Источник: Ильясов Ф. Н. Как у физика Джорджа Стони «украли» термин «электрон». М.: ИЦ Орион. 2025, июнь. Препринт.
1. Введение
Сейчас в школе учат и в физических словарях пишут:
«Электрон (символ еˉ, е), первая элементарная частица, открытая в физике; материальный носитель наименьшей массы и наименьшего электрического заряда в природе...» [Физический…, 1995: 876].
Но так было не всегда. За этой несколько туманной формулировкой скрываться большая и драматическая история, которая еще не завершена.
В статье описывается история развития теории электричества Джорджем Стони, непризнание его выводов и теории, некорректное использование другими учеными его термина «электрон», ошибочность эмпирических оснований «электронной теории» электричества.
2. Анализ и выводы Джорджа Стони
Джордж Стони (Стоуни, Стоней), George Johnstone Stoney, физик (1826—1911), на основе анализа процесса электролиза, он пришел к выводу, что электричество представляет собой мельчайшие порции (атомы, кванты) электроэнергии, которые он определил как «фундаментальные единицы количества электроэнергии», он дал кванту электричества название «электрон», первым провел измерения количества электричества в кванте электричества.
Издание The Daily Express в 1911 г. писало о Джордже Стони:
«На Белфастском собрании Британской ассоциации в 1874 году он показал, что реальное значение законов электролиза Фарадея заключается в том, что электричество, как и вещество, состоит в конечном счете из неделимых равных частиц или атомов, и он предложил название «Электрон» для этих атомов — он далее дал первую оценку их электрического качества. Название Стоуни «Электрон» в настоящее время используется повсеместно, но часто предполагается, что замечательный факт их существования был впервые показан фон Гельмгольцем, который дал практически то же самое объяснение электролитических законов несколько лет спустя в своей лекции Фарадея 1881 года.» [George..., 1911]
Анализируя процесс электролиза, Джордж Стони пришел к выводу, что электричество дискретно и состоит их мельчайших порций электричества. Он, в частности, писал:
«...Природа представляет нам в явлении электролиза одно определенное количество электричества, которое не зависит от конкретных тел, на которые оно воздействует. Чтобы прояснить это, я выражу «закон Фарадея» в следующих терминах, которые, как я покажу, придадут ему точность, а именно:
— Внутри электролита, для разрыва каждой химической связи, расходуется определенное количество электричества, одинаковое во всех случаях.
Это определенное количество электричества я назову E₁. Если мы сделаем это нашей единицей количества электричества, мы, вероятно, сделаем очень важный шаг в нашем изучении молекулярных явлений.» [Stoney, 1881 (1874)].
Позднее Стони, вместо термина «E₁», обозначающего минимальное количество электричества, предложил термин «электрон».
«...На Белфастском собрании Британской ассоциации в августе 1874 года в статье «О физических единицах природы», я обратил внимание на это минимальное количество электричества как на одну из трех физических единиц… В этой статье была сделана оценка фактического количества этой самой замечательной фундаментальной единицы электричества, для которой я с тех пор рискнул предложить имя электрон.
Согласно [моим] измерениям, электрон =10ˉ²⁰ количества электричества, которое в то время называлось ампером, а именно: количество электричества, которое проходит каждую секунду в токе одного ампера» [Stoney, 1894].
Бенджамин Франклин (1749 г.) на основе анализа своих экспериментов пришел к выводу:
«Электрическая материя состоит из частиц чрезвычайно малого размера» [Franklin, 1751: 51].
Спустя 125 лет Стони (1874), на основе доказательных экспериментов, не только также пришел к выводу, что существуют мельчайшие порции (атомы, кванты) электричества, но и понял, что можно измерить количества электричества, содержащемся в одном кванте электричества, и Стони измерил это количество электричества.
В 1881 г. Герман Гельмгольц, в своей «Фарадеевской лекции», так же пришел к выводу, что электричество существует в виде отдельных порций, электрических квантов, атомов электричества (без «частицы»).
3. Объяснение ионной проводимости в унитарной теории электричества
В рамках унитарной, квантовой теории электричества Бенджамина Франклина, избыточно (положительно) заряженным статическим электричеством считается тело, на котором (удельное, поверхностное) количество электричества больше, чем на нормально (нейтрально) заряженном теле. Дефицитно (отрицательно) заряженным считается тело, на котором (удельное) количество электричества меньше нормального. (Выражения «положительно и отрицательно заряженное тело» используются в том смысле, каком их вводил в науку Бенджамин Франклин.) Подробнее о унитарной теории электричества см.: [Франклин, 1956; Ильясов, 2019].
