1.1 Entdeckung des Elektrons und der Radioaktivität.

Die Geburt von Ideen über die komplexe Struktur des Atoms

Die diskrete Natur des elektrischen Stroms spiegelt sich in Faradays Arbeiten zur Elektrolyse wider – der gleiche Strom führt zur Freisetzung unterschiedlicher Stoffmengen an den Elektroden, je nachdem, welcher Stoff gelöst wird. Wenn ein Mol eines einwertigen Stoffes freigesetzt wird, gelangt eine Ladung von 96.500 C durch den Elektrolyten, bei einem zweiwertigen Stoff verdoppelt sich die Ladung. Nach seiner Definition Ende des 19. Jahrhunderts. Die Avogadro-Zahl ermöglichte es, die Größe der elementaren elektrischen Ladung abzuschätzen. Da 6,02 · 10 23 Atome eine Ladung von 96.500 C übertragen, beträgt der Anteil von einem 1,2-10 -19 C. Daher ist dies der kleinste Teil der Elektrizität oder ein „Atom der Elektrizität“. Georg Stoney schlug vor, dieses „Atom der Elektrizität“ Elektron zu nennen.

Die Arbeit mit Strömungen in Gasen wird durch die Schwierigkeiten erschwert, eine verdünnte Gasumgebung zu schaffen. Der deutsche Glasbläser G. Geisler stellte Unterhaltungsröhren aus verdünntem Gas her, die glühten, wenn elektrischer Strom durch sie geleitet wurde. In ihnen entdeckte V. Gitthoff die Strahlung der Kathode, die eine sogenannte Fluoreszenz der Röhrenwände verursachte Kathodenstrahlen. Wie der englische Physiker W. Crookes feststellte, breiteten sich diese Strahlen geradlinig aus, wurden durch ein Magnetfeld abgelenkt und hatten eine mechanische Wirkung.

Der französische Physiker J. Perrin platzierte einen Metallzylinder mit einem Loch gegenüber der Kathode in der Röhre vor der Kathode und entdeckte, dass der Zylinder negativ geladen war. Als die Strahlen durch das Magnetfeld abgelenkt wurden und nicht in den Zylinder eindrangen, stellte sich heraus, dass dieser ungeladen war. Zwei Jahre später platzierte J. Thomson den Zylinder nicht vor der Kathode, sondern an der Seite: Ein mitgebrachter Magnet beugte die Kathodenstrahlen so, dass sie in den Zylinder eindrangen und ihn negativ aufluden, der fluoreszierende Fleck auf dem Glas verschob sich jedoch. Das bedeutet, dass es sich bei den Strahlen um negativ geladene Teilchen handelt. Ein solches Messgerät wird als Hochvakuum-Kathodenstrahlröhre bezeichnet. Unter dem Einfluss der Lorentzkraft, die durch das im Bereich des Kondensators eingeschaltete Magnetfeld verursacht wird, verschiebt sich die Leuchtspur des Strahleinfalls auf dem Bildschirm. So wurde 1895 eine neue Wissenschaft geboren – Elektronik.

Thomson wirkte gleichzeitig mit elektrischen und magnetischen Feldern und veränderte deren Stärke. Er wählte sie so aus, dass sie kompensiert wurden, die Kathodenstrahlen nicht abwichen und der Fleck auf dem Glas sich nicht bewegte. Er ermittelte das Verhältnis der elektrischen Ladung zur Teilchenmasse e/t = 1,3 · 10 -7 C/g. Unabhängig von Thomson wurde dieser Wert von V. Kaufman für Kathodenstrahlen gemessen und ergab einen ähnlichen Wert. Thomson nannte dieses Teilchen Korpuskel, und ein Elektron ist nur seine Ladung, aber dann wurde das Teilchen der Kathodenstrahlen selbst Elektron genannt (aus dem Griechischen). Elektron - Bernstein).

Die Entdeckung des Elektrons und die Erforschung seiner einzigartigen Eigenschaften regten die Erforschung der Struktur des Atoms an. Die Prozesse der Energieaufnahme und -abgabe durch Materie wurden klar; Ähnlichkeiten und Unterschiede chemischer Elemente, ihre chemische Aktivität und Inertheit; die innere Bedeutung von D. I. Mendeleevs Periodensystem der chemischen Elemente, die Natur chemischer Bindungen und die Mechanismen chemischer Reaktionen; Es sind völlig neue Geräte aufgetaucht, bei denen die Bewegung von Elektronen eine entscheidende Rolle spielt. Die Ansichten über die Natur der Materie änderten sich. Mit der Entdeckung des Elektrons (1897) begann das Zeitalter der Atomphysik.

Aus zahlreichen Experimenten zur Übertragung von Elektronen durch Materie kam J. Thomson zu dem Schluss, dass die Anzahl der Elektronen in einem Atom mit der Größe der Atommasse zusammenhängt. Im Normalzustand muss das Atom jedoch elektrisch neutral sein, und daher ist in jedem Atom die Anzahl der Ladungen unterschiedlicher Vorzeichen gleich. Da die Masse eines Elektrons etwa 1/2000 der Masse eines Wasserstoffatoms beträgt, muss die Masse der positiven Ladung das 2000-fache der Masse des Elektrons betragen. Beispielsweise ist bei Wasserstoff fast seine gesamte Masse mit einer positiven Ladung verbunden. Mit der Entdeckung des Elektrons tauchten sofort neue Probleme auf. Ein Atom ist neutral, das heißt, es müssen andere Teilchen mit einer positiven Ladung in ihm sein. Sie wurden noch nicht geöffnet.

Der französische Physiker A. Becquerel entdeckte (1896) beim Studium der Lumineszenz das Phänomen der Radioaktivität. Er interessierte sich für den Zusammenhang zwischen der Fluoreszenz der Kathodenstrahlen an den Wänden der Röhre und den von diesem Teil der Röhre emittierten Röntgenstrahlen. Durch die Bestrahlung verschiedener Substanzen versuchte er herauszufinden, ob von mit Sonnenlicht bestrahlten phosphoreszierenden Körpern Röntgenstrahlen emittiert werden können. Bald nahmen sich die Curies der Sache an und entdeckten ein aktiveres Element, das sie zu Ehren Polens, dem Geburtsort von Marie Curie, Polonium nannten. Als Sklodowska-Curie das Ausmaß des Effekts maß, entdeckte er ein neues Element – ​​Radium – und nannte den Strahlungseffekt selbst Radioaktivität(von lat. Radio- Ich sende Strahlen aus). Die Strahlungsintensität von Radium ist hunderttausendmal größer als die von Uran. Dann wurde das dritte radioaktive Element entdeckt – Actinium. Und es gab einen gewissen „Boom“ bei der Erforschung der Radioaktivität.

Ende 1899 kam J. Thomsons Mitarbeiter E. Rutherford zu dem Schluss: „... Experimente zeigen, dass die Strahlung von Uran komplex ist und aus mindestens zwei verschiedenen Arten besteht: eine schnell absorbierte, nennen wir sie a-Strahlung; eine andere, durchdringendere, nennen wir es

-Strahlung." Drei Jahre später entdeckte P. Villar eine weitere Komponente der Strahlung, die nicht durch ein Magnetfeld abgelenkt wurde; sie wurde -Strahlen genannt. Radioaktivität fand schnell Anwendung in Naturwissenschaften und Medizin.

Das Atom galt nicht mehr als unteilbar. Die Idee des Aufbaus aller Atome aus Wasserstoffatomen wurde bereits 1815 vom englischen Arzt W. Prout geäußert. Zweifel an der Unteilbarkeit der Atome führten zur Entdeckung der Spektralanalyse und des Periodensystems der chemischen Elemente. Es stellte sich heraus, dass das Atom selbst eine komplexe Struktur ist, bei der interne Bewegungen seiner Bestandteile für die charakteristischen Spektren verantwortlich sind. Es tauchten Modelle seiner Struktur auf.

Das Modell eines Atoms – eine positive Ladung ist in einem positiv geladenen, ziemlich großen Bereich (möglicherweise kugelförmig) verteilt und Elektronen sind darin eingestreut, wie „Rosinen in einem Pudding“ – wurde 1902 von Kelvin vorgeschlagen. J. Thomson entwickelte seine Idee: Ein Atom ist ein Puddingtropfen aus positiv geladener Materie, in dem Elektronen verteilt sind, die sich in einem Schwingungszustand befinden. Aufgrund dieser Schwingungen senden Atome elektromagnetische Energie aus; Auf diese Weise konnte er die Streuung des Lichts erklären, es stellten sich jedoch viele Fragen. Um das Periodensystem der chemischen Elemente zu erklären, untersuchte er verschiedene Konfigurationen von Elektronen und legte nahe, dass stabile Konfigurationen der Struktur inaktiver Elemente wie Edelgase entsprechen und instabile Konfigurationen aktiveren. Basierend auf den Wellenlängen des von Atomen emittierten Lichts schätzte Thomson die von einem solchen Atom eingenommene Fläche auf etwa 10 -10 m. Er machte viele Annahmen und ließ sich seither von der Berechnung der Strahlungseigenschaften nach Maxwells Theorie hinreißen glaubte, dass im Inneren des Atoms nur elektromagnetische Kräfte wirken. Im Jahr 1903 gelangte Thomson zu der Erkenntnis, dass Elektronen bei ihrer Bewegung elliptische Wellen aussenden sollten. Im Jahr 1904 gelangte Thomson zu der Erkenntnis, dass Elektronen, wenn die Anzahl der Elektronen mehr als 8 beträgt, in Ringen angeordnet sein sollten und dass ihre Anzahl in jedem Ring mit abnehmendem Ringradius abnehmen sollte. Aufgrund der Anzahl der Elektronen können radioaktive Atome nicht stabil bleiben; sie emittieren Alphateilchen und es entsteht eine neue Atomstruktur. Das Experiment von E. Rutherford, einem von Thomsons Schülern, führte zum Kernmodell der Atomstruktur.

