Д.Д. Томсон: Кн. для учащихся - Кудрявцев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
В небольшой книге мы не смогли полно осветить многогранную деятельность Дж. Дж. Томсона. Томсон оставил после себя 13 монографий и более 200 печатных работ, в которых содержалось много ценных идей и которые сыграли большую роль в развитии физики. Мы рассказали о наиболее важных его работах, но даже этот короткий рассказ показывает, как много сделал Томсон для развития атомной физики и физики электронов, в разработке новых методов исследования заряженных частиц, в развитии динамических принципов механики и, наконец, в деле организации знаменитой международной школы физиков в Кавендишской лаборатории.
68 В заключение нам хотелось бы сказать несколько слов, об отношении Томсона к так называемой «новой физике» — теории относительности и квантовой теории — и о его философских воззрениях.
Томсон прожил долгую жизнь. Он был свидетелем не только бурных политических событий и небывалого технического прогресса, но и расцвета и крушения классической физики. При его жизни появились электродинамика Максвелла, термодинамика, статистическая физика, электронная теория, атомная и ядерная физика. При его жизни появилась и так называемая «новая физика». Появление ее означало коренную ломку привычных представлений физиков — крушение основ классической физики.
Томсон был типичным представителем «старой физики», хотя, как мы видели, он своими исследованиями способствовал рождению современной физики. Было бы интересно проследить, как же он принял новые теории. Но прежде скажем несколько слов об истоках этих теорий.
Классическая физика берет свое начало в XVII в. и получает завершение в самом конце XIX в. Наиболее яркие страницы в ее историю вписали такие ученые, как Ньютон, Фарадей, Максвелл. Основой классической физики, ее краеугольным камнем было учение о непрерывности изменения. Однако в самом начале XX столетия оно было подвергнуто пересмотру открытием немецкого физика Макса Планка (1858—1947). К своему открытию он пришел, изучая тепловое излучение абсолютно черных тел.
Известно, что если нагревать какое-нибудь тело, например кусок зачерненного железа, то оно начинает светиться, причем с увеличением температуры нагревания меняется и окраска свечения от темно-бурого цвета к желтому. По электромагнитной теории Максвелла, свет — это электромагнитная волна. Следовательно, согласно максвелловской теории, нагретое тело излучает электромагнитные волны. Для того чтобы уяснить механизм теплового излучения, многие физики пытались установить, как же распределяется энергия теплового излучения в зависимости от длин испускаемых волн и температуры. В качестве объекта излучения было взято абсолютно черное тело. Таким телом можно считать толстый слой сажи, черный бархат. Оно поглощает все падающие на него лучи и его излучение, как показал еще в 1859 г. немецкий физик Густав Кирхгоф (1824—1887), не зависит от свойств вещества, из которого сделано черное тело. Всякие попытки физиков найти закон распределения энергии в спектре абсолютно черного тела на основе соображений классической физики, в частности термодинамики и электродинамики, приводили к неудаче.
Наконец в 1900 г. Планку удалось найти закон распреде-
69 ления энергии абсолютно черного тела. Основная задача теплового излучения была решена. При ее решении Планку пришлось ввести гипотезу о том, что Энергия излучения испускается не непрерывным потоком, как следовало бы из законов классической физики, а в виде отдельных порций — квантов энергии. Квант энергии равен E=hv , где h — постоянная, которую в честь Планка назвали его именем, V — частота.
Экспериментальная проверка подтвердила его закон.
Поначалу многие физики с недоверием отнеслись к идее квантования. Сам Планк пытался совместить свою теорию с классической физикой, но безуспешно. Известны попытки X. А. Лоренца, Дж. X. Джинса и Дж. Дж. Томсона ввести теорию излучения черного тела Планка в рамки классической физики, которые окончились неудачей.
Постепенно кванты Планка получали все большее распространение. С их помощью было объяснено явление фотоэффекта. Квантовые представления вторгались в объяснение электропроводности металлов, в теорию строения атома. Новые идеи находили все больше сторонников, особенно у физиков молодого поколения. Но у теории квантов было и много противников. Томсона нельзя отнести к врагам квантовых представлений. Его отношение к новой теории было таким же, как у большинства ведущих физиков его поколения. Томсон признавал успехи теории квантов, но старался совместить ее с привычной для него классической физикой.
Он писал: «Закон Планка оказался неоценимым путеводителем для исследования и признан, я думаю, повсеместно. Но вы увидите, что тогда как он согласуется вполне естественно с корпускулярной теорией света, если мы предположим, что энергия, которой обладает каждая корпускула определенного вида света, равна кванту энергии света, он совершенно чужд волновой теории, которая предполагает сплошное, а не атомное распределение энергии. Положение таково, что все оптические явления указывают на волновую теорию, все электрические — на что-то в роде корпускулярной теории». Томсон попытался найти связь этих двух теорий, примирить квантовую теорию с классической электродинамикой Максвелла. Общим основанием такого примирения у него выступили силовые линии электрического поля, которые были для Томсона не просто способом графического изображения полей, а физическими
