Законы часть 27

ЗАКОНЫ ЧАСТЬ 27


Молекулярно-кинетическая теория
Термодинамические свойства газа зависят от средней скорости движения атомов или молекул, из которых он состоит
1662

АТОМНАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
ЗАКОН
1787
БОЙЛЯ—МАРИОТТА
1798

ЗАКОН ШАРЛЯ
1827

МЕХАНИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ТЕПЛОТЫ

БРОУНОВСКОЕ
1834
ДВИЖЕНИЕ

УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ
ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
1849

МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ

Атомы или молекулы, из которых состоит газ, свободно движутся на значительном удалении друг от друга и взаимодействуют только при соударениях друг с другом (далее, чтобы не повторяться, я буду упоминать только «молекулы», подразумевая под этим «молекулы или атомы»). Поэтому молекула движется прямолинейно лишь в промежутках между соударениями, меняя направление движения после каждого такого взаимодействия с другой молекулой. Средняя длина прямолинейного отрезка движения молекулы газа называется усредненным свободным путем. Чем выше плотность газа (и, следовательно, меньше среднее расстояние между молекулами), тем короче средний свободный путь между столкновениями.
Во второй половине XIX века столь простая внешне картина атомно-молекулярной структуры газов усилиями ряда физиков-теоретиков развилась в мощную и достаточно универсальную теорию. В основу новой теории легла идея о связи измеримых макроскопических показателей состояния газа (температуры, давления и объема) с микроскопическими характеристиками — числом, массой и скоростью движения молекул. Поскольку молекулы постоянно находятся в движении и, как следствие, обладают кинетической энергией, эта теория и получила название молекулярно-кинетической теории газов.
Возьмем, к примеру, давление. В любой момент времени молекулы ударяются о стенки сосуда и при каждом ударе передают им определенный импульс силы, который сам по себе крайне мал, однако суммарное воздействие миллионов молекул приводит к значительному силовому воздействию на стенки, которое и воспринимается нами как давление. Например, накачивая автомобильное колесо, вы перегоняете молекулы атмосферного воздуха внутрь замкнутого объема шины дополнительно к числу молекул, уже находящихся внутри нее; в результате концентрация молекул внутри шины оказывается выше, чем снаружи, они чаще ударяются о стенки, давление внутри шины оказывается выше атмосферного, и шина становится накачанной и упругой.
Смысл теории состоит в том, что по среднему свободному пути молекул мы можем рассчитать частоту их столкновений со стенками сосуда. То есть, располагая информацией о скорости движения молекул, можно рассчитать характеристики газа, поддающиеся непосредственному измерению. Иными словами, молеку-лярно-кинетическая теория дает нам прямую связь между миром молекул и атомов и осязаемым макромиром.
То же самое касается и понимания температуры в рамках этой теории. Чем выше температура, тем больше средняя скорость молекул газа. Эта взаимосвязь описывается следующим уравнением:
\l2mv1 = КГ,
где т — масса одной молекулы газа, V — средняя скорость теплового движения молекул, Т — температура газа (в Кельвинах),


Максвелл показал, что молекулы в газе имеют различные скорости: одни движутся быстрее, а другие медленнее средней скорости

а к — ПОСТОЯННАЯ БОЛЬЦМАНА. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории определяет прямую связь между молекулярными характеристиками газа (слева) и измеримыми макроскопическими характеристиками (справа). Температура газа прямо пропорциональна квадрату средней скорости движения молекул.
Молекулярно-кинетическая теория также дает достаточно определенный ответ на вопрос об отклонениях скоростей отдельных молекул от среднего значения. Каждое столкновение между молекулами газа приводит к перераспределению энергии между ними: слишком быстрые молекулы замедляются, слишком медленные — ускоряются, что и приводит к усреднению. В любой момент в газе происходят несчетные миллионы таких столкновений. Тем не менее выяснилось, что при заданной температуре газа, находящегося в стабильном состоянии, среднее число молекул, обладающих определенной скоростью V или энергией Е, не меняется. Происходит это потому, что со статистической точки зрения вероятность того, что молекула с энергией Е изменит свою энергию и перейдет в близкое энергетическое состояние, равна вероятности того, что другая молекула, наоборот, перейдет в состояние с энергией Е. Таким образом, хотя каждая отдельно взятая молекула обладает энергией Е лишь эпизодически, среднее число молекул с энергией Е остается неизменным. (Аналогичную ситуацию мы наблюдаем в человеческом обществе. Никто не остается семнадцатилетним дольше одного года — и слава богу! — однако в среднем процент семнадцатилетних в стабильном человеческом сообществе остается практически неизменным.)
Эта идея усредненного распределения молекул по скоростям и ее строгая формулировка принадлежит Джеймсу Кларку Максвеллу. Этому же выдающемуся теоретику принадлежит и строгое описание электромагнитных полей (см. УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА). Именно он вывел распределение молекул по скоростям при заданной температуре (см. рисунок). Больше всего молекул пребывают в энергетическом состоянии, соответствующем пику распределения Максвелла и средней скорости, однако фактически скорости молекул варьируются в достаточно больших пределах.

