История лазера. Научное издание
Шрифт:
Р’Рѕ РІСЃСЏРєРѕРј случае, атомистическая гипотеза Демокрита Рё Лесипса была принята священником Гассенди (15921655), который активно провозглашал, что даже если эта гипотеза находит подтверждение Сѓ развратных РРїРёРєСѓСЂР° Рё Лукреция, РЅРѕ РѕРЅР° РЅРµ имеет РїСЂСЏРјРѕР№ СЃРІСЏР·Рё СЃ религиозными философиями РёС… античных последователей Рё может быть принята христианами. Рдеи Гассенди оказали глубокое влияние РЅР° С…РёРјРёРєР° Роберта Бойля, которому РјС‹ обязаны обозначениями химических элементов. Рти обозначения стали более точными, РєРѕРіРґР° Рђ.-Р›. Лавуазье (17431794) открыл, что определенные химические соединения содержат элементы РІ определенных пропорциях Рё что масса веществ остается постоянной РґРѕ Рё после протекания химической реакции. Рти исследования получили завершение РІ работе Джона Дальтона (17661844), который изложил РёС… РІ своей РєРЅРёРіРµ A New System of Chemical Philosophy (опубликованной РІ Манчестере РІ 1808 Рі.) концепцию, что существует РјРЅРѕРіРѕ сортов атомов, каждый РёР· которых характеризует разные вещества Рё что атомы РІ определенном веществе идентичны. Дальтон доказал, что каждому химическому элементу можно приписать число, которое представляет вес РѕРґРЅРѕРіРѕ атома данного элемента.
Атомный вес
Р’ настоящее время атомный или молекулярный вес измеряется сравнением веса атома данного вещества СЃ атомом РІРѕРґРѕСЂРѕРґР°. Вес атома РІРѕРґРѕСЂРѕРґР° СѓРґРѕР±РЅРѕ считать приблизительно РѕРґРЅРѕР№ единицей атомной массы (вес РѕРґРЅРѕР№ атомной массы 1,66•1024 Рі), так, вес атома углерода 12. Атомный вес кислорода почти 16 (точно 15,9994) Рё поскольку молекула кислорода состоит РёР· РґРІСѓС… атомов, РѕРґРёРЅ моль молекулы кислорода весит около 32 Рі. РР· определения моля следует, что моль всегда содержит РѕРґРЅРѕ Рё то же число атомов Рё молекул (так, называемое число Авагадро NРђ = 6,022•1022).
Однако существование атомов все еще было спорным, поскольку никто не мог сказать, что видел их, и в ходу были различные идеи. В 1860 г. на Химическом конгрессе в Карлсруе, первом международном собрании, участники продолжительно обсуждали различия между атомами и молекулами и не пришли к определенному заключению. Сегодня мы определяем молекулу как химическую комбинацию двух или более идентичных или различных атомов, которая может стабильно существовать и которая представляет наименьшее количество вещества и обладает характеристическими свойствами данного вещества.
Рлектрон появляется
В то время, как развивались атомные и молекулярные теории в химии, в исследованиях в области электрической проводимости в жидкостях и электрических разрядов в газах при низком давлении обнаружилось, что атом вовсе не неделимый, но содержит в себе электрические заряды. Г. Дж. Стони (18261911) в 1874 г., пытаясь простым способом объяснить законы электролиза, установленные Фарадеем в 1833 г., ввел атом электричества, который он позднее (1891 г.) назвал электроном. До этого Г. Гельмгольц (1821 1894) говорил: Если мы принимаем гипотезу, что элементарные субстанции состоят из атомов, мы не можем избежать заключения, что электричество также, положительное и отрицательное, разделяется на элементарные порции, которые ведут себя подобно атомам электричества.
Таким образом, умозрительный электрон допускался только как свойство, относящееся к электрическому разряду. Однако английский физик Дж. Дж. Томсон (18561940) открыл в 1897 г., что в электрических разрядах в газах присутствуют очень маленькие частицы с отрицательным зарядом, которые испускаются атомами. Томсон измерил их удельный заряд (e/m), т.е. отношение заряда к массе. Поскольку атом сам по себе нейтрален, открытие электрона за это Томсон в 1906 г. получил Нобелевскую премию по физике означает, что атом должен включать в себя как отрицательные заряды (электроны), так и положительные заряды.
Нобелевская премия
Поскольку многие из упоминаемых здесь исследователей были удостоены этой престижной премии, уместно несколько отвлечься, и сообщить, как она возникла и как присуждается.