Entdeckungen am Ende des 19. Jahrhunderts. - Röntgenstrahlen (1895), natürliche Radioaktivität (Becquerel, 1896), Elektronen (J. Thomson, 1897), Radium (Pierre und Marie Curie, 1898), die Quantennatur der Strahlung (Planck, 1900) waren der Beginn einer Revolution in der Wissenschaft.

1.2 Planetenmodell der Struktur des Atoms. Moderne Wissenschaft und Bohrs Postulate

Das Planetenmodell der Atomstruktur wurde erstmals von J. Perrin vorgeschlagen und versuchte, die beobachteten Eigenschaften durch die Umlaufbewegung von Elektronen zu erklären. Aber V. Vin hielt es für unhaltbar. Erstens: Wenn sich ein Elektron dreht, muss es gemäß der klassischen Elektrodynamik kontinuierlich Energie abstrahlen und schließlich auf den Kern fallen. Zweitens sollte die Strahlung eines Atoms aufgrund des kontinuierlichen Energieverlusts ein kontinuierliches Spektrum haben, es wird jedoch ein Linienspektrum beobachtet.

Experimente zum Durchgang von α-Teilchen durch dünne Platten aus Gold und anderen Metallen wurden von den Mitarbeitern von E. Rutherford, E. Marsden und H. Geiger (1908), durchgeführt. Sie fanden heraus, dass fast alle Partikel die Platte ungehindert passieren und nur 1/10.000 von ihnen eine starke Ablenkung erfahren – bis zu 150°. Thomsons Modell konnte dies nicht erklären, aber Rutherford, sein ehemaliger Assistent, schätzte den Anteil der Abweichungen und kam zum Planetenmodell: Die positive Ladung ist in einem Volumen in der Größenordnung von 10 bis 15 mit einer signifikanten Masse konzentriert.

Unter der Annahme, dass die Bahnen der Elektronen in einem Atom feststehen, gelangte Thomson 1913 auch zu einem Planetenmodell der Struktur des Atoms. Als er jedoch das Problem der Stabilität eines solchen Atoms mithilfe des Coulombschen Gesetzes löste, fand er eine stabile Umlaufbahn für nur ein Elektron. Weder Thomson noch Rutherford konnten die Emission von Alphateilchen beim radioaktiven Zerfall erklären – es stellte sich heraus, dass sich im Zentrum des Atoms Elektronen befinden müssen?! Sein Assistent G. Moseley maß die Frequenz der Spektrallinien mehrerer Atome des Periodensystems und stellte fest, dass „ein Atom einen bestimmten charakteristischen Wert hat, der bei der Bewegung von Atom zu Atom regelmäßig zunimmt.“ Diese Größe kann nichts anderes sein als die Ladung des inneren Kerns.“

Die Konstruktion einer Theorie der Atomstruktur auf der Grundlage des Planetenmodells stieß auf viele Widersprüche.

Der dänische Physiker N. Bohr versuchte zunächst, die klassische Mechanik und Elektrodynamik auf das Problem der Abbremsung geladener Teilchen bei der Bewegung durch Materie anzuwenden, doch für einen gegebenen Wert der Elektronenenergie wurde es möglich, beliebige Bahnparameter (oder Frequenzen) zuzuweisen ) dazu, was zu Paradoxien führte.

Bohr stimmte der Theorie der Atomstruktur mit dem Problem der Entstehung von Spektren zu. Er ergänzte Rutherfords Modell um Postulate, die die Stabilität des Atoms und das Linienspektrum seiner Strahlung sicherstellten. Bohr gab die Ideen der klassischen Mechanik auf und wandte sich Plancks Quantenhypothese zu: Ein bestimmter Zusammenhang zwischen der kinetischen Energie im Ring und der Umlaufperiode ist eine Übertragung des Zusammenhangs E= hv , drückt die Beziehung zwischen Energie und Frequenz des Oszillators für ein System aus, das sich periodisch bewegt. Die Spektralformeln von Balmer, Rydberg und Ritz ermöglichten es, die Anforderungen zur Gewährleistung der Stabilität des Atoms und der Liniennatur des Spektrums des Wasserstoffatoms zu formulieren: Im Atom gibt es mehrere stationäre Zustände (bzw. Elektronenbahnen im Planeten). Modell), bei dem das Atom keine Energie abgibt; Wenn sich ein Elektron von einer stationären Umlaufbahn in eine andere bewegt, emittiert oder absorbiert das Atom einen Teil der Energie proportional zur Frequenz, im Einklang mit der Rydberg-Ritz-Frequenzregel.

Der 30. April 1897 gilt offiziell als Geburtstag des ersten Elementarteilchens – des Elektrons. An diesem Tag machte der Leiter des Cavedish Laboratory und Mitglied der Royal Society of London, Joseph John Thomson, eine historische Ankündigung: Kathodenstrahlen„an der Royal Institution of Great Britain, in der er verkündete, dass seine langjährige Forschung zur elektrischen Entladung in Gasen bei niedrigem Druck zur Aufklärung der Natur der Kathodenstrahlen geführt habe. Durch die Platzierung einer Gasentladungsröhre in gekreuzten magnetischen und elektrischen Bereichen Durch die Beobachtung der kompensierenden Wirkung dieser Felder bestimmte er zuverlässig die spezifische Ladung der Teilchen, deren Fluss war Kathodenstrahlen.

Die Idee der diskreten Natur elektrischer Ladung hat sich dank früherer Studien elektrischer Phänomene in der Wissenschaft fest etabliert. Sogar Michael Faraday (1791-1867) stellte in der ersten Hälfte der 1830er Jahre bei der Untersuchung des Stromflusses durch Elektrolyte fest, dass zur Freisetzung eines Grammäquivalents einer beliebigen Substanz an der Elektrode die gleiche Menge Strom durchfließen muss die Lösung, die als Faraday-Zahl bekannt wurde.

In seinem Werk schrieb er: „Die Atome von Körpern ... enthalten gleiche Mengen an Elektrizität, die von Natur aus mit ihnen verbunden sind.“ Dennoch kam er nicht zu dem Schluss, dass es eine Mindestgrundladung gibt.

Der irische Physiker Stoney Stoney (1826-1911) gelangte 1874 anhand der Gesetze der Elektrolyse zu dieser Schlussfolgerung und postulierte 1891 die Existenz einer Ladung in einem Atom, das er Elektron nannte. Aber diese Vorhersagen implizierten natürlich, dass der Träger der negativen Elektrizität ein Partikel einer Substanz sein würde, beispielsweise Ionen in einem Elektrolyten, die auf der positiven Elektrode abgelagert wurden.

Das von J. J. Thomson erzielte Ergebnis erwies sich jedoch für seine Zeitgenossen als völlig unerwartet und sogar paradox. Zunächst zeigte eine Reihe durchgeführter Experimente, dass die Ergebnisse von Messungen mit Kathodenstrahlen völlig unabhängig von der Art des Gases waren, in dem die Entladung stattfand. Darüber hinaus erwies sich das gemessene Verhältnis e/m (spezifische Ladung) als ungewöhnlich groß: Es war fast zweitausendmal größer als das Verhältnis des Wertes der elementaren elektrischen Ladung zur Masse des leichtesten Wasserstoffatoms. Er betonte auch, dass die von ihm entdeckten Teilchen Teil der Atome jedes Gases seien. Lassen Sie uns hier die Worte von J. J. Thomson zu diesem Thema zitieren: „Das Ergebnis daraus ist offensichtlich ein Ladungswert, der von der Natur des Gases unabhängig ist, da die Ladungsträger für jedes Gas gleich sind. Somit ist Kathodenstrahlen stellen einen neuen Zustand der Materie dar, einen Zustand, in dem die Aufteilung der Materie viel weiter geht als im Fall des gewöhnlichen gasförmigen Zustands, ... diese Materie stellt die Substanz dar, aus der alle chemischen Elemente aufgebaut sind.“

Noch vor der Entdeckung des Elektrons bewies J. J. Thomson zuverlässig die korpuskuläre Natur der Kathodenstrahlen, die von vielen prominenten Wissenschaftlern (Heinrich Hertz, Philip Lenard usw.) für elektromagnetische Wellen gehalten wurden. I. Pulyuy tat dasselbe.

Später (1903) stellte J. J. Thomson ein Atommodell vor, in dem Elektronen in Form punktförmiger einzelner Teilchen enthalten waren, die in der kontinuierlich positiv geladenen Umgebung des Atoms schwebten. Man sollte sich darüber im Klaren sein, wie schwierig es damals war, sich ein Atom in Form eines Hohlraums vorzustellen, in dem positive Ladungen in einem kleinen Volumen des zentralen Kerns konzentriert waren. (Doch ein ähnliches Planetenmodell wurde bereits 1901 vom französischen Wissenschaftler Jean Perrin und dann 1904 vom japanischen Physiker Hantaro Nagaoka vorgeschlagen, der die Elektronen in einem Atom mit den Ringen des Planeten Saturn verglich.) J. J. Thomson führte 1904 auch die Idee ein, dass Elektronen in Atomen in separate Gruppen unterteilt sind und dadurch die Periodizität der Eigenschaften chemischer Elemente bestimmen. Der kleine Wert der Masse des Elektrons wurde als Maß für die Trägheit genommen, die dem elektrischen Feld des Teilchens selbst innewohnt. Zu Beginn seiner wissenschaftlichen Laufbahn (1881) zeigte J. J. Thomson, dass eine elektrisch geladene Kugel ihre träge Masse um einen bestimmten Betrag erhöht, der von der Größe der Ladung und dem Radius der Kugel abhängt, und führte damit das Konzept ein elektromagnetische Masse. Die von ihm ermittelte Beziehung wurde verwendet, um die Größe eines Elektrons unter der Annahme abzuschätzen, dass seine gesamte Masse elektromagnetischer Natur ist. Dieser klassische Ansatz zeigte, dass die Größe eines Elektrons Hunderttausende Male kleiner ist als die Größe eines Atoms.

