Как был открыт электрон (1897): день, когда атом был «расколот» | Электричество, эп. 10

Королевский институт, Лондон, 30 апреля 1897 года, девять часов вечера. Застенчивый профессор из Кембриджа, которому нельзя доверить даже собственную стеклянную посуду, стоит за скамьей с раскаленными трубками и рассказывает аудитории, что свечение внутри них — это поток частиц, в тысячу раз легче самого легкого известного атома, и что они возникают из всех видов материи, которые он пробовал. Атом, «то, что нельзя разрезать», содержит внутри себя нечто меньшее; один из физиков в зале предположил, что лекция — это шутка. Этот заключительный эпизод прослеживает путь электрона от трубок Гейсслера и мальтийского креста Крукса, через неудачный эксперимент Герца, окно Ленарда, чашку Перрена и рентгеновские лучи Рентгена, к трубке Томсона 1897 года, облаку Вильсона, каплям масла Милликана, а затем вся серия возвращается назад с электроном внутри и движется вперед к вентилю, ядру, электронной волне и транзистору. ◀ Предыдущий эпизод:    • Tesla vs Edison: The War That Ended in an ...   ▶ Полный сериал по порядку:    • How Humanity Discovered Electricity (Seaso...   Это 10-й эпизод, последний из серии «Как человечество открыло электричество» от Principia, посвященной истории физики. Физика не просто рассказывается, а показывается: расстояние, которое пролетает катодный луч между столкновениями, вычисляется в зависимости от давления в трубке, чтобы показать, почему Герц не наблюдал отклонения, а Томсон наблюдал; луч в трубке Томсона изгибается на 200 вольт на пластинах с реальной геометрией (17 миллиметров в масштабе); пересекающиеся электрическое и магнитное поля дают скорость, 30 000 километров в секунду, а одна только магнитная дуга дает отношение массы к заряду, в тысячу раз меньшее, чем у водорода; Облако Вильсона и капли масла Милликана анализируются с помощью закона Стокса, сорок смоделированных капель падают на целые кратные одному заряду; вычисляется дрейф электронов в медном проводе при силе тока в один ампер (0,07 миллиметра в секунду) против силы тока, распространяющейся почти со скоростью света; альфа-частицы пролетают мимо ядра золота, орбиты Бора дают линии Бальмера, а дифракционные кольца электронов 1927 года вычисляются из длины волны де Бройля. ГЛАВЫ 00:00 Улица Альбемарл, 1897 год 01:18 Свечение 02:58 Волны или частицы 04:32 X 06:02 Кембридж 07:30 Взвешивание луча 09:12 Корпускулы 10:59 Капля 12:19 Всё снова 14:20 Что было после 16:02 Где мы находимся ИСТОЧНИКИ • Дж. Дж. Томсон, «Катодные лучи», Philosophical Magazine 44, 293–316 (октябрь 1897 г.); выступление в Королевском институте от 30 апреля 1897 г.; «О массах ионов в газах при низком давлении», Phil. Mag. 48, 547 (1899 г.) • Г. Герц, Annalen der Physik 19 (1883 г.); П. Ленард, Annalen der Physik 51 (1894); Ж. Перрен, Comptes Rendus 121 (1895 г.); Джей Джей Томсон, Воспоминания и размышления (1936) • В. К. Рентген (28 декабря 1895 г.); Дж. Дж. Томсон и Э. Резерфорд, Phil. Маг. 42 (1896) • Э. Вихерт, Кенигсберг (январь 1897 г.); П. Зееман, Фил. Маг. 43 (1897 г.); Дж. Дж. Стоуни, Trans. Королевское Дублинское общество (1891) • Р. А. Милликан, «Об элементарном электрическом заряде и постоянной Авогадро», Physical Review 2, 109 (1913) • Исторические изображения: см. источники ЗАМЕЧАНИЕ О ЧИСЛАХ Трубка Томсона смоделирована с пластинами длиной 5 сантиметров и расстоянием между ними 1,5 сантиметра, напряжением 200 вольт между ними и экраном на расстоянии 11 сантиметров за пластинами; при скорости излучения 30 000 километров в секунду пятно перемещается примерно на 17 миллиметров. Опубликованные Томсоном значения m/e находились в диапазоне от 1,1 до 1,5 × 10⁻⁷ грамм на электромагнитную единицу для каждого газа и катода, которые он исследовал, против примерно 10⁻⁴ для иона водорода; современное соотношение составляет 1 к 1836. Его заряд 1899 года, 6,5 × 10⁻¹⁰ электростатических единиц, примерно на треть выше современного значения. Средняя длина свободного пробега рассчитана для воздуха при комнатной температуре; давления Герца и Томсона являются репрезентативными, а не измеренными. Скорость дрейфа рассчитана на основе 8,5 × 10²⁸ электронов проводимости на кубический метр меди. АВТОРЫ Исторические сцены представляют собой кинематографические реконструкции; Архивные изображения: Дж. Дж. Томсон (1913), Уильям Крук, Юлиус Плюкер (литография, 1856), Филипп Ленард (1900), Жан Перрен (1908), Вильгельм Рентген и рентгеновский снимок руки его жены (22 декабря 1895 г.), Эрнест Резерфорд (1892, CC BY 4.0), Питер Зееман и Хендрик Лоренц, Джордж Джонстон Стоуни, Роберт Милликан (1923), Нильс Бор; лекция Фарадея в Королевском институте (1856); трубка Томсона, рисунки из журнала «Философский журнал» (1897); разрядные трубки типа Крукса (коллекция Уэллкома, CC BY 4.0); трубка Гольдштейна (Вюрцбург, CC0); Аппарат Милликана для измерения концентрации масла в каплях (Музей науки и промышленности, Чикаго, CC0) и схема 1917 года; камера электронной дифракции Г. П. Томсона (CC BY 4.0); портреты Герца, Максвелла, Фарадея и Ома. Все материалы находятся в общественном достоянии, если не указ...