Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

12. S. Greenblatt, The Swerve, xx. Следует отметить, что танец пылинок в солнечном свете не совсем уместно сравнивать с микроскопическим движением пыльцевых зерен по Брауну, поскольку движущей силой последнего в действительности становятся статистически случайные столкновения отдельных молекул, тогда как макроскопические частички пыли перемещаются по воле воздушных потоков, представляющих собой скоординированное направленное движение триллионов молекул воздуха; однако в качественном отношении аналогия разумна. [Русский текст цит. по: Тит Лукреций Кар. О природе вещей / Пер. с лат. Ф. Петровского. – М., 1983. – С. 62–63.]

13. J. J. Thompson, “Cathode Rays”, The Electrician 39 (1897): 104. В этой статье были представлены первые экспериментальные доказательства того, что атомы действительно не являются «неделимыми», а состоят из более мелких частиц – Томпсон назвал их «корпускулами» – с отрицательным зарядом (теперь их называют электронами). Позже он представил атомы как «сливовый пудинг», в котором электроны были подобны изюминкам, хаотично распределенным в уравновешивающем, положительно заряженном тесте.

14. Ernest Rutherford, “The Scattering of ? and ? Particles by Matter and the Structure of the Atom”, Philosophical Magazine 21, no. 125 (1911): 669–688. В этой статье Резерфорд сообщает о поразительном результате эксперимента, который он провел вместе с Эрнестом Марсденом, в котором они рассеивали альфа-частицы (теперь известные как ядра Гелия), пропуская их через тонкую золотую фольгу, и обнаружили, что некоторые из них изменили направление и вернулись обратно к источнику. Резерфорд, как известно, заметил: «Это было почти столь же невероятно, как если бы вы выстрелили 15-дюймовым снарядом в кусок тонкой бумаги, а он возвратился бы и поразил вас». Единственное правдоподобное объяснение заключалось в том, что положительный заряд альфа-частиц отталкивался положительным зарядом атома, который, в отличие от гипотетического рассредоточенного распределения атомной модели Томпсона, был сконцентрирован в крошечной части атома – в том, что мы теперь называем ядром.

15. Niels Bohr, “On the Constitution of Atoms and Molecules, Part I”, Philosophical Magazine 26, no. 151 (1913): 1–24. В этой статье Бор излагает свою модель атома, учитывающую компактное ядро Резерфорда, и вводит в атомную структуру понятие кванта.

16. Max Planck, “On the Theory of the Energy Distribution Law of the Normal Spectrum”, in Verhandl. Dtsch. Phys. Ges. 2 (1900), p. 237. [Русский перевод: К теории распределения энергии излучения нормального спектра / Избранные научные труды: [пер. с нем. под ред. А. П. Виноградова] / М. Планк. – М.: Наука, 1975. – С. 251.] В этой статье, опубликованной на заре нового века, Планк вводит понятие «кванта» света, который мы теперь называем фотоном.

17. Albert Einstein, “Uber einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt” [ «Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света»] Annalen der Physik 17, no. 6 (1905): 132–148. Эта статья, в которой объясняется, как свет высвобождает электроны из атомов, стала первой из четырех статей Эйнштейна, созданных в 1905 году, его annus mirabilis, и именно за нее он был удостоен Нобелевской премии в 1921 году.

Глава 3. Атом: утилитарный взгляд

1. Есть и четвертое состояние материи, которое, по сути, составляет большую часть Вселенной, но очень редко встречается на Земле: плазма. Она обнаруживается только там, где температура превышает примерно 10 000 °C. Плазма состоит из вещества, в котором электроны оторваны от материнских атомов.

2. Если не верите, возьмите крышку банки размером с чашку кофе и попытайтесь сжать жидкость так, чтобы она занимала меньше места, – но подождите, пока кофе остынет, чтобы не получить ожогов первой степени.

3. Частицы воздуха в вашей комнате движутся удивительно быстро. Связь между температурой и скоростью равна v_(макс) = 145 м/с sqrt {T[K]/м[а. е. м]}, где v_(макс) – скорость частиц на пике распределения (распространенная скорость), T – температура (в Кельвинах – пояснения в тексте, m – масса частицы в атомных единицах массы (см. гл. 4). Таким образом, частицы воздуха в помещении при температуре 20 °C движутся почти со скоростью, равной половине километра в секунду (1800 км/ч).

4. Температура кипения воды зависит прежде всего от скорости ее частиц (т. е. ее температуры), а также от внешнего давления, испытываемого ею со стороны воздуха. Молекулам воды требуется меньше энергии, чтобы вырваться из жидкости, когда меньше частиц воздуха возвращают их в жидкое состояние. Поэтому температура, при которой закипает вода, снижается примерно на 0,5 °C на каждые 150 метров высоты; в Денвере, «городе на высоте мили», вода кипит при 95 °C.