Interessant ist, dass die Entdeckung des Elektrons der Entdeckung des Protons vorausging, die durch Untersuchungen der Kanalstrahlen in einer Crookes-Röhre vorangetrieben wurde. Diese Strahlen wurden 1886 vom deutschen Physiker Eugen Holstein (1850-1930) aus dem Glühen entdeckt, das sich in einem Kanal in der Kathode bildete.

Im Jahr 1895 stellte J. Perrin die positive Ladung fest, die von Kanalteilchen getragen wird. Der deutsche Physiker Wilhelm Wien (1864-1928) bestimmte 1902 durch Messungen in gekreuzten magnetischen und elektrischen Feldern die spezifische Ladung von Teilchen, die beim Füllen der Röhre mit Wasserstoff dem Gewicht des positiven Ions des Wasserstoffatoms entsprach .

Die Entdeckung des Elektrons beeinflusste unmittelbar die gesamte Weiterentwicklung der Physik. Im Jahr 1898 stellten mehrere Wissenschaftler (K. Rikke, P. Drude und J. Thomson) unabhängig voneinander das Konzept freier Elektronen in Metallen vor. Dieses Konzept wurde später als Grundlage für die Drude-Lorentz-Theorie verwendet. A. Poincaré betitelte sein grundlegendes Werk zur Relativitätstheorie „Über die Dynamik des Elektrons“. Doch all dies war nicht nur der Beginn der rasanten Entwicklung der Elektronenphysik, sondern auch der Beginn einer revolutionären Transformation der grundlegenden physikalischen Prinzipien. Mit der Entdeckung des Elektrons brach die Idee der Unteilbarkeit des Atoms zusammen, und danach begannen sich die ersten Ideen einer völlig nichtklassischen Theorie des Verhaltens von Elektronen in Atomen zu bilden.

Im vergangenen Jahrhundert hat die Bedeutung der Entdeckung des Elektrons kontinuierlich zugenommen.

Seine Arbeiten widmen sich der Untersuchung des Durchgangs von elektrischem Strom durch verdünnte Gase, der Untersuchung von Kathoden- und Röntgenstrahlen sowie der Atomphysik. Er entwickelte auch die Theorie der Elektronenbewegung in magnetischen und elektrischen Feldern. Und 1907 schlug er das Funktionsprinzip eines Massenspektrometers vor. Für seine Arbeiten über Kathodenstrahlen und die Entdeckung des Elektrons erhielt er 1906 den Nobelpreis.

?Ministerium für Bildung und Wissenschaft der Russischen Föderation
Haushaltsbildungseinrichtung des Bundeslandes
höhere Berufsausbildung
„Staatliche Pädagogische Akademie Sterlitamak
ihnen. Zainab Biisheva“
Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften

Abteilung für Allgemeine Physik

Aufsatz
Geschichte der Entdeckung der Elektronen

Abgeschlossen von: Student der Gruppe FM-52
Saifetdinov Arthur
Geprüft von: Ph.D., außerordentlicher Professor Korkeshko O.I.

Sterlitamak 2011Einführung
Kapitel I. Hintergrund der Entdeckung
Kapitel II. Entdeckung des Elektrons

3.1. Thomsons Experiment
3.2. Rutherfords Erfahrung
3.3. Millikan-Methode
3.3.1. Kurze Biographie:

3.3.3. Beschreibung der Installation



Abschluss
Literatur

Einführung

ELEKTRON – das erste entdeckte Elementarteilchen; der materielle Träger der kleinsten Masse und der kleinsten elektrischen Ladung in der Natur; Bestandteil eines Atoms.
Die Elektronenladung beträgt 1,6021892. 10. bis 19. Klasse
- 4.803242. 10-10 Einheiten SGSE.
Die Masse des Elektrons beträgt 9,109534. 10-31 kg.
Spezifische Gebühr e/me 1,7588047. 1011 Cl. kg -1.
Der Elektronenspin ist gleich 1/2 (in Einheiten von h) und hat zwei Projektionen ±1/2; Elektronen gehorchen der Fermi-Dirac-Statistik, Fermionen. Sie unterliegen dem Pauli-Ausschlussprinzip.
Das magnetische Moment eines Elektrons beträgt - 1,00116 mb, wobei mb das Bohr-Magneton ist.
Das Elektron ist ein stabiles Teilchen. Nach experimentellen Daten beträgt die Lebensdauer te > 2. 1022 Jahre alt.
Nimmt nicht an der starken Wechselwirkung teil, Lepton. Die moderne Physik betrachtet das Elektron als ein echtes Elementarteilchen, das weder Struktur noch Größe hat. Sind letztere ungleich Null, dann beträgt der Elektronenradius re< 10 -18 м.

Kapitel I. Hintergrund der Entdeckung

Die Entdeckung des Elektrons war das Ergebnis zahlreicher Experimente. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Die Existenz des Elektrons wurde in mehreren unabhängigen Experimenten nachgewiesen. Doch trotz des kolossalen experimentellen Materials, das ganze nationale Schulen angesammelt hatten, blieb das Elektron ein hypothetisches Teilchen, da die Erfahrung eine Reihe grundlegender Fragen noch nicht beantwortet hatte. In Wirklichkeit dauerte die „Entdeckung“ des Elektrons mehr als ein halbes Jahrhundert und endete nicht im Jahr 1897; Daran beteiligten sich viele Wissenschaftler und Erfinder.
Erstens gab es kein einziges Experiment mit einzelnen Elektronen. Die Elementarladung wurde auf der Grundlage von Messungen der mikroskopischen Ladung berechnet, wobei die Gültigkeit einer Reihe von Hypothesen vorausgesetzt wurde.
An einem grundsätzlich wichtigen Punkt herrschte Unsicherheit. Das Elektron entstand zunächst als Ergebnis einer atomaren Interpretation der Gesetze der Elektrolyse, dann wurde es in einer Gasentladung entdeckt. Es war nicht klar, ob es sich in der Physik tatsächlich um dasselbe Objekt handelte. Eine große Gruppe skeptischer Naturwissenschaftler glaubte, dass die Elementarladung ein statistischer Mittelwert von Ladungen unterschiedlichster Größe sei. Darüber hinaus lieferte keines der Experimente zur Messung der Elektronenladung streng wiederholbare Werte.
Es gab Skeptiker, die die Entdeckung des Elektrons im Allgemeinen ignorierten. Akademiker A.F. Ioffe in seinen Erinnerungen an seinen Lehrer V.K. Roentgene schrieb: „Bis 1906 – 1907. Das Wort Elektron hätte am Physikalischen Institut der Universität München nicht fallen dürfen. Röntgen hielt es für eine unbewiesene Hypothese, die oft ohne ausreichende Begründung und unnötig verwendet wurde.“
Die Frage nach der Masse des Elektrons ist nicht geklärt und es ist nicht bewiesen, dass die Ladungen sowohl auf Leitern als auch auf Dielektrika aus Elektronen bestehen. Der Begriff „Elektron“ hatte keine eindeutige Interpretation, da das Experiment die Struktur des Atoms noch nicht enthüllt hatte (Rutherfords Planetenmodell erschien 1911 und Bohrs Theorie 1913).
Das Elektron ist noch nicht in theoretische Konstruktionen eingegangen. Die elektronische Theorie von Lorentz ging von einer kontinuierlich verteilten Ladungsdichte aus. Die von Drude entwickelte Theorie der metallischen Leitfähigkeit befasste sich mit diskreten Ladungen, aber es handelte sich hierbei um willkürliche Ladungen, deren Wert keinen Beschränkungen auferlegt war.
Das Elektron hat den Rahmen der „reinen“ Wissenschaft noch nicht verlassen. Erinnern wir uns daran, dass die erste Elektronenröhre erst 1907 erschien. Um vom Glauben zur Überzeugung zu gelangen, war es zunächst notwendig, das Elektron zu isolieren und eine Methode zur direkten und genauen Messung der Elementarladung zu erfinden.
Die Lösung dieses Problems ließ nicht lange auf sich warten. Im Jahr 1752 wurde die Idee der Diskretheit der elektrischen Ladung erstmals von B. Franklin geäußert. Experimentell wurde die Diskretion der Ladungen durch die Gesetze der Elektrolyse begründet, die 1834 von M. Faraday entdeckt wurden. Der numerische Wert der Elementarladung (die kleinste in der Natur vorkommende elektrische Ladung) wurde theoretisch auf der Grundlage der Gesetze der Elektrolyse unter Verwendung der Avogadro-Zahl berechnet . Die direkte experimentelle Messung der Elementarladung wurde von R. Millikan in klassischen Experimenten von 1908 bis 1916 durchgeführt. Diese Experimente lieferten auch den unwiderlegbaren Beweis für die Atomizität der Elektrizität. Nach den Grundkonzepten der elektronischen Theorie entsteht die Ladung eines Körpers durch eine Änderung der Anzahl der darin enthaltenen Elektronen (oder positiver Ionen, deren Ladungswert ein Vielfaches der Ladung des Elektrons beträgt). Daher muss sich die Ladung eines Körpers abrupt und in solchen Abschnitten ändern, die eine ganze Zahl von Elektronenladungen enthalten. Nachdem er experimentell die diskrete Natur der elektrischen Ladungsänderung nachgewiesen hatte, konnte R. Millikan die Existenz von Elektronen bestätigen und den Wert der Ladung eines Elektrons (Elementarladung) mithilfe der Öltropfenmethode bestimmen. Die Methode basiert auf der Untersuchung der Bewegung geladener Öltröpfchen in einem gleichmäßigen elektrischen Feld bekannter Stärke E.

