Избранные научные труды. Том 2

Воспринимаемые нами явления природы часто представляются изменчивыми и неопределёнными. Для объяснения этого факта с давних пор принималось, что все явления являются результатом совместного действия очень большого числа элементарных частиц, так называемых атомов, которые сами постоянны и неизменны, но в силу малых размеров не поддаются непосредственному наблюдению. Совершенно независимо от принципиального вопроса, вправе ли мы требовать в этой области наглядных образов, теория атома первоначально должна была иметь гипотетический характер; при этом были склонны думать, что этот характер сохранится, поскольку по самой природе вещей невозможно ознакомиться с миром атома. Но здесь произошло то же, что и в других областях: развитие экспериментальной техники всё дальше отодвигает пределы возможности наблюдения. Вспомним хотя бы познание строения Вселенной, достигнутое с помощью телескопа и спектроскопа, или проникновение благодаря микроскопу в тонкую структуру живых организмов. Необычайное развитие искусства физического эксперимента позволило нам познакомиться с большим числом явлений, дающих прямые свидетельства о движениях атомов и их количестве. Мы знаем даже такие явления, о которых с уверенностью можно сказать, что они вызваны действиями одного-единственного атома или даже одной его части. И хотя можно отбросить всякое сомнение в реальности атомов и, даже больше, нам известны подробные данные об их внутреннем строении, мы постоянно сталкиваемся с естественным ограничением наших способов созерцания. Именно это положение я и попытаюсь раскрыть.

Время не позволяет мне здесь подробно описать тот огромный прогресс, который был достигнут в рассматриваемой области благодаря открытию катодных лучей, рентгеновых лучей и радиоактивных веществ. Я ограничусь напоминанием тех основных характеристик картины строения атома, которые были получены благодаря этим открытиям. Общей структурной единицей атомов всех веществ являются так называемые электроны, отрицательно заряженные лёгкие частицы, удерживаемые в атоме притяжением значительно более тяжёлого положительно заряженного ядра. Масса ядра определяет атомный вес вещества, но в остальном её влияние на свойства вещества достаточно ограничено. Эти свойства определяются в первую очередь электрическим зарядом ядра, который всегда равен целому кратному заряда электрона. Целое число, показывающее, сколько электронов имеется в нейтральном атоме, равно атомному номеру, т. е. порядковому номеру данного элемента в периодической системе, в которой ясно выражаются своеобразные родственные связи элементов в отношении физических и химических свойств. Такое понимание атомного номера означает важный шаг к решению задачи, которая долгое время оставалась смелой мечтой естествознания, а именно, к осознанию роли целых чисел в закономерностях природы.

В ходе этого развития основные представления теории атома претерпели, разумеется, известные изменения. Предположение о неизменности атома сменилось предположением о постоянстве его частей. Исключительное постоянство элементов основано на том, что в обычных физических и химических процессах не затрагивается атомное ядро; меняется только характер связи электронов в атоме. Тогда как все опыты подтверждают допущение о неизменных электронах, постоянство атомного ядра более ограничено. Характерное излучение радиоактивных веществ является свидетельством распада атомного ядра, при котором испускаются электроны или положительно заряженные ядерные частицы большой энергии. По всем данным, этот распад происходит без внешнего влияния. Если задано некоторое число атомов радия, то можно сказать, что существует определённая вероятность распада известной части атомов за одну секунду. К встречающемуся здесь характерному отказу от причинного способа описания, полностью соответствующему основным чертам современного описания. атомных явлений, мы ещё вернёмся. Пока я только напомню ещё о важном открытии Резерфорда, что расщепление ядра может быть вызвано при определённых обстоятельствах и внешним воздействием. Как известно, ему удалось показать, что атомные ядра устойчивых элементов можно расщепить при их бомбардировке частицами, испускаемыми радиоактивными ядрами. С этого первого примера изменения человеком основных химических элементов началась новая эпоха в истории естествознания. Здесь для физики открывается совершенно новое поле деятельности: исследование внутреннего строения атомных ядер. Я не буду останавливаться подробно на открывающихся в связи с этим перспективах, но ограничусь лишь изложением тех заключений, которые были сделаны при попытках достичь объяснения обычных физических и химических свойств элементов на основе рассмотренных представлений об атомах.