Молекулярные часы
Чем больше времени отделяет два вида от той эпохи, когда жил их общий предок, тем больше различаются ДНК этих видов
•
1859
1865
1908

ТЕОРИЯ эволюции ЗАКОНЫ МЕНДЕЛЯ

ЗАКОН
1920-е
ХАРДИ—ВАЙНБЕРГА
1953

ДРЕЙФ ГЕНОВ
нач. 1960-х

ДНК
1961

РОДСТВЕННЫЙ ОТБОР
1970-е
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД
2000

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ЧАСЫ

ПРОЕКТ «ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА»

Согласно ЦЕНТРАЛЬНОЙ ДОГМЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ,
химическая индивидуальность каждого живого организма определяется последовательностью пар оснований в Д Н К этого организма. ТЕОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ утверждает, что виды развиваются в течение времени, и параллельно этому развитию изменяются их ДНК. К изменению ДНК могут привести различные события. Например, медленное накапливание мутаций, массовые ошибки при копировании или проникновение последовательности вирусных нуклеиновых кислот. Но одно можно утверждать смело — чем больше прошло времени с тех пор, как жил общий предок двух видов, тем длиннее период, в течение которого происходили эти изменения, и, следовательно, тем сильнее отличаются последовательности ДНК этих двух видов.
Следует отметить несколько моментов, касающихся этого утверждения. Во-первых, подсчитав различия между последовательностями ДНК, мы можем построить генеалогическое древо всех живых организмов. Например, у человека и шимпанзе совпадают 98% ДНК. Это означает, что наш общий предок жил совсем недавно. В то же время у человека и лягушек совпадающая часть ДНК значительно меньше, следовательно наша ветвь отделилась от ветви, занимаемой земноводными, значительно раньше. Теория эволюции предсказывает, что построенное таким образом генеалогическое древо должно быть сходно с древом, построенным в прошлом веке на основании изучения окаменелостей. По моему мнению, совпадение двух генеалогических древ является одним из самых убедительных доказательств эволюции. Оно также показывает, что теория эволюции может быть подвергнута проверке (как уже говорилось во ВВЕДЕНИИ, это одно из важнейших требований любой научной теории), поскольку могло оказаться, что люди генетически более близки к лягушкам, чем к шимпанзе.
Метод молекулярных часов использует данные ДНК более фундаментально. Если изменения ДНК происходят с некоторой средней скоростью — если молекулярные часы тикают равномерно — то, подсчитывая количество различающихся пар оснований в последовательностях двух видов, мы можем получить представление о времени жизни их последнего общего предка. Если частота изменений ДНК постоянна, анализ современной ДНК может рассказать нам о шкалах времени на разных этапах развития генеалогического древа.
В 1980-е годы, когда впервые была предложена концепция молекулярных часов, от исследователей ожидали услышать, что изменения во всех ДНК происходят с одинаковой скоростью — что все часы тикают с одним и тем же интервалом. Однако оказалось, что существует много разных молекулярных часов, и все они идут с разной скоростью. Например, пары оснований в последовательности важного гена не могут сильно измениться без ущерба для организма в целом, поэтому часы, показывающие время для пар оснований в таких генах, идут относительно медленно. С другой

