В течение полувека Рентгена преследовали неприятности и мытарства. Нужда заставила его покочевать. Он родился в Леннепе, в Германии. Учился в Голландии. Правда, недолго... Его выгнали из школы за то, что он не выдал товарища, нарисовавшего на доске удачную карикатуру на самого патера. Тогда он вынужден был перекочевать в Цюрих, в Швейцарию, ибо только там мог поступить в высшую школу без диплома об окончании средней. Здесь он окончил политехникум со званием инженера, но никогда ничего не проектировал и не строил. Он стал физиком. Начал работать в Цюрихе, потом получил профессуру в Гогенгейме, работал в Страсбурге и Гессене. Пятидесятилетие Рентген праздновал в Вюрцбурге.
8 ноября того же года Рентген с самого утра занимался своими исследованиями. Он изучал прохождение электрических разрядов высокого напряжения через разреженные газы.
Этими опытами с «электрическим яйцом» (так ученые называли стеклянные яйцеобразные колбы с двумя электродами внутри и краном для откачивания воздуха) занимались очень многие ученые и до Рентгена.
И все они, как и Рентген, искали ответа на вопрос «что такое электричество». Этот вопрос тесно переплетался с другим не менее важным: что такое материя и из чего она состоит?
Жившие в V веке до нашей эры (немного позднее Фалеса Милетского) греческие философы Лейкипп и Демокрит утверждали, что все вещества состоят из ничтожно малых, невидимых глазу по своей малости частиц. Эти частицы неделимы. Поэтому их назвали атомами («атомос» по-гречески означает неделимый).
Бее известные нам вещества, по мнению этих философов, суть не более как собрания атомов. Подобно этому взгляду на всякое вещество, Бенджамен Франклин говорил, что и «электрическая материя» тоже состоит из очень мелких частичек. Частички электричества легко проникают в самые плотные тела, состоящие из большого числа атомов. Поэтому, по его мнению, частички электричества еще мельче, чем обыкновенные атомы вещества.
Демокрит, Лейкипп и Франклин не приводили никаких опытных доказательств в защиту своих взглядов на материю и электричество. И это дало повод многим ученым отвергать их взгляды. Они говорили:
— Смешно говорить о существовании того, что нельзя увидеть человеческим глазом и даже при помощи микроскопа!
Прошло очень много лет, прежде чем удалось на опыте доказать существование атомов вещества.
Но существуют ли частички, атомы электричества? Прав ли был Франклин?
Взоры ученых, настойчиво искавших объяснения, в чем состоит сущность электричества, обратились к исследованию прохождения тока через разреженные газы. Еще Фарадей пророчески указывал на то, что тщательное изучение прохождения тока через разреженные газы должно дать исключительные результаты.
Этим занимались парижский профессор А. Массон в 1835 году и Майкл Фарадей в 1838 году.
Прошло двадцать лет. В 1858 году боннский профессор Юлиус Плюккер первый после Фарадея сделал важные наблюдения. По заказу Плюккера искусный боннский стеклодув Генрих Гейсслер изготовил из прочного стекла большую яйцеобразную колбу. По концам этой колбы были впаяны металлические проволоки, оканчивавшиеся внутри колбы металлическими пластинками.
В средней части колба имела узкую трубочку, закрытую краном. Плюккеру было известно, что электричество в жидкостях переносится частичками материи, или ионами, движущимися по направлению к электродам. Боннскому физику хотелось проверить свое предположение о том, что прохождение тока в газах имеет такой же характер, как и в жидкостях.
Плюккер предполагал, что под влиянием токов высокого напряжения в разреженных газах могут образовываться ионы, которые будут проводить ток.
К электродам своей колбы Плюккер присоединил полюсы электрической машины1, а к трубке с краном — откачивающий воздушный насос.
1 В следующих опытах Плюккер и другие ученые пропускали через трубку разряды индукционной катушки Румкорфа. Сначала не было заметно прохождения тока. Тогда, не прекращая действия машины, Плюккер принялся откачивать воздух. Через некоторое время он заметил, что от положительной (анодной) пластинки начал исходить светящийся пучок в направлении к отрицательной (катодной) пластинке.
Продолжая откачивать воздух, Плюккер увидел, что картина электрического разряда непрерывно изменяется. Из узкого шнура светящийся пучок превратился в широкую ленту, постепенно заполнившую весь объем сосуда. Но при дальнейшей откачке воздуха близ катодной пластинки все более и более увеличивалось темное пространство. Вскоре трубка совсем перестала светиться.
