Наука о микромире зародилась в конце XIX века. В 1897 году английский физик Джозеф Томсон открыл первую элементарную частицу, которая немного позже была названа электроном. Томсон представил науке «сырую» модель атома, которую усовершенствовал Эрнест Резерфорд.
Многообразие теорий строения атома
Дойти до сути, узнать, из чего состоит материя - этот вопрос не перестает волновать умы ученых и по сей день. Томсон в 1898 году смоделировал атом в виде сливового пудинга, наполненного электронами. Ученый полагал, что атом может быть нафарширован сотнями и тысячами электронов, которые покоятся в невозбужденном состоянии. Возбужденное состояние атома приводит к излучению электромагнитных волн. Теорема английского математика Самуэля Ирншоу, который доказал, что система покоящихся постоянных магнитов не может находиться в статистическом равновесии, опровергла «пудинговую модель». Существовали напряженные противоречия между физиками-экспериментаторами и физиками-теоретиками. Первые изобретали устройства, с помощью которых делали открытия, а вторые использовали в своих теориях абстрактные математические формулировки, не «пачкая руки» в лабораториях. Немецкий физик Филипп Ленард в 1903 году предположил, что атом состоит из попарно связанных диполей. Японец Хантаро Нагаока и английский физик Оливер Лодж независимо друг от друга смоделировали атом в виде Сатурна: центральное место в модели занимало ядро, вокруг которого располагалось кольцо с тысячами электронов. Данные теории противоречили теории Максвелла и были обоснованно подвергнуты критике.
Модель Резерфорда
В 1899 году британский физик Эрнест Резерфорд обнаружил, что уран испускает два вида излучения, и назвал их альфа- и бета-лучами. В 1908 году Венская академия позаимствовала Резерфорду 250 мг радия, который ученый использовал для получения альфа-радиоактивного газа (радона). Резерфорд и немецкий физик Ганс Гейгер, работая вместе, сконструировали экспериментальную установку: сцинтилляционный детектор альфа-частиц и пришли к выводу, что каждая альфа-частица порождает на детекторе одиночную вспышку. Многочисленные эксперименты, проведенные Гейгером вместе с новозеландским физиком Марсденом, доказали, что некоторая часть альфа-частиц не только рассеивается, но и отклоняется на значительные углы и даже отбрасывается назад. «Пудинговая» модель, которую предложил Томсон, была окончательно развенчана. Центральный заряд (впоследствии Резерфорд назвал его ядром) был упакован внутри атома.
Ядерные реакции
В 1919 году Резерфорд сделал новое открытие: осуществил искусственное превращение азота в кислород. Реакция происходила при облучении альфа-лучами ядер атомов азота. В результате реакции в камере Вильсона были обнаружены атомы изотопа кислорода и частицы, имеющие единичный массовый заряд и единичную массу (протоны.) Реакцию можно записать так: 2He4 + 7N14= 8O17 + 1H1. Резерфорд пришел к выводу, что ядра водорода являются основными компонентами вещества наравне с электронами и альфа-частицами. Также Резерфорд предположил, что структура альфа-частицы состоит из четырех атомов водорода и двух электронов. На протяжении 1920-х годов ядро представлялось как состоящее из протонов и электронов. В 1932 г. английский физик Джеймс Чедвик с помощью экспериментов открыл нейтрон. Чедвик исследовал излучение при облучении бериллия и обнаружил поток нейтральных частиц с такой массой, как у протона. Основатель квантовой механики Вернер Гейзенберг и советский ученый Дмитрий Иваненко первыми предположили, что природа атома намного сложнее, чем модель Резерфорда.
В XXI веке протоны и нейтроны физики представляют нафаршированными разноцветными ароматными кварками, склеенными глюоном. А до «самой сути» строения вещества Вселенной еще предстоит «докопаться».
Друзья! Познавательным каналам очень сложно выживать в ленте среди политической повестки и звезд шоу-бизнеса.😔 Сделайте свой маленький вклад в научное просвещение граждан, поставьте палец вверх👍 и подпишитесь на наш канал. Спасибо🥰