стороны, большинство сегментов ДНК не влияют на химические процессы в организме, поэтому для этих сегментов часы могут идти быстрее.
Пожалуй, больше всего привлекает в методе молекулярных часов перспектива его применения к недавней эволюции человека. Чтобы лучше все это понять, вам нужно знать, что внутри каждой клетки высокоразвитых организмов имеются крохотные орга-неллы — митохондрии. В них сгорает топливо клетки, то есть осуществляется важнейшая функция обмена веществ. Считается, что митохондрии впервые проникли в более сложно организованные клетки миллионы лет назад в процессе СИМБИОЗА. Две клетки, эволюционировавшие независимо друг от друга, обнаружили, что им пойдут на пользу партнерские отношения, при которых одна клетка будет жить внутри другой. Тот факт, что в митохондрии содержится собственная небольшая петлевидная ДНК (в митохон-дриальной ДНК человека 26 генов), говорит о том, что это событие произошло очень давно.
В сперматозоидах нет митохондрий, поэтому вся митохонд-риальная ДНК в вашем организме получена вами из яйцеклетки матери. Другими словами, митохондриальная ДНК передается по материнской линии. Установлено, что молекулярные часы мито-хондриальной ДНК тикают почти в 10 раз быстрее, чем часы ДНК, содержащейся в клеточном ядре. Поэтому для анализа и была выбрана митохондриальная ДНК — ведь за определенный промежуток времени в ней произойдет значительно больше изменений, чем в ядерной ДНК.
Митохондриальная ДНК впервые привлекла к себе всеобщее внимание после того, как в 1987 году группа американских исследователей получила митохондриальные ДНК от 147 представителей различных рас из разных уголков мира и установила количество мутаций, их различающих. По результатам первого анализа складывалось впечатление, что все современные люди ведут свою родословную от одной и той же женщины, которая жила в Африке около 200 000 лет назад. Эту женщину немедленно нарекли Евой (или, для большей наукообразности, Митохондриальной Евой) и даже поместили ее на обложку крупного общественно-политического журнала.
К сожалению, этот сногсшибательный результат не выдержал испытания более полным анализом, и ученые больше не вспоминают Еву (она пала жертвой критического анализа ДНК, сделанного компьютерной программой). Согласно последним научным веяниям, данные ДНК указывают на то, что все современные люди произошли от довольно небольшой популяции — около 5-10 тысяч человек — жившей в Африке 100-200 тысяч лет назад.

Нулевая гипотеза
Проводя статистическое исследование, необходимо учитывать, что никакой закономерности может и не быть

Проводя научный эксперимент, мы анализируем полученную информацию, чтобы иметь возможность выбирать между гипотезами. К примеру, если вы полагаете, что природа должна вести себя в данной ситуации таким-то образом, и проводите эксперимент, чтобы это доказать или опровергнуть, вы ведь хотите иметь возможность заявить, что экспериментальные данные подтверждают вашу гипотезу, а не чью-либо еще. Иными словами, мы ожидаем, что данные докажут ту, а не иную зависимость результатов эксперимента от переменных. В большинстве случаев не существует единственного «чистого» эксперимента, так что нам приходится многократно повторять измерения, чтобы получить гарантию достоверности результата. Поэтому мы часто нуждаемся в статистическом анализе полученной информации. Часто оказывается, что результат зависит от множества факторов. В этом случае нам необходимо отделить главные из них от второстепенных — зерно от шелухи.
Например, когда ученый хочет найти связь между курением и раком легких, ему не достаточно найти одного курильщика, получившего (или не получившего) рак легких. Должен быть собран и проанализирован значительный объем данных, прежде чем этот ученый сможет утверждать, что между курением и раком легких существует зависимость. В исследованиях такого рода нулевая гипотеза играет ключевую роль. Нулевая гипотеза — это, по сути, предположение, что результата — конечной цели любого исследования — не существует. И как бы далеко ни зашли ваши поиски взаимосвязи между курением и раком легких, нулевая гипотеза будет утверждать, что никакой такой взаимосвязи не существует. Встает вопрос, в какой момент собранных данных станет достаточно, чтобы отвергнуть это утверждение.
Если говорить о курении и раке легких, то нулевая гипотеза была исключена уже давно: ни один уважающий себя ученый не прибегнет к ней сейчас. Но было время, когда просто-напросто не хватало данных, чтобы ее исключить; и исследователи не могли доказать, что заболеваемость раком легких среди курящих и некурящих людей не была лишь делом случая. Только имея большой массив данных и тем самым сводя возможность случайного результата к минимуму, можно исключить нулевую гипотезу.
В нашем примере приходилось накапливать большое количество данных — ученые скажут «большую выборку», — чтобы исключить нулевую гипотезу. Но может быть и по-другому. Например, Тихо Браге, чья многолетняя работа привела к созданию ЗАКОНОВ КЕПЛЕРА о планетарном движении, просто проводил наиболее точные измерения, которых оказалось достаточно, чтобы отвергнуть нулевую гипотезу и убедиться в верности результата.
Итак, когда вы в следующий раз будете читать работу, в которой утверждается о наличие корреляции между заболеванием и его предполагаемой причиной, спросите себя, действительно ли исследователи рассмотрели достаточное количество случаев, прежде чем исключить нулевую гипотезу.
Объяснение Бора
Главное, чтобы работало, а веришь ты в это или нет — не важно

