История открытия атома

5 сентября 1906 года покончил с жизнью выдающийся немецкий физик Людвиг Больцман, создатель знаменитой молекулярно-кинетической теории газов, внесший существенный вклад в открытие атомов. Причиной тому была глубокая личная трагедия, вызванная полным отрицанием его атомистических взглядов большинством ученых того времени, среди которых были такие известные личности, как Э.Мах и В.Оствальд.

Незадолго до этого он писал: "Я вполне отдаю себе отчет в бессилии одного человека перед лицом мнения, разделяемого большинством." Он не дожил до полной победы учения об атомах всего три года!

* * *

Еще в древнегреческий философ Демокрит считал, что мир построен из неделимых частиц - атомов, состоящих из одного вещества (говоря современным языком - из протонов, нейтронов и электронов) и различающихся по форме и величине! В противовес ему Платон и Аристотель считали, что все состоит из четырех стихий - огня, воздуха, воды и земли.

Путь к открытию атомов пролегал через химию, радиоактивность, термодинамику, оптику и электромагнитные явления.

В конце XVIII века великий французский химик А.Лавуазье смело отверг распространенное тогда учение о четырех стихиях и ввел понятие химического элемента. В 1803 году атомистическую теорию строения вещества выдвинул английский ученый Дж.Дальтон. В 1814-1818 гг. шведский химик И.Берцелиус определил атомные веса 46 элементов. В середине прошлого века русский химик А.М.Бутлеров сформулировал атомную теорию, объяснявшую связи атомов в молекулах, и подтвердил ее, синтезировав ряд новых органических веществ. В 1869 году великий русский химик Д.И.Менделеев открыл знаменитый периодический закон, показывающий зависимость свойств элементов от их атомных весов. В 1873 году голландский физик Я.Д.Ван-дер-Ваальс доказал реальность существования молекул.

В 1859 году физик Г.Кирхгоф и химик Р.Бунзен разработали принципы спектрального анализа и выдвинули гипотезу о наличии связи между свойствами атомов и их спектров. В 1879 году Й.Стефан установил закон излучения абсолютно черного тела, а в 1884 году этот же закон, исходя из теории Максвелла, теоретически вывел Л.Больцман. В 1896 году немецкий физик Р.Вин вывел закон теплового излучения для коротковолновой области спектра. А в 1900 году известные английский физик Рэлей открыл закон теплового излучения для длинноволновой области, который противоречил выводам Вина. В том же году немецкий физик М.Планк, опираясь на работы Больцмана, преодолел это противоречие, сформулировав закон распределения энергии в спектре абсолютно черного тела, согласно которому атомы излучают энергию не непрерывно, а квантами.

В 1859 году немецкий физик Ю.Плюккер изобрел катодную трубку и открыл катодные лучи. Это изобретение сделало возможным открытие В.Рентгеном Х-лучей в конце 1895 года. Несколько месяцев спустя, в 1896 году, под прямым влиянием этого открытия французский физик А.Беккерель открыл явление радиоактивности. В 1897 году английский физик Дж.Дж.Томпсон разгадал природу катодных лучей и открыл электрон. В 1898 году французские физики П.Кюри и М.Склодовская-Кюри открыли явление радиоактивного распада.

В 1903 году Дж.Дж.Томпсон предложил первую модель атома, согласно которой в положительно заряженную сферу вкраплены электроны, подобно пудингу с изюмом. В том же году французский физик Ж.Перрен предложил планетарную модель атома, а в 1908 году экспериментально доказал существование атомов, используя барометрическую формулу Больцмана.

Решающий шаг в открытии атомов в 1911 году сделал Э.Резерфорд, когда в результате исследования взаимодействия альфа-частиц с веществом предложил и экспериментально обосновал планетарную модель атома. Ее справедливость в том же году подтвердил Дж.Чедвик, определив диаметр атомного ядра.

Однако модель Резерфорда не могла объяснить, почему вращающийся вокруг ядра электрон не излучает непрерывно энергию и не падает на него, как то следовало из теории. Это противоречие в 1913 году преодолел датский физик Н.Бор, исходя из идей Планка и Эйнштейна предложивший квантовую модель атома. А в 1919 году американский физик и химик И.Лангмюр предложил новую модель, объяснявшую, как распределяются на орбитах электроны, и, следовательно, химическую активность атомов.

Завершился 2500-летний марафон идей, но цепная реакция идей на этом не прекратилась. Вот лишь капля этой эстафеты.

Открытие электрона привело к изобретению Дж.Флемингом в 1904 году вакуумного диода - возникла электроника. Открытие рентгеновских лучей привело к созданию новых методов исследования и диагностики. Благодаря им Дж.Уотсон и Ф.Крик в 1953 году сделали величайшее открытие XX века в биологии - открыли структуру молекулы ДНК. Открытие радиоактивности привело к возникновению ядерной физики и энергетики, оказало огромное влияние на развитие химии, генетики, астрофизики, материаловедения и т.д.

Подведем некоторые итоги нашего маленького расследования.