Kapitel II. Entdeckung des Elektrons

Wenn wir außer Acht lassen, was der Entdeckung des ersten Elementarteilchens – dem Elektron – vorausging und was dieses herausragende Ereignis begleitete, können wir kurz sagen: Im Jahr 1897 maß der berühmte englische Physiker THOMSON Joseph John (1856-1940) die spezifische Ladung q/m Kathodenstrahlteilchen – „Körperchen“, wie er sie nannte, basierend auf der Ablenkung von Kathodenstrahlen *) in elektrischen und magnetischen Feldern.
Durch den Vergleich der erhaltenen Zahl mit der damals bekannten spezifischen Ladung des einwertigen Wasserstoffions kam er durch indirekte Überlegungen zu dem Schluss, dass die Masse dieser Teilchen, die später den Namen „Elektronen“ erhielten, deutlich geringer (mehr als) ist tausendmal) als die Masse des leichtesten Wasserstoffions.
Im selben Jahr, 1897, stellte er die Hypothese auf, dass Elektronen ein integraler Bestandteil von Atomen seien und Kathodenstrahlen keine Atome oder elektromagnetische Strahlung seien, wie einige Forscher der Eigenschaften von Strahlen glaubten. Thomson schrieb: „Die Kathodenstrahlen stellen somit einen neuen Zustand der Materie dar, der sich wesentlich vom gewöhnlichen gasförmigen Zustand unterscheidet …; in diesem neuen Zustand ist Materie die Substanz, aus der alle Elemente aufgebaut sind.“
Seit 1897 begann sich das Korpuskularmodell der Kathodenstrahlen allgemein durchzusetzen, obwohl es über die Natur der Elektrizität sehr unterschiedliche Meinungen gab. So glaubte der deutsche Physiker E. Wichert, dass „Elektrizität etwas Imaginäres ist, das eigentlich nur in Gedanken existiert“, und der berühmte englische Physiker Lord Kelvin schrieb im selben Jahr, 1897, über Elektrizität als eine Art „kontinuierliche Flüssigkeit“.
Thomsons Idee von Kathodenstrahlkörperchen als Grundbestandteilen des Atoms stieß nicht auf große Begeisterung. Einige seiner Kollegen dachten, er hätte sie verwirrt, als er vorschlug, Kathodenstrahlteilchen als mögliche Bestandteile des Atoms zu betrachten. Die wahre Rolle der Thomson-Körperchen in der Struktur des Atoms könnte in Kombination mit den Ergebnissen anderer Studien, insbesondere mit den Ergebnissen der Spektrenanalyse und der Untersuchung der Radioaktivität, verstanden werden.
Am 29. April 1897 hielt Thomson seine berühmte Botschaft auf einem Treffen der Royal Society of London. Der genaue Zeitpunkt der Entdeckung des Elektrons – Tag und Stunde – kann aufgrund seiner Einzigartigkeit nicht genannt werden. Diese Veranstaltung war das Ergebnis langjähriger Arbeit von Thomson und seinen Mitarbeitern. Weder Thomson noch irgendjemand sonst hatte jemals tatsächlich ein Elektron beobachtet, noch war irgendjemand in der Lage, ein einzelnes Teilchen aus einem Strahl von Kathodenstrahlen zu isolieren und seine spezifische Ladung zu messen. Der Autor der Entdeckung ist J.J. Thomson, weil seine Vorstellungen über das Elektron den modernen nahe kamen. 1903 schlug er eines der ersten Atommodelle vor – den „Rosinenpudding“, und 1904 schlug er vor, dass die Elektronen in einem Atom in Gruppen unterteilt sind und unterschiedliche Konfigurationen bilden, die die Periodizität chemischer Elemente bestimmen.
Der Ort der Entdeckung ist genau bekannt – das Cavendish Laboratory (Cambridge, Großbritannien). Es wurde 1870 von J.C. Maxwell gegründet und wurde im Laufe der nächsten hundert Jahre zur „Wiege“ einer ganzen Reihe brillanter Entdeckungen in verschiedenen Bereichen der Physik, insbesondere in der Atom- und Kernphysik. Seine Direktoren waren: Maxwell J.K. - von 1871 bis 1879 Lord Rayleigh - von 1879 bis 1884 Thomson J.J. - von 1884 bis 1919 Rutherford E. - von 1919 bis 1937 Bragg L. - von 1938 bis 1953; Stellvertretender Direktor 1923–1935 – Chadwick J.
Wissenschaftliche experimentelle Forschung wurde von einem Wissenschaftler oder einer kleinen Gruppe in einer Atmosphäre kreativer Forschung durchgeführt. Lawrence Bragg erinnerte sich später an seine Arbeit im Jahr 1913 mit seinem Vater Henry Bragg: „Es war eine wundervolle Zeit, in der fast jede Woche neue aufregende Ergebnisse erzielt wurden, wie die Entdeckung neuer goldhaltiger Gebiete, in denen Nuggets direkt vom Boden aufgenommen werden können.“ . Dies dauerte bis zum Beginn des Krieges*), was unsere gemeinsame Arbeit zum Erliegen brachte.“

Kapitel III. Methoden zur Entdeckung des Elektrons

3.1. Thomsons Experiment

Joseph John Thomson Joseph John Thomson, 1856–1940 englischer Physiker, besser bekannt als J. J. Thomson. Geboren in Cheetham Hill, einem Vorort von Manchester, in der Familie eines Antiquitätenhändlers. 1876 ​​erhielt er ein Stipendium für Cambridge. Von 1884 bis 1919 war er Professor an der Abteilung für Experimentalphysik der Universität Cambridge und gleichzeitig Leiter des Cavendish Laboratory, das durch Thomsons Bemühungen zu einem der berühmtesten Forschungszentren der Welt wurde. Gleichzeitig war er von 1905 bis 1918 Professor am Royal Institute in London. Gewinner des Nobelpreises für Physik im Jahr 1906 mit der Formulierung „für seine Studien über den Durchgang von Elektrizität durch Gase“, zu denen natürlich auch die Entdeckung des Elektrons gehört. Auch Thomsons Sohn George Paget Thomson (1892-1975) wurde schließlich Nobelpreisträger für Physik – 1937 für die experimentelle Entdeckung der Elektronenbeugung an Kristallen.
Im Jahr 1897 wurde der junge englische Physiker J. J. Thomson im Laufe der Jahrhunderte als Entdecker des Elektrons berühmt. In seinem Experiment verwendete Thomson eine verbesserte Kathodenstrahlröhre, deren Design durch elektrische Spulen ergänzt wurde, die (gemäß dem Ampere-Gesetz) ein Magnetfeld im Inneren der Röhre erzeugten, und einen Satz paralleler elektrischer Kondensatorplatten, die im Inneren ein elektrisches Feld erzeugten das Rohr. Dadurch wurde es möglich, das Verhalten von Kathodenstrahlen unter dem Einfluss magnetischer und elektrischer Felder zu untersuchen.
Mit einem neuen Röhrendesign zeigte Thomson nacheinander, dass: (1) Kathodenstrahlen in einem Magnetfeld abgelenkt werden, wenn kein elektrisches Feld vorhanden ist; (2) Kathodenstrahlen werden in einem elektrischen Feld abgelenkt, wenn kein Magnetfeld vorhanden ist; und (3) unter der gleichzeitigen Wirkung von elektrischen und magnetischen Feldern ausgeglichener Intensität, die in Richtungen ausgerichtet sind, die jeweils Abweichungen in entgegengesetzte Richtungen verursachen, breiten sich die Kathodenstrahlen geradlinig aus, d. h. die Wirkung der beiden Felder ist gegenseitig ausgeglichen.
Thomson fand heraus, dass die Beziehung zwischen den elektrischen und magnetischen Feldern, bei der sich ihre Wirkungen ausgleichen, von der Geschwindigkeit abhängt, mit der sich die Teilchen bewegen. Nach einer Reihe von Messungen konnte Thomson die Bewegungsgeschwindigkeit der Kathodenstrahlen bestimmen. Es stellte sich heraus, dass sie sich viel langsamer als die Lichtgeschwindigkeit bewegen, was bedeutete, dass Kathodenstrahlen nur Teilchen sein konnten, da sich jede elektromagnetische Strahlung, einschließlich des Lichts selbst, mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet (siehe Spektrum der elektromagnetischen Strahlung). Diese unbekannten Teilchen. Thomson nannte sie „Körperchen“, aber bald wurden sie als „Elektronen“ bekannt.
Es wurde sofort klar, dass Elektronen als Teil von Atomen existieren müssen – woher würden sie sonst kommen? Der 30. April 1897 – das Datum, an dem Thomson auf einer Tagung der Royal Society of London über seine Ergebnisse berichtete – gilt als Geburtstag des Elektrons. Und an diesem Tag gehörte die Idee der „Unteilbarkeit“ der Atome der Vergangenheit an (siehe Atomtheorie des Aufbaus der Materie). Zusammen mit der etwas mehr als zehn Jahre später folgenden Entdeckung des Atomkerns (siehe Rutherfords Experiment) legte die Entdeckung des Elektrons den Grundstein für das moderne Atommodell.
Die oben beschriebenen „Kathoden“-Röhren, genauer: Kathodenstrahlröhren, wurden zu den einfachsten Vorläufern moderner Fernsehbildröhren und Computermonitore, bei denen unter Einfluss streng kontrollierte Mengen an Elektronen aus der Oberfläche einer heißen Kathode herausgeschlagen werden Durch magnetische Wechselfelder werden sie in genau festgelegten Winkeln abgelenkt und bombardieren die phosphoreszierenden Zellen der Bildschirme, wobei sie auf ihnen ein klares Bild erzeugen, das aus dem photoelektrischen Effekt resultiert, dessen Entdeckung ohne unsere Kenntnis der wahren Natur der Kathode ebenfalls unmöglich wäre Strahlen.