Нильс Бор — один из пионеров физики ХХ столетия, основатель копенгагенской школы квантовой механики — среди прочих почестей в 1922 году был удостоен Нобелевской премии по физике. Помимо выдающихся научных достижений он стал буквально отцом и наставником для целого поколения европейских и американских физиков-теоретиков и пользовался глубочайшим уважением даже со стороны ученых, принципиально расходившихся с ним во взглядах.
Рассказывают, что Бор часто приглашал своих учеников и коллег в гости к себе на дачу, расположенную на одном из многочисленных прибрежных датских островков. Однажды молодой физик, переживавший этап воинствующего рационализма в своем мировоззрении, что в юности свойственно многим, заметил над входной дверью дачного домика прибитую гвоздем лошадиную подкову.
— Но вы же, профессор Бор, — возмутился он, — не верите во всю эту чушь, будто бы подкова приносит удачу?!
— Конечно, не верю, — улыбнулся в ответ Бор. — Главное, что работает, а веришь ты в это или нет — не суть важно.
—
НИЛЬС ХЕНРИК ДАВИД БОР (Niels Hendrik David Bohr, 1885-1962) — выдающийся датский физик-теоретик, один из основателей квантовой механики. Бор родился в Копенгагене в семье известного профессора-физиолога и быстро проявил многообещающую способность к наукам. Его диссертация на степень магистра, которую он защитил в Копенгагенском университете, посвященная изучению поверхностного натяжения жидкостей, до сих пор считается эталоном в гидродинамике. За эту работу он получил Золотую медаль Академии наук Дании и снискал себе репутацию восходящей звезды датской науки. Вслед за тем Бор переключился на теоретическую физику (которой и посвятил всю свою оставшуюся жизнь) и включился в осмысление проблем, не дававших покоя физикам в начале XX века, прежде всего, проблем, связанных с миром атома. Темой для докторской диссертации ученый выбрал поведение электронов в металлах.
После защиты докторской диссертации Бор в 1911 году отправился в Англию — как бы мы сказали сегодня, в порядке научного обмена — и приступил к работе в лаборатории Дж. Дж. Томсона, первооткрывателя электрона. Проработал он там недолго (Томсон, судя по всему, утратил интерес к изучению атомной структуры) и вскоре переехал в Манчестер, где присоединился к группе,
которую возглавлял Эрнест Резерфорд, только что экспериментально подтвердивший существование атомного ядра (см. ОПЫТ РЕЗЕРФОРДА). Там всего за несколько месяцев 1912 года, датчанину удалось создать модель АТОМА БОРА, которая лежит в основе современного понимания субатомного мира.
Хотя физики первоначально отнеслись скептически к революционной идее Бора (а в некоторых консервативных университетах Германии она даже вызвала возмущение), новая модель атома очень скоро завоевала признание физиков-экспериментаторов, поскольку разрешала многие трудности с объяснением наблюдаемых атомных спектров (см. СПЕКТРОСКОПИЯ). Бору были предложены должности сначала доцента в Манчестере, а затем профессора в Копенгагене. Через три года после возвращения ученого в родной город датское правительство субсидировало строительство лаборатории для него. Так возник знаменитый Институт теоретической физики, ставший главным центром разработки квантовой механики в последующие десятилетия. Все крупные теоретики квантовой механики работали там вместе с Бором, а так называемая «копенгагенская интерпретация» послужила основой для всего развития квантово-механи-ческой теории в последующие полвека с лишним.

