Приключения Мистера Томпкинса - Георгий Гамов

Действительно, жидкость в бокале покрылась лопающимися пузырями, и к потолку над бокалом медленно поднималась тонкое облачко пара. Было странно, однако, что напиток в стакане кипел лишь на сравнительно малом участке вокруг кубика льда. Весь остальной напиток был совершенно холодным.

— Нет, вы только подумайте! — продолжал профессор севшим от волнения дрожащим голосом. — Я рассказываю вам о статистических флуктуациях в возрастании энтропии, и, пожалуйста, такая флуктуация перед нами! В результате невероятного стечения обстоятельств впервые с сотворения Земли более быстрые молекулы случайно собрались на одном участке поверхности жидкости, и жидкость сама собой закипела! В ближайшие миллиарды лет мы с вами останемся единственными людьми, которым посчастливилось видеть это необычайное явление.

Профессор не отрывал глаз от напитка, который теперь медленно остывал.

— Какая удача! — вздохнул он с счастливой улыбкой. — Какое необыкновенное везение!

Мод улыбнулась, но ничего не сказала. Зачем ей было спорить с отцом, если на этот раз она точно знала, что истинная причина явления была известна ей лучше, чем ему.

Глава 10

Веселое племя электронов

Через несколько дней, заканчивая обед, мистер Томпкинс вспомнил, что вечером должна состояться лекция профессора о строении атома, которую он обещал посетить. Но маловразумительными объяснениями своего тестя мистер Томпкинс был сыт по горло, и поэтому решил пропустить лекцию и скоротать вечерок дома. Но когда он устраивался поудобнее в своем кресле, мечтая почитать интересную книгу, Мод отрезала этот путь к отступлению: взглянув на часы, она заявила мягко, но тоном, не допускающим возражений, что мистеру Томпкинсу пора отправляться на лекцию. И через каких-нибудь полчаса мистер Томпкинс сидел на жесткой деревянной скамье вместе с толпой гораздо более молодых студентов.

— Леди и джентльмены, — начал профессор, строго глядя на слушателей поверх очков, — на прошлой лекции я обещал вам подробнее рассказать о внутреннем строении атома и объяснить, каким образом те или иные конкретные особенности его строения обуславливают различные физические и химические свойства атома. Вы, конечно, знаете, что атомы не рассматриваются более как элементарные неделимые составные части материи и что эта роль ныне перешла к гораздо меньшим частицам — электронам, протонам и т. д.

Представление об элементарных составляющих материи как о последней ступени в делимости материальных тел восходит к древнегреческому философу Демокриту, жившему в IV веке до н. э. Размышляя о скрытой природе вещей, Демокрит пришел к проблеме строения материи и столкнулся с вопросом о том, может или не может существовать бесконечно малая порция материи. Поскольку в ту далекую эпоху любую проблему имели обыкновение решать лишь одним-единственным способом — с помощью чистого мышления и к тому же вопрос в то время находился далеко за рамками возможностей решения его экспериментальными методами, Демокрит в поисках правильного ответа опустился в глубины собственного разума. Исходя из некоторых довольно смутных философских соображений, он в конце концов пришел к выводу о том, что «немыслимо», чтобы материя безгранично делилась на все более и более мелкие порции, и что поэтому необходимо принять предположение о существовании «наименьших частиц, которые не допускают дальнейшего деления». Такие частицы Демокрит назвал атомами, что, как вы, возможно, знаете, означает по-гречески «неделимые».

Я отнюдь не хочу приуменьшать величие вклада Демокрита в развитие естественных наук, однако справедливости ради хотел бы обратить ваше внимание на то, что наряду с Демокритом и его последователями в древнегреческой философии существовала и другая школа, приверженцы которой считали, что процесс деления неограниченно продолжаем. Поэтому независимо от того, какой ответ на этот вопрос даст в будущем точное естествознание, древнегреческой философии обеспечено почетное место в истории физики. Во времена Демокрита и даже много столетий спустя существование таких неделимых порций материи рассматривалось как чисто философская гипотеза, и только в XIX веке ученые решили, что им, наконец, удалось обнаружить те неделимые кирпичики материи, существование которых было предсказано древнегреческими философами за две тысячи лет до разыгравшихся событий.

