13.3. Радиоактивность

Анри Беккерель(1878-1953), представитель династии физиков получил засвеченную фотопластинку под действием солей урана. На его эксперимент повлияли опыты Рентгена и исследования по флуоресценции. Вскоре обнаружили, что чистый уран еще активнее (в три с половиной раза).

В 1888 г. Мария Склодовская-Кюри (1867-1934) во Франции и Карл Шмидт в Германии обнаружили, что торий обладает аналогичными свойствами. В том же году был введен термин “радиоактивность” для обозначения свойства испускать “лучи Беккереля”. Супруги Кюри обнаружили химические элементы более активные, чем уран. Это полоний и радий, затем актиний (его открыл ученик М.Кюри Андре Дебьерн).

Излучение радия обладает значительно большей проникающей способностью, чем лучи полония. Эрнест Резерфорд, начавший свою работу под руководством Джозефа Томсона, назвал виды излучения урана альфа и бета (последнее более проникающее). Через 3 года Поль Вийяр открыл третью компоненту - гамма-лучи. Отрицательный заряд бета-лучей был установлен еще супругами Кюри, а Вальтер Кауфман, прикладывая электрическое и магнитное поля, открыл, что отношение заряда к массе (по методу Дж.Томсона) зависит от скорости и, следовательно, масса имеет частично электромагнитное происхождение. Отсюда берет начало представление об электромагнитной природе материи.

Откуда берется энергия радиоактивного излучения, которое нагревает соли урана? М. Кюри выдвинула две гипотезы: радиоактивные вещества улавливают внешнюю энергию или являются генераторами энергии сами. Но тогда атомы уже не являются неделимыми, неизменными? Пьер и Мария Кюри в 1903 г. получили Нобелевскую премию за исследования радиоактивности²².

13.4. Фотоэлектрический эффект и термоэлектронная эмиссия

Проводимость воздуха при низком давлении и проводимость пламени, способного снять поляризацию, стали объясняться, как и проводимость жидкости, ионами. Эта гипотеза была выдвинута Гитторфом в 1879 г. А в 1887-90 гг. Шустер показал, что электрические искры ускоряют разряд заряженных проводников. Г. Герц в 1888 г. установил, что разряд ускоряется при облучении УФ светом. Аррениус поместил в разреженный воздух два платиновых электрода и обнаружил, что при освещении от внешней разрядной трубки проводимость между электродами повышается. Это фактически был первый фотоэлемент. Термин “фотоэлектрический” был введен в науку Аугусто Риги в 1888 г., когда он наблюдал положительный заряд на металле, облученном ультрафиолетовым светом. Но явление это еще раньше предсказал Вильгельм Гальвакс , и оно стало называться эффектом Гальвакса или Герца-Гальвакса

В исследование внешнего фотоэффекта существенный вклад внес Александр Григорьевич Столетов (1839-1896). После открытия фотоэффекта Герцем в 1887 году Столетов в 1888 изучил его законы; сам эффект он назвал "актиноэлектрическим". А.Г.Столетов окончил Московский университет, 4 года стажировался за границей у Кирхгофа и Вебера, после чего стал профессором МГУ. Добавим попутно, что теоретическое объяснение внешнего фотоэффекта дал в начале 20 века Альберт Эйнштейн.

Исследуя внешний фотоэффект (современный термин), Дж. Томсон определил для носителя заряда отношение заряда к массе. Оно оказалось таким же, как и в катодных лучах. Аналогичные опыты были проведены по отношению к испусканию отрицательного заряда раскаленной угольной нитью, которое было открыто еще Эдисоном в 1879г. Результат тот же - это поток электронов.

Раньше внешнего фотоэффекта был открыт фотоэффект внутренний (1873). Экспериментируя с высокоомными сопротивлениями, потребными для трансатлантического кабеля, У.Смит, английский электротехник, обнаружил значительное увеличение проводимости в аморфном селене при освещении (фотопроводимость). А в 1774 г. немецкий физик Карл Браун обнаружил выпрямление в некоторых природных кристаллах (сернистый цинк, окислы свинца).

Работы Смита и Брауна впоследствии, к середине 20 века привели к появлению целого семейства полупроводниковых приборов: диоды, транзисторы, фотодиоды, фоторезисторы и др.), которые способствовали научно-технической революции и появлению современных компьютеров.

Таковы вкратце события в физике этого периода, накануне 20 в., поставившего перед физическим познанием ряд острых вопросов и приведшего его к новым высотам и ... кризису.