За свою работу в 1922 году Бор был удостоен Нобелевской премии по физике. Относительно короткий разрыв по времени между выдвижением теории и присуждением премии — верное свидетельство фундаментальной значимости работы Бора. Не будучи любителем почивать на лаврах, в 1930-е годы Нильс Бор увлек свой институт в новую область ядерной физики и вместе с коллегами занялся теоретическим моделированием процессов ядерного распада урана и разработкой ядерного реактора и атомной
бомбы. Вскоре после начала Второй мировой войны ученый нелегально эмигрировал из оккупированной нацистами Дании в США, где участвовал в Манхэттенском проекте по разработке ядерного оружия.
После войны ученый выдвинул идею «открытого мира», считая, что без этого человечество не сможет справиться с ядерной угрозой. Его сын Оге Нильс Бор (Aage Niels Bohr) (р. 1922) также был удостоен Нобелевской премии по физике (1975) — за работу по исследованию структуры атомного ядра.

Озоновая дыра
Когда в южном полушарии весна, озоновый слой над Южным полюсом истончается

1852 • КИСЛОТНЫЙ ДОЖДЬ

1863 • ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ

1985 • ОЗОНОВАЯ ДЫРА

Прежде всего следует уяснить: озоновая дыра, вопреки своему названию, — это не брешь в атмосфере. Молекула озона отличается от обычной молекулы кислорода тем, что состоит не из двух, а из трех атомов кислорода, соединенных друг с другом. В атмосфере озон сконцентрирован в так называемом озоновом слое, на высоте примерно 30 км в пределах стратосферы. В этом слое происходит поглощение ультрафиолетовых лучей, испускаемых Солнцем, — иначе солнечная радиация могла бы нанести большой вред жизни на поверхности Земли. Поэтому любая угроза озоновому слою заслуживает самого серьезного отношения. В 1985 году британские ученые, работавшие на Южном полюсе, обнаружили, что во время антарктической весны уровень озона в атмосфере там значительно ниже нормы. Ежегодно в одно и то же время количество озона уменьшалось — иногда в большей степени, иногда в меньшей. Подобные, но не столь ярко выраженные озоновые дыры появлялись также над Северным полюсом во время арктической весны.
В последующие годы ученые выяснили, отчего появляется озоновая дыра. Когда солнце прячется и начинается долгая полярная ночь, происходит резкое падение температуры, и образуются высокие стратосферные облака, содержащие кристаллики льда. Появление этих кристалликов вызывает серию сложных химических реакций, приводящих к накоплению молекулярного хлора (молекула хлора состоит из двух соединенных атомов хлора). Когда появляется солнце и начинается антарктическая весна, под действием ультрафиолетовых лучей происходит разрыв внутримолекулярных связей, и в атмосферу устремляется поток атомов хлора. Эти атомы выступают в роли катализаторов реакций превращения озона в простой кислород, протекающих по следующей двойной схеме:

С1 + 03 — С10 + 02

и

С10 + О — С1 + 0п

В результате этих реакций молекулы озона (03) превращаются в молекулы кислорода (02), причем исходные атомы хлора остаются в свободном состоянии и снова участвуют в этом процессе (каждая молекула хлора разрушает миллион молекул озона до того, как они удалятся из атмосферы под действием других химических реакций). Вследствие этой цепочки превращений озон начинает исчезать из атмосферы над Антарктидой, образуя озоновую дыру. Однако вскоре с потеплением антарктические вихри разрушаются, свежий воздух (содержащий новый озон) устремляется в этот район, и дыра исчезает.
В 1987 году в Монреале состоялась Международная конференция, посвященная угрозе озоновому слою, и промышленно развитые страны договорились о сокращении, а в конечном итоге и о прекращении производства хлорированных и фторированных углеводородов (хлорфторуглеродов, ХФУ) — химических веществ, разрушающих озоновый слой. К 1992 году замена этих веществ на безопасные проходила так успешно, что было принято решение о полном их уничтожении к 1996 году. Сегодня ученые верят, что лет через пятьдесят озоновый слой восстановится полностью.