С точки зрения унитарной теории электричества, катион – это избыточно заряженный атом (молекула), а анион это дефицитно заряженный атом. В вакуумной трубке анион (или нормально заряженный атом) притягивается к аноду, заряжается от него избыточным количеством электричества, становясь катином. Катион притягивается к катоду, отдает ему находящееся на нем электричество и становится анионом (дефицитно заряженным атомом), который снова притягивается к аноду. Так осуществляется катион-ионная проводимость электричества.
Поток катионов, при движении в вакуумной трубке от анода к катоду, излучает часть избыточной энергии в виде квантов световой (и тепловой) энергии.
4. Катодные лучи как оптическая иллюзия и научный артефакт
Артефакт научный, исследовательский – это ложный или искаженный результат научного исследования, полученный в результате использования ошибочной, не валидной методики эксперимента, некорректного метода измерения, или ошибок интерпретации.
Корректного доказательства гипотезы: «поток энергии в вакуумной трубке идет от катода к аноду», до настоящего времени нет, но на этой гипотезе, можно сказать, стоит вся современная физика.
Рассмотрим основные экспериментальные данные.
Юлиус Плюккер в 1859 г. обнаружил, что при пропускании тока через вакуумную трубку, возникает свечение стенки трубки противоположной катоду. На основании этого была выдвинута гипотеза о существовании «катодных лучей» – некоего потока энергии, якобы излучаемого катодом и вызывающим свечение стенки трубки. Поскольку предполагалось, что поток излучается отрицательно заряженным катодом, было сделано предположение, что и сам поток «отрицательно» заряжен. Хотя нет и не было понимания того, что такое «отрицательное электричество», «отрицательный заряд», из чего он состоит, что является его субстанцией. Как нет и корректного доказательства существования «отрицательного электричества» вообще.
Иоганн Вильгельм Гитторф в 1869 г., с помощью первых ртутных насосов смог откачать свои вакуумные (газоразрядные) трубки до высокого разряжения и увидел, что в трубке движется поток параллельных световых лучей. Он также увидел тень, отбрасываемую объектом, помещенным перед катодом. Гитторф полагал (1879), что проводимость газов реализуется посредством феномена ионной проводимости [Храмов, 1983: 86; Serra, 2009: 239].
Впоследствии в качестве доказательства гипотезы о существовании «катодных лучей» использовался, в частности, тот факт, что предмет, помещенный в трубке между катодом и противоположной ему стенкой трубки, отбрасывает тень. Наиболее известный эксперимент – «Мальтийский крест» в трубке Уильяма Крукса.
Однако, эксперимент Крукса с шарообразной трубкой показывает, что поток электричества, точнее поток катионов (избыточно электризованных атомов) идущий от анода к катоду, раздваивается в середине трубки (это место Крукс назвал «фокальной точкой»), – часть потока идет к катоду, а часть к противоположной ему стенке трубки . Т.е. тень «Мальтийского креста» возникает от «второго» потока катионов (подробнее см.: [Ильясов, 2024]). Эксперимент с шарообразной трубкой Крукса не находит удовлетворительно объяснения в рамках гипотезы о «катодных лучах», но хорошо объясняется в рамках унитарной теории электричества как поток катионов. Однако этот фундаментальный эксперимент, доказывающий факт ионной проводимости в вакуумной трубки (в рамках унитарной теории электричества), не получил должного истолкования и остался во многом за рамками внимания ученых.
Обнаружилось, что поток «катодных лучей» в вакуумной трубке отклоняется от северного полюса постоянного магнита также, как отклоняется проводник с током, – по закономерности открытой Гансом Эрстедом (1820); сейчас частный случай этой закономерности иногда называется «правило левой руки».
Сторонники гипотезы о существовании «катодных лучей» предложили для объяснения отклонения «катодных лучей» странное, алогичное объяснение. Проволока с током перед и после трубки отклоняется от магнита по правилу левой руки, а в трубке, по их мнению, поток энергии отклоняется по «правилу правой руки», – это якобы объясняется тем, что «катодные лучи» отрицательно заряжены. Остается без ответа вопрос: а почему тот же «поток отрицательно заряженных частиц» не отклоняются одинаково и в трубке, и в проволоке?
На самом деле в вакуумной трубке поток избыточно электризованных атомов газа – катионов, отклоняется от магнита также, как от магнита отклоняется избыточно электризованная проволока, т.е. проволока по которой проходит поток электроэнергии.
Характер отклонения проволоки с током от постоянного магнита является валидным методом определения направления движения электрического тока и этот метод указывает на то, что потока «отрицательно заряженных катодных лучей» не существует. Поток энергии в трубке отклоняется по правилу левой руки, следовательно поток « лучистой энергии» (катионов) идет от анода к катоду.
Если исходить из объяснения катион-анионной проводимости трубок, в рамках унитарной теории электричества, то кванты электричества переносятся от анода к катоду катионами – атомами газа избыточно заряженными электрической энергией.