Плюккер установил, что цвет возникающего в начале опыта светового пучка зависит от того газа, который находится в трубке. Воздух дает фиолетовое свечение, азот — лиловое, водород — розоватое.
После того как трубка перестала светиться, Плюккер заметил при дальнейшей откачке воздуха свечение яркозеленрга цвета на расположенной против катода поверхности стекла, Плюккер высказал предположение, что катодная пластинка излучает особые, не видимые глазом лучи. Распространяясь прямолинейно, эти лучи падают на внутреннюю поверхность стеклянной колбы и вызывают свечение стекла (флюоресценцию).
Эти странные лучи, открытые Юлиусом Плюккером, после его смерти продолжал исследовать его друг, физик Иоганн Гитторф, профессор Мюнстерского университета.
Гитторф установил, что открытое Плюккером катодное излучение может быть отклонено магнитом от первоначального направления: когда Гитторф подносил магнит, то свет флюоресценции сдвигался с прежнего места на стекле.
Гитторф установил также, что твердые тела поглощают эти таинственные лучи. Он приготовлял стеклянные сосуды, внутри которых помещал различные фигурки из металла или другого непрозрачного материала. При пропускании разрядов на флюоресцирующей поверхности стекла получались тени фигур, стоявших на пути лучей. Это же явление одновременно служило доказательством того, что исследуемые лучи распространяются прямолинейно.
22 августа 1879 года известный английский ученый Вильям Крукс сделал обширный доклад собранию английских ученых о своих исследованиях катодных лучей. Крукс ничего не знал о работах Гитторфа и вел свои опыты самостоятельно.
Уже само название круксовского доклада было необычайным. Физики знали три состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Крукс же собрал ученых, чтобы рассказать им о «лучистой» материи, или о «четвертом состоянии вещества».
Вильям Крукс (1832—1919).И вот что новое после Гитторфа установил Крукс:
1. При пропускании токов высокого напряжения через трубку с очень сильно разрежённым газом из ее катода вырывается поток частичек, несущихся с громадной скоростью.
2. Эти частички движутся строго прямолинейно.
3. Эта лучистая материя может производить механическое действие. Она, например, приводит во вращение маленькую вертушку, поставленную на ее пути.
4. Лучистая материя отклоняется магнитом.
5. В местах, на которые падает лучистая материя, развивается тепло. Если катоду придать форму вогнутого зеркала, то в Фокусе этого зеркала могут быть расплавлены даже такие тугоплавкие сплавы, как, например, сплав иридия с платиной.
Катодные лучи, — говорил Крукс изумленным слушателям, — представляют собой поток материальных
телец, а именно частиц отрицательного электричества. Такие же частицы, по моему глубокому убеждению, входят в состав каждого атома материи. А если это так, то химический атом не есть уже больше нечто неделимое.
Частички отрицательного электричества, поток которых наблюдал Крукс, другой физик, Джонстон Стони, предложил назвать электронами.
Смелых утверждений Крукса многие ученые не поняли и ополчились против него. Даже Герц, уже работавший в ту пору в лаборатории Гельмгольца, выступил против Крукса, утверждая, что наблюдаемые в разрядных трубках лучи есть не что иное, как электрические волны, распространяющиеся в эфире. Он категорически отказывался признавать эти необычайные лучи потоком материальных электрических частиц, входящих в состав атомов.
Ученые считали электричество невесомой материей. Если же справедливы утверждения Крукса, что катодные лучи — поток материальных частиц, то электроны должны обладать весом. А как их взвесить?
Герц показал, что катодные лучи обладают способностью проходить через очень тонкие алюминиевые пластинки. На основе этого наблюдения друг Герца, профессор Боннского университета Пауль Ленард устроил в стеклянной стенке разрядной трубки маленькое отверстие, закрытое алюминиевой пластинкой. Через такое окошечко катодные лучи могли выходить из трубки наружу. Ленард заметил, что воздух как бы задерживает эти лучи и они могут быть обнаружены только лишь на небольшом расстоянии от отверстия. Картон, поставленный на пути лучей, не служил для них препятствием.
Лучи, выведенные из трубки, назвали лучами Ленарда.
Вот, примерно, и все, что было известно профессору Вильгельму Рентгену, когда он, подобно другим ученым, в тот памятный ноябрьский день приступил к своим опытам.
