в этом знание законов распространения волн.

Во всякой волне есть гребень и впадина. Если по одному направлению побегут одновременно две волны так, что их гребни совпадут при этом друг с другом, то обе волны, очевидно, объединятся в одну общую, более мощную волну. Произойдет сложение, усиление волн. Наоборот, если случится, что волны отправятся в путь таким образом, что впадина одной волны совпадет с гребнем другой, то произойдет «вычитание», ослабление волн. В результате они могут даже полностью) погасить, уничтожить друг друга, и волновое колебание в этом направлений совсем пропадет.

Именно такое сложение и вычитание волн происходит при прохождении рентгеновских лучей в веществе.

Вот волна рентгеновских лучей вошла в вещество. Каждый атом для нее —изрядное препятствие, размеры атомов примерно те же, что и длина волны. Каждый атом отражает поэтому| попавшую на нее часть волны, рассеивает ее во все стороны. Так все атомы становятся источниками «вторичных» рассеянных волн. И если вещество имеет кристаллическое строение, если его атомы расположены в виде одинаковых ячеек н^ равных расстояниях друг от друга, то всегда получается так, что в одних направлениях эти рассеянные вторичные волны сложатся, взаимно усилятся, <а в других, наоборот, полностью погасят друг друга. И волна выйдет из вещества иною* чем она входила в него. Она раздробится на целый ряд волн, расходящихся только по тем направлениям, в которых сложились вторичные волны от атомов. Произойдет то, что называется в физике дифракцией волны.

И если эта дифрагированная волна, выйдя из вещества, упадет на фотопластинку, то получится снимок волны —ряд светлых и темных полос, или система правильно расположенных пятен, или целый набор колец вокруг светлого диска посредине. Это—рентгенограмма вещества, точный отчет рентгеновских лучей об их путешествии по атомному миру. Измеряя расстояния между линиями и пятками или диаметры колец и их яркость, ученые точно узнают, каково кристаллическое строение вещества, и определяют межатомные расстояния.

И теперь, когда благодаря рентгенографии, мы вооружены полным знанием об атомном строении того золотого листочка, через который пропускается в электронографе узкий поток электронов, можно и в самом деле попытаться предсказать, по каким межатомным путям полетят электроны. А потом уже можно будет сообразить, какой след должны оставить они на экране из* сернистого цинка, после того как пройдут золотую пластинку.

Электроны — несравненно меньшие частицы, чем атомы. Влетев в золотую пластинку, они будут вести себя, словно дробинки, которыми выстрелили по груде круглых пушечных ядер. Беспорядочно будут они отскакивать от атома к атому, рассыплются, как горох, по всем ячейкам решетки. Часть из них так и застрянет между атомами, присоединится к блуждающим свободным электронам металла Остальным удастся прорваться на другую сторону золотого листочка. Они веером разлетятся из него во все стороны, выйдут расходящимся конусом, Это уже не будет узкий пучок электронов, как раньше, и на экране мы должны увидеть, очевидно, широкое расплывчатое пятно, яркое в центре, слабое по краям.

Ну, теперь можно взглянуть, наконец, на экран, посмотреть, куда нас привели рассуждения.

Ничего похожего! Никакого расплывчатого пятна!

Есть, как и раньше, светлое пятнышко в центре, А вокруг... вокруг, вложенные одно в другое, светятся красивым ореолом несколько четких узких кругов, похожих на годичные кольца на срезанном дереве.

Кольца?

Чтобы почувствовать в полной мере, какой это сногсшибательный результат, надо поставить себя на место ученого, впервые увидевшего эти необъяснимые кольца Две вещи он знает с непоколебимой уверенностью: что электроны — это частицы, взвешенные и измеренные, и что кольца — это картинга дифракции, А дифрагировать могут волны, только волны! При чем же тут электроны?

И все-таки можно молниеносно убедиться, что светлые кольца на экране— это следы электронов. Для этого достаточно поднести к ним магнит, и центральное пятно вместе со всеми кругами поползет по экрану как раз туда, куда должны отклониться электроны, пролетевшие возле магнита!

Итак, вот она, эта странная тайна материи, это невероятное явление — дифракция электронов. Дикое сочетание двух несовместимых слов, нелепое выражение, что-то вроде пения рыб или замерзания звука. Дифракция электронов!

И все-таки она существует. Правда, это название не вполне точно передает существо дела. Электроны дифрагируют, конечно, не как волны, то есть не сливаются друг с другом

14