10 декабря 1896 Рі. шведский С…РёРјРёРє Альфред Нобель скончался РІ возрасте 63 лет, РІ своем РґРѕРјРµ РІ Сан Ремо. РћРЅ сделал возможным практическое применение нитроглицерина, создав динамит. Нитроглицерин был синтезирован РІ 1846 Рі. Рђ. Собреро (18121888), Р° Альфред Нобель применил для его стабилизации некоторые инертные вещества. Р’ результате РІ 1875 Рі. был получен первый динамит, представляющий СЃРѕР±РѕР№ желатинообразную смесь нитроглицерина СЃ клетчаткой. Р’ 1889 Рі., смешивая РІ различных пропорциях коллоидную клетчатку СЃ нитроглицерином, РѕРЅ сумел создать баллистит, который РґРѕ СЃРёС… РїРѕСЂ используется, как бездымное взрывчатое вещество. Рзготавливался динамит РЅР° фабрике вблизи Рі. РўСѓСЂРёРЅР° (Рталия). Благодаря СЃРІРѕРёРј патентам, Р° также эксплуатации нефтяных месторождений РІ Баку, Нобель стал обладателем РѕРіСЂРѕРјРЅРѕРіРѕ состояния, исчислявшимся РЅР° современные деньги РІ несколько сотен миллионов евро. Рто состояние, желая сгладить возможное разрушительное использование людьми его изобретений, РѕРЅ завещал использовать как фонд для премий. Уместно процитировать отрывок РёР· его завещания:
Все, что останется от моего состояния должно быть распределено следующим образом: капитал, сохраняемыми моими душеприказчиками, должен составлять фонд, цель которого быть распределяемым в виде ежегодных премий, которые присуждаются тем, кто в предыдущий год принес великую пользу человечеству Выше упомянутый капитал следует распределить пятью равными частями следующим образом: одна часть тому, кто сделал наиболее важное открытие или изобретение в области физике, одна часть тому, кто сделал наиболее важное открытие или улучшение в химии, одна часть тому, кто сделал наиболее важное открытие в области физиологии и медицины, одна часть тому, кто проявил себя выдающимся образом в литературе, одна часть тому, кто наилучшим образом способствовал установлению братства между народами, отмене или сокращению армий, и проведением конгрессов мира. Премии по физике и химии должны быть присуждаемы Шведской академией наук; премии по работам в области медицины и физиологии Каролинским институтом в Стокгольме; по литературе Академией в Стокгольме, а для поборников мира комитетом пяти членов, выбираемых Норвежским Стортингом. Я желаю, чтобы присуждение этих премий не связывалось с национальностью кандидатов, но чтобы эти премии присуждались наиболее достойным, независимо от того скандинавы они или нет.
Каждая премия составляет в наше время около 50 000 евро, и она, безусловно, самая высокая.
Правила отбора победителей примерно сходные РІ разных областях. Р’ случае физики ученая РіСЂСѓРїРїР°, образованная РёР· нобелевских лауреатов, Рё РґСЂСѓРіРёС… хорошо известных персон, членов Шведской академии наук, профессоров шведских университетов, Р° также университетов Копенгагена, Хельсинки, Осло, Рё еще РґСЂСѓРіРёС… шести университетов, причем состав РіСЂСѓРїРїС‹ меняется ежегодно, делает предложения. Рти предложения оцениваются комитетом РёР· пяти членов, формируемым президентом Нобелевского Рнститута РїРѕ физики, Рё четырьмя членами, избираемыми физическим отделением Академии. Предложения этих комитетов РІ конечном счете, рассматриваются собранием Академии. Члены Академии получают памятную золотую медаль РІСЃСЏРєРёР№ раз, РєРѕРіРґР° РѕРЅРё собираются для голосования, РєСЂРѕРјРµ того, РІСЃРµ члены комитетов щедро награждаются. Никаких протоколов заседания РЅРµ ведется Рё участникам запрещено разглашать обсуждения. Окончательное решение должно выноситься РґРѕ 15 РЅРѕСЏР±СЂСЏ. Премии вручаются РІ Стокгольме Рё Осло (для премии РјРёСЂР°), РЅР° официальной церемонии 10 декабря, РІ годовщину смерти основателя. Лауреат читает публичную лекцию Рё получает награду РёС… СЂСѓРє короля Швеции.
Согласно желанию Альфреда Нобиля премия должна предназначаться человеку, который своим открытием или изобретением принес пользу человечеству. Вначале это создало определенные трудности предоставления премии за теоретические исследования. Первым лауреатом по физике был в 1901 г. Вильгельм Конрад Рентген (18451923) за особые заслуги, которые он оказал открытием замечательных лучей, впоследствии названных его именем.
Формула Бальмера
Гипотеза Сале, что спектры являются характерными для атомов и молекул, была полностью подтверждена электромагнитной теорией Максвелла, согласно которой колеблющиеся электрические заряды испускают излучение. Начались исследования с целью выяснить, существует ли соотношение между спектральными линиями одного и того же вещества или между линиями разных веществ.
Рис. 11. Спектр атома водорода. На верхнем спектре показаны линии Бальмера в видимой области; нижний спектр увеличенная область конца правой части спектра с линиями Бальмера в ультрафиолете
25 РёСЋРЅСЏ 1884 Рі. швейцарец Роганн РЇРєРѕР± Бальмер (1825-1898) представил Научному Сообществу Базеля работу РЅР° эту тему. Бальмер, шестидесятилетний преподаватель женской школы, особый интерес уделял числами. РћРЅ создал реконструкцию Рерусалимского храма РЅР° основании измерений, сделанных РёСЃС…РѕРґСЏ РёР· данных видения библейского персонажа Резекииля. Его интересовало число ступеней великих пирамид Рё С‚.Рґ. Однажды, беседуя СЃ приятелем, РѕРЅ пожаловался, что ему нечего делать, РЅР° что приятель ответил: РќСѓ, раз ты так интересуешься числами, то почему Р±С‹ тебе РЅРµ заняться числами, которые получаются РёР· спектра простейшего элемента, РІРѕРґРѕСЂРѕРґР°? РћРЅ дал ему длины волн трех линий, известных РІ то время РІ РІРёРґРёРјРѕР№ области спектра. Занимаясь этой проблемой, Бальмер установил, что последовательность этих трех линий можно выразить аналитически