Другими словами, у нас нет оснований сомневаться в том, что переходящее в крещендо метафизическое вступление Пастера к его сорбоннской лекции было не только элегантным украшением. Касаясь религиозного значения своих экспериментов, Пастер сразу перешел к тому, почему его лекция привлекла такое внимание и почему он потратил так много сил, дабы омрачить уход на пенсию столь компетентного и уважаемого провинциального биолога, как Пуше.
Глава 2
Битва за электрон
Оригинальный эксперимент Милликена убедил научную общественность в том, что любой электрический заряд кратен элементарному электрическому заряду, то есть заряду электрона, и определил его величину. В дальнейшем все иные методы измерения этой фундаментальной постоянной давали ту же цифру.
Эта глава возвращает нас в начало прошлого века к работам самого знаменитого американского ученого 1910–1920-х годов, уроженца Иллинойса, физика Роберта Милликена. В 1907 году не добившийся карьерных высот Милликен решил сделать ставку на то, что впоследствии помогло ему получить Нобелевскую премию по физике (вторую в истории Америки). Все последующие десять лет он посвятил решению одного из наиболее обсуждаемых вопросов в науке начала XX века. Поначалу он захотел узнать, образуется ли электричество из дискретных частиц (электронов) или, как считали многие физики того времени, это лишь нематериальный импульс некой силы. Поскольку электроны, частицы, из которых, как полагал Милликен, состоят атомы, были настолько малы, что он и не надеялся их увидеть, нужно было искать косвенные свидетельства их существования.
Избранный Милликеном путь был изящен и прост: он решил продемонстрировать, что совокупный электрический эффект обусловлен огромным количеством крохотных заряженных точек. Его гениальное предположение сводилось к тому, что, если это происходит на самом деле, разница в электрическом заряде разных молекул всегда будет кратна наименьшей величине, отличающей две отдельные молекулы друг от друга, и эта минимальная разница в заряде двух молекул должна соответствовать заряду одного электрона. Поэтому если полученные Милликеном данные говорили ему, что различные молекулы имеют заряды, скажем, 4, 8, 12, 24, то можно предположить, что единичный заряд электрона равен 4. Если удастся решить эту задачу, т. е. определить электрический заряд электрона (e), — размышлял он, — то я получу ответ на главный вопрос. Наличие разницы в заряде двух заряженных частиц, которая всегда точно делится на е, будет достаточно надежным свидетельством того, что основу электрической энергии действительно составляют дискретные частицы — электроны.
В течение многих тысячелетий вряд ли существовало поколение, в котором кто-либо из серьезных мыслителей не предлагал бы идею о том, что все, живущее на Земле, состоит из бесконечно малых дискретных частиц вещества. Но только в последние примерно 100 лет удалось получить эмпирические данные, подтверждавшие это интуитивное знание. В 1890-е годы стало казаться, что ответ на этот фундаментальный вопрос вот-вот появится. Некоторые современные ученые говорят, что заниматься физикой в те времена было настоящим счастьем. Огромное количество новых открытий порождало атмосферу приподнятости, и Милликен быстро поддался этому всеобщему энтузиазму. Он и многие другие ученые жаждали понять, что такое электричество, радиация, катодные и рентгеновские лучи, носят ли они материальную основу или являются результатом действия некой нематериальной силы. Поиск ответа на этот вопрос приобрел невероятное значение. По словам самого Милликена, «это было фундаментальной проблемой современной физики».
Основная часть данных в поддержку корпускулярной теории электричества была получена в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета и в Манчестерском университете. Там выдающиеся ученые Эрнест Резерфорд, Дж. Дж. Томсон и Ч. Т. Р. Вильсон разрабатывали уникальные приборы, которые открывали путь к изучению атомных частиц. Физики без устали экспериментировали с влажным воздухом и каплями воды, возникавшими вокруг свободных ионов, с пучками катодных лучей. В 1897 году, например, Дж. Дж. Томсон пропускал катодные лучи через стеклянную трубку, вызывая ее свечение (как в современном телевизоре). Он обнаружил, что может отклонять катодные лучи в магнитном и электрическом поле. Возможность воздействия на поведение лучей показало, что они имеют электрическую природу и сродни световым волнам.