Тем не менее, возобладала корректно не доказанная гипотеза: «поток энергии в вакуумной трубке идет от катода к аноду».
Анализ результатов экспериментов позволяет сделать вывод – феномен катодных лучей является научным артефактом, т.е. не существующим фактом (подробнее см. [Ильясов, 2021]).
5. Научные артефакты в экспериментах Дж. Дж Томсона
Артефакт Дж. Дж. Томсона с «обнаружением электрона» основан на двух научных артефактах, двух ошибочных выводах:
1) «в вакуумной трубке поток энергии движется от катода к аноду»;
2) «проводник с током создает магнитное поле».
Об ошибочности гипотезы: «проводник с током создает магнитное поле». Эта гипотеза корректно экспериментально не доказана, принята на веру, она является избыточным объяснением, т.к. взаимодействие проволоки под током с постоянным магнитом в полной мере объясняется взаимодействием электрического поля электризованного тела (проволоки) и магнитного поля постоянного магнита (см. подробнее: [Ильясов, 2021]). Введение гипотезы: «проволока с током создает магнитное поле», – является придумыванием «избыточной сущности».
В 1897 году Дж. Дж. Томсон, обнаружил, что «катодные лучи» (а на самом деле поток катионов, идущих от «фокальной точки» к за-анодной стенке трубки), по-разному отклоняется в электрическом поле конденсатора и в электрическом поле электрических катушек. Не имея корректных эмпирических и теоретических оснований, Томпсон решил:
– величина отклонения «отрицательно заряженных корпускул» в электрическом поле электрических катушек отражает величину массы этих «корпускул».
Различия в отклонении потока «корпускул» (катионов) в электрическом поле конденсатора и в электрическом поле катушек, обусловлены не массой «корпускул» (катионов), а различием в величине энергий электрических полей конденсатора и катушек.
Наиболее простое предположение, что в вакуумной трубке электрическую энергию переносят катионы, движущиеся от анода к катоду, – было отвергнуто без особого обоснования. Несмотря на то, что при очень высоком вакууме (когда атомов газа совсем мало) вакуумная трубка электричества не проводит. Хотя она должна была бы проводить электричество – ведь по «электронной теории» это катод генерирует «электроны» – переносчики электричества. Но при отсутствии (очень малом количестве) катионов этого не происходит, стало быть электричество переносят катионы, а катод ничего не излучает.
Следует указать, что Вильгельм Конрад Рентген, первый лауреат премии Нобеля по физике (1901), провел много экспериментов с вакуумными трубками разных конструкций, он неоднократно говорил о том, что нет достоверных доказательств существования «электронов».
6. Филипп Ленард
Филипп Ленард, лауреат премии Нобеля по физике 1905 г.
В результате своих экспериментов Филипп Ленард (эксперимент с «окошком Ленарда») установил, что электричество как таковое представляет собой безмассовые порции, кванты электричества (без «частиц»). Ленард называл электрон, – «электричеством без вещества», «электрическим зарядом без заряженных тел» и говорил об «электричестве в чистом виде» [Ленард, 1906], – это соответствовало пониманию термина «электрон» у Стони. Но эксперименты и выводы Ленарда в полной мере не оценили. Это открытие Ленарда просто проигнорировали.
Большинство физиков уверовало в недоказанную гипотезу о существовании «катодных лучей», потому следующая Нобелевская премия (1906 г.) была вручена Дж. Дж. Томсону, правда, поскольку эмпирическая основа была слабая, то не за «открытие электрона», а за «за исследования проводимости электричества газами».
7. Проблемные моменты в электронной теории электричества
В определении, приведенном в начале статьи, физики-каноники описывают электрон как «частицу – материальный носитель наименьшей массы и наименьшего электрического заряда». Сама эта «частица» (без «отрицательного заряда») из которой якобы состоит «электрон», так достоверно и не обнаружена.
Так же как не вполне понятно – как существует отдельный электрический «заряд» (минимальная порция электричества) в экспериментах по электростатике (хотя некоторые авторы и это объясняют «электроном»). Как и не объяснено, хотя бы чисто теоретически, из чего состоит «отрицательный заряд», что является его субстанцией (или что является субстанцией «дырки» в электронной теории электричества). Подробнее о несостоятельности гипотез о существовании катодных лучей и электронов см.: [Ильясов, 2024].
Мировая физика, как представляется, неудачно прошла развилку
Стони, Ленард <–> Томсон.
Джордж Стони измерил величину электрической энергии в кванте (атоме) электричества (на одновалентном катионе), Филипп Ленард обнаружил поток квантов электричества, выходящих из вакуумной трубки через «окошко Ленарда».
Томсон, неверно истолковывал результаты экспериментов, расценив поток катионов, идущих в вакуумной трубке от анода к за-анодной стенке, как поток особого вида материи, как поток «отрицательно заряженных корпускул» (позднее названных электронами), идущих от катода к аноду.