3.2. Rutherfords Erfahrung

Ernest Rutherford, Erster Baron Rutherford von Nelson, 1871–1937 neuseeländischer Physiker. Geboren in Nelson als Sohn eines Handwerksbauern. Erhielt ein Stipendium für ein Studium an der University of Cambridge in England. Nach seinem Abschluss wurde er an die kanadische McGill University berufen, wo er zusammen mit Frederick Soddy (1877–1966) die Grundgesetze des Phänomens Radioaktivität aufstellte, wofür er 1908 den Nobelpreis für Chemie erhielt. Bald wechselte der Wissenschaftler an die Universität Manchester, wo Hans Geiger (1882–1945) unter seiner Leitung seinen berühmten Geigerzähler erfand, mit der Erforschung der Struktur des Atoms begann und 1911 die Existenz des Atomkerns entdeckte. Während des Ersten Weltkriegs war er an der Entwicklung von Sonaren (akustischen Radargeräten) zur Ortung feindlicher U-Boote beteiligt. 1919 wurde er zum Professor für Physik und Direktor des Cavendish Laboratory an der Universität Cambridge ernannt und entdeckte im selben Jahr den Kernzerfall als Folge des Beschusses durch hochenergetische schwere Teilchen. Rutherford behielt diese Position bis zu seinem Lebensende und war gleichzeitig viele Jahre lang Präsident der Royal Scientific Society. Er wurde in der Westminster Abbey neben Newton, Darwin und Faraday beigesetzt.
Ernest Rutherford ist insofern ein einzigartiger Wissenschaftler, als er seine wichtigsten Entdeckungen nach Erhalt des Nobelpreises machte. Im Jahr 1911 gelang ihm ein Experiment, das es Wissenschaftlern nicht nur ermöglichte, tief in das Atom zu blicken und Einblicke in seine Struktur zu gewinnen, sondern auch zum Vorbild für Anmut und Tiefe des Designs wurde.

Unter Verwendung einer natürlichen Quelle radioaktiver Strahlung baute Rutherford eine Kanone, die einen gerichteten und fokussierten Partikelstrom erzeugte. Bei der Waffe handelte es sich um einen Bleikasten mit einem schmalen Schlitz, in dem radioaktives Material platziert wurde. Dadurch wurden Partikel (in diesem Fall Alpha-Partikel, bestehend aus zwei Protonen und zwei Neutronen), die von der radioaktiven Substanz in alle Richtungen bis auf eine emittiert wurden, vom Bleischirm absorbiert und nur ein gerichteter Strahl von Alpha-Partikeln wurde durch den Schlitz freigesetzt .
Weiter entlang des Strahlwegs befanden sich mehrere weitere Bleischirme mit schmalen Schlitzen, die Partikel abschneiden, die von einer genau festgelegten Richtung abweichen. Dadurch flog ein perfekt fokussierter Strahl aus Alphateilchen auf das Ziel zu, und das Ziel selbst war ein dünnes Blatt Goldfolie. Es war der Alphastrahl, der sie traf. Nach der Kollision mit den Folienatomen setzten die Alphateilchen ihren Weg fort und trafen auf einen hinter dem Ziel installierten Leuchtschirm, auf dem beim Auftreffen der Alphateilchen Blitze aufgezeichnet wurden. Daraus konnte der Experimentator abschätzen, in welcher Menge und wie stark Alphateilchen durch Kollisionen mit Folienatomen von der Richtung der geradlinigen Bewegung abweichen.
Rutherford stellte jedoch fest, dass keiner seiner Vorgänger auch nur versucht hatte, experimentell zu testen, ob einige Alphateilchen in sehr großen Winkeln abgelenkt wurden. Das Rosinengittermodell berücksichtigte einfach nicht die Existenz von Strukturelementen im Atom, die so dicht und schwer waren, dass sie schnelle Alphateilchen in erheblichen Winkeln ablenken könnten, sodass sich niemand die Mühe machte, diese Möglichkeit zu testen. Rutherford bat einen seiner Studenten, die Anlage so umzurüsten, dass die Streuung von Alphateilchen bei großen Ablenkungswinkeln beobachtet werden könne – nur um sein Gewissen zu bereinigen, um diese Möglichkeit endgültig auszuschließen. Der Detektor war ein mit Natriumsulfid beschichteter Schirm, ein Material, das einen fluoreszierenden Blitz erzeugt, wenn ein Alphateilchen darauf trifft. Stellen Sie sich vor, wie überrascht nicht nur der Student war, der das Experiment direkt durchführte, sondern auch Rutherford selbst, als sich herausstellte, dass einige Teilchen in Winkeln von bis zu 180° abgelenkt wurden!
Das von Rutherford auf der Grundlage der Ergebnisse seines Experiments gezeichnete Bild des Atoms ist uns heute gut bekannt. Ein Atom besteht aus einem superdichten, kompakten Kern, der eine positive Ladung trägt, und negativ geladenen Lichtelektronen um ihn herum. Später lieferten Wissenschaftler eine zuverlässige theoretische Grundlage für dieses Bild (siehe Bohrs Atom), aber alles begann mit einem einfachen Experiment mit einer kleinen Probe radioaktiven Materials und einem Stück Goldfolie.

3.3. Millikan-Methode

3.3.1. Kurze Biographie:

Robert Milliken wurde 1868 in Illinois in einer armen Priesterfamilie geboren. Seine Kindheit verbrachte er in der Provinzstadt Maquoketa, wo viel Wert auf Sport und schlechten Unterricht gelegt wurde. Ein Gymnasialdirektor, der Physik unterrichtete, sagte beispielsweise zu seinen jungen Schülern: „Wie ist es möglich, aus Wellen Geräusche zu machen?“ Unsinn, Jungs, das ist alles Unsinn!“
Am Oberdeen College war es nicht besser, aber Milliken, der keine finanzielle Unterstützung hatte, musste selbst Physik an der High School unterrichten. In Amerika gab es damals nur zwei aus dem Französischen übersetzte Lehrbücher der Physik, und der talentierte junge Mann hatte keine Schwierigkeiten, sie zu studieren und erfolgreich zu lehren. 1893 trat er in die Columbia University ein und ging dann zum Studium nach Deutschland.
Milliken war 28 Jahre alt, als er von A. Michelson das Angebot erhielt, eine Assistentenstelle an der University of Chicago anzunehmen. Zunächst war er hier fast ausschließlich in der pädagogischen Arbeit tätig und begann erst im Alter von vierzig Jahren mit der wissenschaftlichen Forschung, die ihm Weltruhm einbrachte.

3.3.2. Erste Erfahrungen und Problemlösungen

Die ersten Experimente liefen auf Folgendes hinaus. Zwischen den Platten eines Flachkondensators, an den eine Spannung von 4000 V angelegt wurde, entstand eine Wolke, bestehend aus auf den Ionen abgelagerten Wassertröpfchen. Zunächst wurde beobachtet, dass die Wolkendecke ohne elektrisches Feld absinkt. Dann entstand beim Anlegen der Spannung eine Wolke. Der Fall der Wolke erfolgte unter dem Einfluss von Schwerkraft und elektrischer Kraft.
Das Verhältnis der auf einen Wolkentropfen wirkenden Kraft zur Geschwindigkeit, die er annimmt, ist im ersten und zweiten Fall gleich. Im ersten Fall ist die Kraft gleich mg, im zweiten mg + qE, wobei q die Ladung des Tropfens und E die elektrische Feldstärke ist. Wenn die Geschwindigkeit im ersten Fall ?1 beträgt, im zweiten ?2, dann

Kennen Sie die Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Wolkenfalls? Aus der Luftviskosität lässt sich die erforderliche Ladung q berechnen. Allerdings lieferte diese Methode nicht die gewünschte Genauigkeit, da sie hypothetische Annahmen enthielt, die außerhalb der Kontrolle des Experimentators lagen.
Um die Genauigkeit der Messungen zu erhöhen, musste zunächst eine Möglichkeit gefunden werden, die Verdunstung der Wolke zu berücksichtigen, die während des Messvorgangs zwangsläufig auftritt.
Als Millikan über dieses Problem nachdachte, entwickelte er die klassische Drop-Methode, die eine Reihe unerwarteter Möglichkeiten eröffnete. Wir lassen den Autor selbst die Geschichte der Erfindung erzählen:
„Als mir klar wurde, dass die Verdunstungsrate der Tröpfchen unbekannt blieb, versuchte ich, eine Methode zu finden, die diesen unsicheren Wert vollständig eliminieren würde. Mein Plan war wie folgt. In früheren Experimenten konnte das elektrische Feld die Geschwindigkeit, mit der die Wolkendecke unter dem Einfluss der Schwerkraft fällt, nur geringfügig erhöhen oder verringern. Nun wollte ich dieses Feld so stark verstärken, dass die obere Oberfläche der Wolke auf einer konstanten Höhe blieb. In diesem Fall wurde es möglich, die Geschwindigkeit der Wolkenverdunstung genau zu bestimmen und in Berechnungen zu berücksichtigen.“
Um diese Idee umzusetzen, entwarf Millikan eine kleine wiederaufladbare Batterie, die eine Spannung von bis zu 104 V erzeugte (für die damalige Zeit war dies eine herausragende Leistung eines Experimentators). Es musste ein Feld erzeugen, das stark genug war, um die Wolke in der Schwebe zu halten, wie der „Sarg Mohammeds“. „Als ich alles fertig hatte“, sagt Milliken, und als sich die Wolke bildete, drehte ich den Schalter und die Wolke befand sich in einem elektrischen Feld. Und in diesem Moment schmolz es vor meinen Augen, das heißt, von der ganzen Wolke war nicht einmal ein kleines Stück übrig, das mit Hilfe eines optischen Kontrollinstruments beobachtet werden konnte, wie Wilson es tat und ich es tun wollte. Wie es mir zunächst schien, bedeutete das spurlose Verschwinden der Wolke im elektrischen Feld zwischen der oberen und unteren Platte, dass das Experiment ergebnislos endete ...“ Doch wie so oft in der Geschichte der Wissenschaft kam es zu einem Misserfolg auf eine neue Idee kommen. Es führte zur berühmten Drop-Methode. „Wiederholte Experimente“, schreibt Millikan, „zeigten, dass nach der Auflösung der Wolke in einem starken elektrischen Feld an ihrer Stelle mehrere einzelne Wassertropfen unterschieden werden konnten“ (Hervorhebung von mir hinzugefügt – V.D.). Das „erfolglose“ Experiment führte zur Entdeckung der Möglichkeit, einzelne Tröpfchen im Gleichgewicht zu halten und über längere Zeit zu beobachten.
Doch während der Beobachtung veränderte sich die Masse eines Wassertropfens durch Verdunstung erheblich, und Millikan ging nach vielen Tagen der Suche zu Experimenten mit Öltropfen über.
Der experimentelle Ablauf erwies sich als einfach. Durch adiabatische Expansion entsteht eine Wolke zwischen den Kondensatorplatten. Es besteht aus Tröpfchen mit Ladungen unterschiedlicher Größe und Vorzeichen. Wenn das elektrische Feld eingeschaltet wird, fallen schnell Tropfen mit Ladungen, die mit der Ladung der oberen Platte des Kondensators identisch sind, und Tropfen mit entgegengesetzter Ladung werden von der oberen Platte angezogen. Aber eine bestimmte Anzahl von Tropfen ist so geladen, dass die Schwerkraft durch die elektrische Kraft ausgeglichen wird.
Nach 7 oder 8 Minuten. Die Wolke löst sich auf und im Sichtfeld verbleibt eine kleine Anzahl Tropfen, deren Ladung dem angegebenen Kräftegleichgewicht entspricht.
Millikan beobachtete diese Tropfen als deutliche helle Punkte. „Die Geschichte dieser Tropfen verläuft normalerweise so“, schreibt er. „Wenn die Schwerkraft die Feldkraft leicht überwiegt, beginnen sie langsam zu fallen, aber da sie allmählich verdampfen, hört ihre Abwärtsbewegung bald auf und sie längere Zeit bewegungslos bleiben.“ . Dann beginnt das Feld zu dominieren und die Tropfen beginnen langsam zu steigen. Am Ende ihres Lebens im Raum zwischen den Platten wird diese Aufwärtsbewegung sehr stark beschleunigt und sie werden mit großer Geschwindigkeit von der oberen Platte angezogen.“