В 1808 г. английский химик Джон Дальтон установил так называемый закон кратных отношений. Он показал, что…

Почти с самого начала лекции мистера Томпкинса неудержимо клонило в сон. Ему очень хотелось сомкнуть глаза и, пребывая в приятной дремоте, досидеть до конца лекции, но мешала лишь суровая жесткость университетской скамьи. Но открытый Дальтоном закон кратных отношений оказался последней соломинкой, переломившей спину верблюду, и в притихшей аудитории вскоре можно было отчетливо различить тонкое посвистывание, доносившееся из угла, где сидел мистер Томпкинс.

Когда мистер Томпкинс очнулся от сна, неудобство сидения на жесткой скамье сменилось приятным ощущением парения в воздухе. Открыв глаза, мистер Томпкинс с удивлением обнаружил, что мчится в пространстве с легкомысленно, как ему показалось, большой скоростью. Оглянувшись по сторонам, мистер Томпкинс увидел, что он не одинок в своем фантастическом путешествии. Неподалеку от него несколько расплывчатых смутных существ обращались вокруг большого тяжелого на вид объекта в центре хоровода. Это странные призрачные существа мчались парами, весело гоняясь друг за другом по круговым и эллиптическим траекториям. Внезапно мистер Томпкинс почувствовал себя очень одиноким, осознав, что лишь у него одного нет партнера.

— Почему я не взял с собой Мод? — тоскливо подумал мистер Томпкинс. — Мы бы чудесно провели время в этом хороводе.

Траектория, по которой двигался мистер Томпкинс, пролегала в стороне от траекторий остальных существ, охватывая их снаружи, и хотя мистеру Томпксинсу очень хотелось присоединиться к остальной компании, неприятное чувство постороннего удерживало и мешало ему сделать шаг навстречу веселым путешественникам. Однако когда одному из электронов (к тому времени мистер Томпкинс окончательно понял, что непостижимым и чудесным образом присоединился к сообществу электронов, населявших какой-то атом) случилось пролететь неподалеку от него по сильно вытянутой орбите, мистер Томпкинс решил пожаловаться на свои неудачи.

— Почему у меня нет партнера для игр и забав? — прокричал он вслед электрону.

— Потому, что это нечетный атом, а вы валентный электро-о-н, — донеслось в ответ. С этими словами электрон повернул и устремился в толпу пляшущих электронов.

— Валентные электроны живут в одиночку или находят себе компаньонов в других атомах, — пропищал высоким фальцетом другой электрон, проносясь мимо мистера Томпкинса.

«Если нужен компаньон,Знайте: в хлоре ждет вас он», —

насмешливо пропел третий.

— Вижу, вы здесь новичок, сын мой, и очень одиноки, — раздался над мистером Томпкинсом дружеский голос, и, возведя глаза горе, наш герой увидел плотную фигуру монаха в коричневой сутане.

— Я отец Паулини, — продолжал монах, двигаясь по траектории вместе с мистером Томпкинсом, — и моя миссия в этой жизни состоит в том, чтобы наблюдать за моралью и социальным поведением электронов в атомах и повсюду. Мой долг — следить за тем, чтобы все эти беззаботные и игривые электроны были надлежащим образом распределены по различным квантовым кельям этого прекрасного атомного строения, воздвигнутого нашим великим архитектором Нильсом Бором. Дабы поддерживать порядок и сохранять свойства, я никогда не разрешаю находиться на одной и той же траектории более чем двум электронам. Стоит им собраться втроем, как хлопот не оберешься. Поэтому электроны всегда сгруппированы в пары с противоположным «спином», и если такая пара поселяется в келье, то третьему электрону не разрешается нарушать их покой. Это хорошее правило, и я могу добавить, что до сих пор ни один электрон не нарушил введеного мной распорядка.

— Может быть, это очень хорошее правило, — возразил мистер Томпкинс,

— но в данный момент я терплю из-за него большие неудобства.

— Вижу, сын мой, — улыбнулся монах, — но вам просто не повезло. Угораздило же вас стать валентным электроном в атоме с нечетным атомным номером. Атом натрия, которому вы принадлежите, обязан иметь из-за электрического заряда своего ядра (той большой темной массы, которую вы видите в центре) одиннадцать электронов. К величайшему сожалению для вас, одиннадцать — число нечетное, что само по себе не такая уж редкость, если принять во внимание, что ровно половина всех целых чисел нечетна и только другая половина четна. Так что вам придется как появившемуся последним по крайней мере какое-то время побыть одному.