Важно указать, что теория атомов, квантов электричества, с определенными оговорками, сопрягаются с унитарной (квантовой) теорией электричества Бенджамина Франклина. Теория Франклина также была отвергнута без внятной аргументации, хотя объясняет электрические феномены проще и достовернее, нежели дуальная (дуалистическая) теория, и производная от нее «электронная теория» электричества.
8. Заключение
Таким образом, эксперименты и выводы Джорджа Стони, Германа Гельмгольца, Филиппа Ленарда, и других сторонников идеи «электричество существует в виде квантов (атомов) электричества», были просто отвергнуты и победила вера в «электрон»: «электричество – это заряженные электричеством частицы». Это привело к глобальному кризису современной науки, который физики-каноники стараются замалчивать.
Нет метода, прибора, эксперимента, которые бы фиксировали, обнаруживали, регистрировали, прямо, непосредственно, электрон, именно как электрон. В камере Вильсона, опытах Милликена и проч. за электрон ошибочно принимаются кванты электрической энергии (либо катионы).
У Джорджа Стони «своровали» термин «электрон», проигнорировали его открытие кванта электричества, исказили авторский смысл термина «электрон», приписали термину ошибочное содержание. Это привело к доминированию некорректной «электронной теории» электричества.
Ссылки \ References
Franklin Benjamin. Experiments And Observations on Electricity. Made At Philadelphia in America. London: Printed and fold by E. Cave, at St. John’s Gate. 1751.
https://www.gutenberg.org/files/45515/45515-h/45515-h.htm
George Johnstone Stoney 1826-1911 // The Daily Express, July 6, 1911. https://web.archive.org/web/20090422000043/http://www.offalyhistory.com/articles/264/1/George-Johnstone-Stoney-1826-1911/Page1.html
Serra, Isabe. Electron – a main actor in scientific controversie // Organon 41:2009.
Stoney G. Johnstone. On the physical units of nature // Philosophical Magazine (1881) LII. Series 5, 11:69, 381-390. (Взято из «Научных трудов» Королевского Дублинского общества от 16 февраля 1881 года, это текст доклада, прочитанный Стони на секции «А» Британской ассоциации на заседании в Белфасте в 1874 году). http://www.sciteclibrary.ru/yabb26/Attachments/Stoney_1881.pdf
Stoney G. Johnstone. Of the "Electron," or Atom of Electricity // Philosophical Magazine. Series 5, Volume 38, p. 418-420. October 1894. https://www.chemteam.info/Chem-History/Stoney-1894.html
Ленард ФилиппЭ. А. О катодных лучах. Нобелевская лекция 28 мая 1906.
Leonard Philipp E. A. On Cathode Rays. Nobel Lecture, May 28, 1906. (rus. ed.)
Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии – о концепции электричества Бенджамина Франклина. М.: ИЦ Орион, 2019, ноябрь. Препринт.
Iliassov, FarkhadN. Quanta of electrical energy – on the concept of electricity Benjamin Franklin. Moscow: IC Orion. 2019, november. Preprint. (in rus) https://www.researchgate.net/publication/340162394
Ильясов Ф. Н. Проводник с током не создает магнитного поля. М.: ИЦ Орион. 2021, август. Препринт.
Iliassov F.N. Conductor with current does not create a magnetic field. Moscow: IC Orion. 2021, August. Prepint.
Ильясов Ф. Н. Несостоятельность гипотез о существовании катодных лучей и электронов. М.: ИЦ Орион. 2024, август. Препринт.
Iliassov F.N. The failure of hypotheses about the existence of cathode rays and electrons. Moscow: IC Orion. 2024, August. Preprint.
Физический энциклопедический словарь. Под ред. А. М. Прохорова. М.: БСЭ. 1995.
Fizicheskii entsiklopedicheskii slovar' [Physical encyclopedic dictionary]. In ed. A. M. Prokhorov. Moscow: Bol'shaya rossiiskaya entsiklopediya. 1995. (in rus)
Франклин В. Опыты и наблюдения над электричеством. М.: Изд-во АН СССР. 1956.
Benjamin Franklin's Experiments. A new edition of Franklin's Experiments and Observations on Electricity. In ed. I. Bernard Cohen. Cambridge, Massachusetts.1941. (Russ. ed.)
Храмов Ю. А. Гитторф Иоганн Вильгельм // В кн.: Храмов Ю. А. Физики: Биографический справочник. Изд. 2-е, испр. и доп. М. : Наука, 1983.
KhramovYu. A. Gittorf Johann Wilhelm // In the book: Khramov Yu. A. Physicists: Biographical reference book. Ed. 2nd, rev. and additional M.: Nauka, 1983.