3.3.3. Beschreibung der Installation

Ein Diagramm der Millikan-Installation, mit der 1909 entscheidende Ergebnisse erzielt wurden, ist in Abbildung 17 dargestellt.
In Kammer C wurde ein Flachkondensator aus runden Messingplatten M und N mit einem Durchmesser von 22 cm (der Abstand zwischen ihnen betrug 1,6 cm) platziert. In der Mitte der oberen Platte wurde ein kleines Loch p angebracht, durch das Öltropfen liefen. Letztere wurden durch Einspritzen eines Ölstrahls mit einem Sprühgerät gebildet. Die Luft wurde zuvor von Staub befreit, indem sie durch ein Rohr mit Glaswolle geleitet wurde. Die Öltröpfchen hatten einen Durchmesser von etwa 10-4 cm.
Von der Batterie B wurde eine Spannung von 104 V an die Platten des Kondensators angelegt. Mithilfe eines Schalters konnten die Platten kurzgeschlossen werden, wodurch das elektrische Feld zerstört wurde.
Zwischen die Platten M und N fallende Öltropfen wurden von einer starken Quelle beleuchtet. Das Verhalten der Tröpfchen wurde senkrecht zur Richtung der Strahlen durch das Teleskop beobachtet.
Die für die Tropfenkondensation notwendigen Ionen wurden durch Strahlung eines 200 mg schweren Stücks Radium erzeugt, das sich in einem Abstand von 3 bis 10 cm seitlich der Platten befand.
Durch das Absenken des Kolbens expandierte das Gas mithilfe einer speziellen Vorrichtung. 1–2 s nach der Expansion wurde das Radium entfernt oder durch einen Bleischirm verdeckt. Dann wurde das elektrische Feld eingeschaltet und die Beobachtung der Tropfen im Teleskop begann. Das Rohr verfügte über eine Skala, auf der man den Weg des Tropfens über einen bestimmten Zeitraum zählen konnte. Die Zeit wurde mit einer genauen Uhr mit Schloss aufgezeichnet.
Bei seinen Beobachtungen entdeckte Millikan ein Phänomen, das als Schlüssel für die gesamte Folge präziser Messungen einzelner Elementarladungen diente.
„Bei der Arbeit an schwebenden Tropfen“, schreibt Millikan, „habe ich mehrmals vergessen, sie vor den Radiumstrahlen abzuschirmen. Dann bemerkte ich zufällig, dass einer der Tropfen von Zeit zu Zeit plötzlich seine Ladung änderte und begann, sich entlang des Feldes oder dagegen zu bewegen, wobei er offenbar im ersten Fall ein positives, im zweiten Fall ein negatives Ion einfing. Dies eröffnete die Möglichkeit, nicht nur die Ladungen einzelner Tropfen, wie ich es bis dahin getan hatte, zuverlässig zu messen, sondern auch die Ladung eines einzelnen atmosphärischen Ions.
Tatsächlich konnte ich durch die zweimalige Messung der Geschwindigkeit desselben Tropfens, einmal vor und einmal nach dem Einfangen des Ions, offensichtlich die Eigenschaften des Tropfens und die Eigenschaften des Mediums völlig ausschließen und mit einem Wert arbeiten, der nur proportional zur Ladung ist das eingefangene Ion.“

3.3.4. Elementarladungsberechnung

Die Elementarladung wurde von Millikan anhand der folgenden Überlegungen berechnet. Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Tropfens ist proportional zur auf ihn wirkenden Kraft und hängt nicht von der Ladung des Tropfens ab.
Wenn ein Tropfen allein unter dem Einfluss der Schwerkraft mit einer Geschwindigkeit zwischen die Platten eines Kondensators fiel?, dann
?1=kmg (1)

Wenn ein gegen die Schwerkraft gerichtetes Feld eingeschaltet wird, ist die wirkende Kraft die Differenz qE - mg, wobei q die Ladung des Tropfens und E der Modul der Feldstärke ist.
Die Geschwindigkeit des Tropfens beträgt:
?2 =k(qE-mg) (2)

Wenn wir Gleichheit (1) durch (2) teilen, erhalten wir

Von hier
(3)

Lassen Sie den Tropfen ein Ion einfangen und seine Ladung wird gleich q“, und die Bewegungsgeschwindigkeit? 2. Bezeichnen wir die Ladung dieses eingefangenen Ions mit e.
Dann ist e= q"- q.
Mit (3) erhalten wir

Der Wert ist für einen gegebenen Tropfen konstant.

3.3.5. Schlussfolgerungen aus der Millikan-Methode

Folglich ist jede von einem Tropfen eingefangene Ladung proportional zum Geschwindigkeitsunterschied (?2 - ?2), mit anderen Worten, proportional zur Änderung der Geschwindigkeit des Tropfens aufgrund des Einfangens eines Ions! Also die Messung Der Wert der Elementarladung wurde auf die Messung des vom Tropfen zurückgelegten Weges und der Zeit, in der dieser den Weg zurückgelegt hat, reduziert. Zahlreiche Beobachtungen zeigten die Gültigkeit der Formel (4). Es stellte sich heraus, dass sich der Wert von e nur sprunghaft ändern kann! Ladungen e, 2e, 3e, 4e usw. werden immer eingehalten.
„In vielen Fällen“, schreibt Millikan, „wurde der Tropfen fünf oder sechs Stunden lang beobachtet und während dieser Zeit hat er nicht acht oder zehn Ionen, sondern Hunderte davon eingefangen.“ Insgesamt habe ich auf diese Weise das Einfangen von vielen tausend Ionen beobachtet, und in allen Fällen war die eingefangene Ladung entweder genau gleich der kleinsten aller eingefangenen Ladungen oder sie entsprach einem kleinen ganzzahligen Vielfachen davon Wert. Dies ist ein direkter und unwiderlegbarer Beweis dafür, dass das Elektron kein „statistischer Durchschnitt“ ist, sondern dass alle elektrischen Ladungen auf den Ionen entweder genau der Ladung des Elektrons entsprechen oder kleine ganzzahlige Vielfache dieser Ladung darstellen.“
So ist die Atomizität, Diskretion oder, in moderner Sprache, Quantisierung der elektrischen Ladung zu einer experimentellen Tatsache geworden. Nun galt es zu zeigen, dass das Elektron sozusagen allgegenwärtig ist. Jede elektrische Ladung in einem Körper jeglicher Art ist die Summe derselben Elementarladungen.
Die Methode von Millikan ermöglichte es, diese Frage eindeutig zu beantworten. In den ersten Experimenten wurden Ladungen durch Ionisierung neutraler Gasmoleküle durch einen Strom radioaktiver Strahlung erzeugt. Die Ladung der von den Tröpfchen eingefangenen Ionen wurde gemessen.
Wenn eine Flüssigkeit mit einer Sprühflasche versprüht wird, werden die Tröpfchen aufgrund der Reibung elektrisiert. Dies war bereits im 19. Jahrhundert bekannt. Sind diese Ladungen ebenso quantisiert wie die Ionenladungen? Millikan „wiegt“ die Tröpfchen nach dem Sprühen und misst die Ladungen auf die oben beschriebene Weise. Die Erfahrung zeigt die gleiche Diskretion der elektrischen Ladung.
Darüber hinaus wurde die Identität elektrischer Ladungen auf Körpern unterschiedlicher physikalischer Natur gezeigt.
Indem Millikan Tropfen aus Öl (Dielektrikum), Glycerin (Halbleiter) und Quecksilber (Leiter) besprüht, beweist er, dass Ladungen auf Körpern jeglicher physikalischer Natur in allen Fällen ausnahmslos aus einzelnen Elementaranteilen streng konstanter Größe bestehen. Im Jahr 1913 fasste Millikan die Ergebnisse zahlreicher Experimente zusammen und gab für die Elementarladung folgenden Wert an: e = 4,774,10-10 Einheiten. SGSE-Gebühr. Auf diese Weise wurde eine der wichtigsten Konstanten der modernen Physik etabliert. Die Bestimmung der elektrischen Ladung wurde zu einer einfachen Rechenaufgabe.

3.4. Compton-Bildgebungsverfahren

Die Entdeckung von C.T.R. spielte eine wichtige Rolle bei der Stärkung der Vorstellung von der Realität des Elektrons. Wilson untersuchte den Effekt der Kondensation von Wasserdampf auf Ionen, der zur Möglichkeit führte, Teilchenspuren zu fotografieren.
Sie sagen, dass A. Compton während eines Vortrags einen skeptischen Zuhörer nicht von der Realität der Existenz von Mikropartikeln überzeugen konnte. Er bestand darauf, dass er erst glauben würde, wenn er sie mit eigenen Augen sah.
Dann zeigte Compton ein Foto einer Partikelspur, daneben befand sich ein Fingerabdruck. "Weißt du was das ist?" - fragte Compton. „Finger“, antwortete der Zuhörer. „In diesem Fall“, sagte Compton feierlich, „ist dieser leuchtende Streifen das Teilchen.“
Fotografien von Elektronenspuren bezeugten nicht nur die Realität der Elektronen. Sie bestätigten die Annahme der geringen Größe von Elektronen und ermöglichten den Vergleich der Ergebnisse theoretischer Berechnungen, zu denen auch der Elektronenradius gehörte, mit experimentellen Ergebnissen. Experimente, die mit Lenards Untersuchung der Durchdringungskraft von Kathodenstrahlen begannen, zeigten, dass von radioaktiven Substanzen emittierte sehr schnelle Elektronen Spuren in Form von geraden Linien im Gas erzeugen. Die Spurlänge ist proportional zur Elektronenenergie. Fotografien von Spuren hochenergetischer Teilchen zeigen, dass die Spuren aus einer Vielzahl von Punkten bestehen. Jeder Punkt ist ein Wassertropfen, der auf einem Ion erscheint, das durch die Kollision eines Elektrons mit einem Atom entsteht. Wenn wir die Abmessungen eines Atoms und seine Konzentration kennen, können wir die Anzahl der Atome berechnen, die ein Teilchen in einer bestimmten Entfernung passieren muss. Eine einfache Rechnung zeigt, dass das?-Teilchen
usw.................

Die Hypothese über die Existenz von Atomen, diesen unteilbaren Teilchen, deren verschiedene Konfigurationen im Nichts die objektive Welt um uns herum bilden, ist so alt wie unsere Zivilisation:

„Die Natur zerlegt alles in Grundkörper.“

Newtons feste, massereiche und unteilbare Atome; Atome in der kinetischen Theorie, deren mittlere kinetische Energie mit der Temperatur des Körpers identifiziert wird; Atome in der Chemie, deren harmonische Kombinationen in chemischen Reaktionen vorkommen; das Wasserstoffatom, aus verschiedenen Kombinationen, aus denen Prout alle Elemente zusammensetzte. Das Konzept des Atoms gibt es schon seit mindestens 25 Jahrhunderten, obwohl es oft in den Hintergrund gedrängt oder unterdrückt wurde.

Aber was ist ein Atom? Und welche Bedeutung sollte dieser Frage beigemessen werden? Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts, als die Schaffung der klassischen Theorie abgeschlossen war und neue technische Mittel auftauchten, alles

Die alte Frage begann immer eindringlicher zu klingen: Was ist die Natur des Atoms? Dieses Thema und seine Variationen wurden zum Leitmotiv der Physik des 20. Jahrhunderts.

Ende des 19. Jahrhunderts wurden zahlreiche Experimente zur Untersuchung elektrischer Entladungen in verdünnten Gasen durchgeführt. Die Entladung wurde (mittels einer Induktionsspule oder einer elektrostatischen Maschine, wodurch große Potentialunterschiede erzeugt wurden) zwischen einer negativen Elektrode, der sogenannten Kathode, und einer positiven Elektrode, der sogenannten Anode, angeregt, wobei beide Elektroden in einem Glasrohr eingeschlossen waren, aus dem Luft ausströmte wurde evakuiert. Als die Luft in der Röhre ausreichend verdünnt wurde, dehnte sich der dunkle Bereich um die Kathode, der als dunkler Crookes-Fleck bekannt ist, allmählich aus, bis er das gegenüberliegende Ende der Röhre erreichte, das dann zu leuchten begann, wobei die Farbe des Glühens davon abhing Art des Glases, aus dem die Röhre hergestellt wurde.

Werden verschiedene Siebe in das Rohr eingesetzt, z. B. wie in FIG. 62, dann leuchtet ein kleiner Fleck am Ende der Röhre, als würde etwas durch die Löcher im Schirm gehen und das Glas erreichen und es zum Leuchten bringen. Dieses Etwas wurde Kathodenstrahlen genannt.

Ende des 19. Jahrhunderts gab es eine lebhafte Debatte über die Natur dieser Strahlen. Einige glaubten, dass Strahlen ebenso wie Licht ihren Ursprung in Vorgängen im Äther haben; andere glaubten, dass sie aus elektrisch geladenen Teilchen bestanden. Im Jahr 1895 gelang es Jean Perrin, diese Strahlen in einem isolierten Gefäß zu sammeln und nachzuweisen, dass sie eine negative Ladung tragen. Kurz darauf führte J. J. Thomson sein klassisches Experiment durch, bei dem er zunächst Kathodenstrahlen mit Teilchen identifizierte, die später Elektronen genannt wurden. Er schrieb:

„Die in diesem Artikel beschriebenen Experimente wurden durchgeführt, um Informationen über die Natur der Kathodenstrahlen zu erhalten. Zu diesen Strahlen gibt es völlig gegensätzliche Standpunkte; Sie werden nach fast einhelliger Meinung deutscher Physiker durch irgendwelche Vorgänge im Äther verursacht, die – aufgrund der Tatsache, dass ihre Bahn in einem gleichmäßigen Magnetfeld nicht geradlinig, sondern kreisförmig ist – in keinem der Äther ein Analogon haben zuvor beobachtete Phänomene; entsprechend

Eine andere Meinung ist, dass diese Strahlen keineswegs ätherischen Ursprungs sind, sondern materiellen Ursprungs und einfach ein Strom von Materieteilchen sind, die mit negativer Elektrizität geladen sind.“

Feige. 63. Thomson-Installationsdiagramm (entnommen aus).

Durch die Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen den Platten, wie in FIG. 63 Buchstaben und/oder ein senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Strahlen gerichtetes Magnetfeld beobachtete Thomson die Verschiebung eines leuchtenden Flecks am Ende der Röhre; Je stärker die elektrischen oder magnetischen Felder waren, desto stärker verschob sich der Fleck. Nachdem er sichergestellt hatte, dass dieses Phänomen nicht davon abhängt, welche Art von Gas sich in der Röhre befindet, schrieb Thomson:

„Da die Kathodenstrahlen eine negative Ladung tragen, durch elektrostatische Kraft abgelenkt werden, als wären sie negativ geladen, und auf die magnetische Kraft in der gleichen Weise reagieren, wie negativ geladene Körper, die sich entlang der Ausbreitungslinie der Strahlen bewegen, darauf reagieren würden, Ich kann nicht anders, als zu dem Schluss zu kommen, dass Kathodenstrahlen Ladungen negativer Elektrizität sind, die von Materieteilchen getragen werden. Dann stellt sich die Frage: Was sind diese Teilchen? Handelt es sich um Atome, Moleküle oder Materie in einem feineren Trennungszustand? Um etwas Licht in diese Frage zu bringen, habe ich mehrere Messungen des Verhältnisses der Masse dieser Teilchen zur von ihnen getragenen Ladungsmenge durchgeführt.“

Gleichzeitig wirkt die Kraft, die vom Magnetfeld B auf ein geladenes Teilchen wirkt, senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung:

Wenn das Teilchen beispielsweise negativ geladen ist und das elektrische Feld von nach außen gerichtet ist, wird das Teilchen durch die elektrische Kraft nach unten abgelenkt. Die magnetische Kraft, die auf ein Teilchen wirkt, das sich in einem Magnetfeld bewegt, das wie in Abb. gezeigt ausgerichtet ist. 64, wird das Teilchen nach oben ablenken: Indem Thomson die Stärken der elektrischen und magnetischen Felder so wählt, dass der leuchtende Fleck unverrückt bleibt, gleicht Thomson dadurch die Kräfte aus, die von den elektrischen und magnetischen Feldern auf die Teilchen wirken:

Von hier aus lernte er die Geschwindigkeit hypothetischer Teilchen. Dann konnte er durch Ausschalten des elektrischen Feldes und Variieren der Stärke des Magnetfelds das Ausmaß der Ablenkung der Partikel am Ende der Röhre verändern. Da Thomson die Zeit kannte, in der sich die Teilchen im Magnetfeld befanden (da er ihre Geschwindigkeit kannte), konnte er die Wirkung dieses Feldes auf sie berechnen. Von hier aus konnte er aus der gemessenen Abweichung das Verhältnis der Ladung der Teilchen zu ihrer Masse bestimmen.

Er gelangte schließlich zu dem folgenden Masse-Ladungs-Verhältnis für seine hypothetischen Teilchen:

Thomson kam zu dem Schluss:

„Aus diesen Messungen geht klar hervor, dass der Wert nicht von der Art des Gases abhängt und dass sein Wert sehr gering ist im Vergleich zu dem Wert, der der kleinste bisher bekannte Wert für dieses Verhältnis ist und sich auf die an der Elektrolyse beteiligten Wasserstoffionen bezieht.“ .

Somit ist die Größenordnung der Verhältnisse elektrischer Ladungsträger in Kathodenstrahlen deutlich geringer als der entsprechende Wert in der Elektrolyse. Kleinheit wird entweder durch Kleinheit oder durch große Bedeutung oder durch beides gleichzeitig erklärt.“

Dieser Elektrizitätsträger, der aktive Bestandteil der Kathodenstrahlen, wurde schließlich Elektron genannt, das erste Elementarteilchen des 20. Jahrhunderts.

Thomson schrieb später:

„Mein erster Versuch, einen Kathodenstrahl abzulenken, bestand darin, ihn zwischen zwei parallelen Metallplatten hindurchzuführen, die in einer Entladungsröhre montiert waren, und zwischen diesen Platten ein elektrisches Feld anzuregen. Auf diese Weise gelang es mir nicht, eine regelmäßige Ablenkung zu erreichen ... Die fehlende Ablenkung wurde durch das Vorhandensein von Gas in der Röhre erklärt (der Druck blieb zu hoch), sodass ein höheres Vakuum erforderlich war. Aber das war leichter gesagt als getan. Die Technik, Hochvakuum zu erzeugen, steckte damals noch in den Kinderschuhen.

Nicht zum ersten Mal stieß die Durchführung eines entscheidenden Experiments nicht auf die Schwierigkeiten seines ideologischen Konzepts, sondern auf den Mangel an notwendigen technischen Mitteln.

Nach Thomsons Messungen war es äußerst wichtig, entweder die Größe der Ladung oder die Masse dieser Teilchen separat zu bestimmen. Die Ladung der gasförmigen Ionen, die zuvor in Thomsons Labor gemessen wurde, betrug ungefähr

Damals nannte Thomson die Kathodenteilchen „Körperchen“ oder Uratome; Das Wort „Elektron“ wurde von ihm verwendet, um die Ladungsmenge zu bezeichnen, die das „Korpuskel“ trägt. Mit der Zeit begann man jedoch, das Teilchen selbst als Elektron zu bezeichnen. Viel später (im Jahr 1909) stellte Millikan bei der Messung der Ladungsmenge auf Öltröpfchen fest, dass die Elementarladung (man nahm an, dass ihr Wert mit der Ladung des Elektrons übereinstimmt) ungefähr gleich ist. Geben wir die modernen Werte an ​​von Ladung und Masse des Elektrons:

In dieser Angelegenheit herrscht völlige Meinungsverschiedenheit. Einige Wissenschaftshistoriker verbinden die Entdeckung des Elektrons mit den Namen G. Lorentz und P. Zeeman, andere schreiben sie E. Wiechert zu, wieder andere - anderen Forschern, während die Mehrheit auf der Priorität von Joseph John Thomson oder dem toller GG, wie er in der wissenschaftlichen Welt auch genannt wird.

Selbst die prominentesten Autoritäten, die sich intensiv mit den Problemen der Atomphysik beschäftigen, sind völlig ratlos: Wem gehört die Ehre des Entdeckers? Der herausragende theoretische Physiker N. Bohr ist von der Priorität von F.E.A. Lenard überzeugt, und der unübertroffene Experimentalphysiker E. Rutherford ist von F. Kaufman überzeugt.

Mit der Zeit erstreckte sich der umstrittene Zeitraum der eigentlichen Entdeckung des Elektrons über 28 Jahre: von 1871 bis 1899. Wer stand am Ursprung dieser bedeutenden Entdeckung, die zu so langen wissenschaftlichen Kämpfen führte, als Speere ernsthaft zerbrochen wurden? Darüber hinaus in einer Situation, in der es einigen Streitparteien bereits gelungen ist, zu viel Ärger zu machen. Einige von ihnen waren mit wissenschaftlicher Forschung beschäftigt, andere mit wissenschaftlichen Intrigen. Genauso wie bei Diskussionen zur Klärung der Natur des Lichts.

Zunächst, im Jahr 1894, kämpften der bekannte deutsche Naturforscher Hermann Ludwig Helmholtz und sein wissenschaftlicher Gegner, der Ire George Stoney, untereinander. Jeder von ihnen schrieb sich selbst die Priorität der Entdeckung des Elektrons zu. Stoney beschuldigte Helmholtz vor allen ehrlichen Leuten des offensichtlichen Plagiats und veröffentlichte die ihn belastenden Fakten in dem Artikel „On the Electron or Atom of Electricity“, der in einer der Ausgaben des Philosophics Magazine (1894, Bd. 1) erschien. 38, R.418). Wie wahr war dieser Vorwurf?

Zwölf Jahre vor dieser Veröffentlichung veröffentlichte Stoney in derselben Zeitschrift (1882, Bd. 11, R. 361) eine Arbeit, in der er seine Ansichten zur Existenz des Elektrons darlegte und argumentierte, dass „für jede gebrochene chemische Bindung in einem Elektrolyten dort …“ ist eine bestimmte, in allen Fällen identische Strommenge.“

Es waren noch keine zwei Monate vergangen, als in der Zeitschrift der Chemical Society ein Artikel von Helmholtz erschien, in dem er seine Entdeckung des Elektrons ankündigte. Darin hieß es: „Wenn man die Vorstellung vom atomaren Aufbau einfacher Stoffe für richtig hält, dann kommt man nicht um die Schlussfolgerung herum, dass die Elektrizität, sowohl die negative als auch die positive, in elementare Anteile unterteilt ist, die wie Elektrizitätsatome zusammengehalten werden.“

Wusste Helmholtz von Stoneys Arbeit, als er diese Zeilen schrieb? Anscheinend konnte er nicht anders, als es zu wissen. Es ist auch nicht zu erklären, warum er, indem er auf seine Autorität spekulierte, Stoney bei jeder Gelegenheit buchstäblich niederschmetterte und seine Priorität ständig als seine eigene ausgab? Um den Ruhm zu steigern? Aber Helmholtz badete schon oft in seinen Strahlen. Stoney hatte aufgrund seines Eintauchens in die „elektronische“ Idee, die er weiterentwickelte, einfach nicht genug Zeit, den Reizstoff in der Person von Helmholtz zu neutralisieren.

Seine Entwicklung beschäftigte ihn so sehr, dass es ihm nicht nur gelang, die kleinste elektrische Ladung quantitativ zu bewerten und auf deren Einbeziehung in die Zahl der fundamentalen Naturkonstanten zu bestehen, sondern auch einen stabilen Namen für ein negativ geladenes Elementarteilchen entwickelte – „ Elektron".

Anscheinend zwang der versteckte Neid auf den Durchbruch des fleißigen Stoney in die Zukunft der Wissenschaft Helmholtz dazu, seinen Kollegen zunächst überall anzugreifen und dann klugerweise zu schweigen. Es ist schwer vorherzusagen, ob aktives Handeln, Gegenwirken oder Nichthandeln den Feind am besten besiegen wird. Also verstummte er vorübergehend.

Dreht man die Uhr jedoch etwas weiter zurück, hatte es überhaupt keinen Sinn, einen Kampf um die wissenschaftliche Führung zu beginnen, da nach einer sorgfältigen Untersuchung der Geschichte des Themas zwei weitere Namen auftauchten. Es stellt sich heraus, dass bereits 1878 vor Stoney einer der Pfeiler der Physik, der Niederländer Hendrik Lorentz, die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler auf die Idee der Diskretheit elektrischer Ladungen gelenkt hatte, und sieben Jahre vor Lorentz der deutsche Physiker Wilhelm Eduard Weber sprach über das Elektron und nahm damit die Forschungen des Iren und aller anderen seiner Anhänger vorweg. Weber beispielsweise behauptete mit erstaunlicher Einsicht: „... mit der universellen Verbreitung der Elektrizität ist es zulässig, wahrzunehmen, dass jedem Atom einer Substanz ein elektrisches Atom zugeordnet ist.“ Vielleicht hätte er Ehrenlorbeeren erhalten sollen?

Unwahrscheinlich. Schließlich ist es eine Sache, eine wertvolle Idee zum Ausdruck zu bringen, und eine andere, auf jede erdenkliche Weise zu ihrer Entwicklung beizutragen. Und deshalb kann ohne Gewissensbisse der Ire Stoney, dessen Name leider nicht genannt wird, bei der theoretischen Begründung der Existenz des Elektrons, ja bei der Vorhersage eines negativ geladenen Elementarteilchens, getrost Vorrang haben nirgendwo: weder in Nachschlagewerken noch in Enzyklopädien.

Übrigens kämpften nicht nur Theoretiker, sondern auch Experimentatoren um das vorrangige Recht, das Elektron zu entdecken und herauszufinden, wer das negativ geladene Teilchen experimentell entdeckt hat? Heute kennt jedes Schulkind den Namen J. J. Thomson, der nach Ansicht der meisten Chronisten der Wissenschaft der wahre „Elternteil“ des Elektrons ist. Für diese erstaunliche Entdeckung wurde ihm 1906 der Nobelpreis verliehen.

Die Priorität gilt als unbestreitbar, obwohl die historische Realität ihr tatsächlich widerspricht. Um sich davon zu überzeugen, genügt es, die Zeitschrift der Universität Königsberg vom Januar 1897 in die Hand zu nehmen, in der die neuesten Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Chemie und Physik veröffentlicht wurden. Im Januarband 38 erschien auf Seite 12 dieser Zeitschrift ein Artikel des deutschen Physikers Emil Wichert, in dem er unmissverständlich die Priorität der experimentellen Entdeckung des dahinter stehenden Elektrons bekräftigte.

Thomson meldete die gleiche Entdeckung zwei Monate später, am 30. April 1897, dem wissenschaftlichen Rat der Royal Institution of England, und seine erste Veröffentlichung zu diesem Thema erschien erst im Mai. Wissenschaftler wurden durch die Zeitschrift „Electricity“ (1897, ou1.39, R.104) darauf aufmerksam gemacht.

Damit war Wichert dem großen GG fünf Monate voraus. Aber wer interessierte sich für die Chronologie der Ereignisse, wenn es um die Arbeit einer unbestrittenen Autorität in der wissenschaftlichen Welt ging? Hier kehren wir zu der Frage zurück, was als Ausgangspunkt für die Verteilung geistigen Eigentums gelten sollte: die Idee selbst, ihre Entwicklung und Begründung oder das bahnbrechende gedruckte Werk, das beides umfasst?

Es scheint jedenfalls, dass die chronologische Reihenfolge, in der eine Entdeckung oder Erfindung an die Macht gelangt, nicht außer Acht gelassen werden kann. Selbst unter der Voraussetzung, dass es zunächst eine Hypothese gab, die sich mit Zeit und Verstand „festsetzen“ musste. Daher war der wenig bekannte Wichert in gleichem, wenn nicht sogar größerem Maße an der Entdeckung des Elektrons beteiligt als Stoney, Weber und der berühmte Thomson.

Doch nur in wenigen Fachbüchern ist zu lesen, dass dieser Physiker unabhängig von J. J. Thomson das Elektron entdeckt und seine relative Ladung bestimmt habe. In diesem Beispiel sind wir von der wahren Macht der Wissenschaft überzeugt, die die Macht der Autorität hat.