Онтогенез повторяет филогенез
1809
Зародыш в своем развитии проходит весь путь эволюции своего вида

ЛАМАРКИЗМ
1859
ПАРВИНИЗМ ТЕОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ
1899
ОНТОГЕНЕЗ ПОВТОРЯЕТ ФИЛОГЕНЕЗ

ТРИЕПИНЫЙ МОЗГ

В XIX веке ученые, изучавшие внутриутробное развитие человеческого эмбриона, заметили, что в первые месяцы жизни он обладает поразительным сходством с другими позвоночными. Например, в месячном возрасте у человеческого эмбриона в области шеи заметны щели, во всех отношениях похожие на зачаточные жабры. Позднее зародыш имеет сходство с земноводными, затем с птицами и наконец с другими млекопитающими. Это сходство привело к появлению приведенного выше изречения, сделанного немецким натуралистом Эрнстом Геккелем (Ernst Haeckel, 1834-1919) в его книге «Решето вселенной», опубликованной в 1899 году. Имеется в виду, что онтогенез живого существа (развитие индивида) повторяет путь филогенеза (развития типа, класса или вида — см. СИСТЕМА КЛАССИФИКАЦИИ ЛИННЕЯ). Так, человеческий эмбрион сначала похож на эмбрион рыбы, затем рептилии и так далее до тех пор, пока не проявится его принадлежность к роду людей. Такова одна из этих идей — ясных, красивых, разумных и в корне неверных.
На самом деле у человеческого зародыша никогда не бывает жабр или каких-либо других придатков, которые ему следовало бы в соответствии с этой концепцией иметь на той или иной стадии развития. Появляющиеся жаброподобные щели называются вторая жаберная дуга. У рыб эти образования действительно развиваются в жабры, но у человека они служат предшественниками частей головы и шеи. Точно так же, как ТЕОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ предполагает не то, что человек произошел от приматов, а то, что он имеет с ними общего предка. Так и эмбриология утверждает не то, что человеческий зародыш в своем развитии проходит все ступени эволюции, а просто то, что в нем развиваются другие органы из тех же зародышевых клеток. (Идея о том, что «онтогенез повторяет филогенез», чем-то напоминает столь же неверную теорию ТРИЕДИНОГО МОЗГА.)
Удивительно, но несмотря на то, что эта идея, которая удостоилась даже статуса закона биогенетики, была опровергнута почти сразу после того, как была выдвинута, она тем не менее смогла просуществовать до наших дней (ее даже можно найти еще в некоторых учебниках!). Между онтогенезом и филогенезом действительно есть связь, но нет эмбриологического повторения. К очевидным вещам иногда полезно относиться скептически!

Опыт
Дэвиссона— Джермера
Электрон может проявлять свойства не только частицы, но и волны
•
1925

1924 • СООТНОШЕНИЕ ДЕ БРОЙЛЯ

КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА

1927 • ПРИНЦИП
ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ

1927 • ОПЫт дзвиссОНА—
ДЖЕРМЕРА

Согласно ПРИНЦИПУ ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ частицы в рамках КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ могут проявлять волновые свойства, а волны — корпускулярные. Электрон, например, традиционно представляли себе в виде отрицательно заряженного миниатюрного шарика, однако в 1924 году Луи де Бройль (см. СООТНОШЕНИЕ ДЕ БРОЙЛЯ) показал, что любую частицу, обладающую импульсом р можно представить в виде волны, длина которой (X) равна:
X = h/p,
где h ПОСТОЯННАЯ ПЛАНКА.
Естественно, ученые сразу же стали проверять эту гипотезу, и самым естественным методом проверки оказались попытки обнаружить волновую ДИФРАКЦИЮ электронов. Однако успехом эти попытки увенчались лишь в 1927 году благодаря классическим опытам, поставленным американцами Клинтоном Дэвиссоном и Лестером Джермером и независимо от них англичанином Джорджем Томсоном.
Американские экспериментаторы в качестве источника свободных электронов использовали раскаленную нить, помещенную в вакуумную камеру. Полученный направленный пучок быстрых электронов они рассеивали на кристалле. В итоге им удалось обнаружить интерференционные пики интенсивности рассеянных электронов, первый из которых приходился на угол рассеяния около 65°.
То есть фактически они воспроизвели эксперимент по рассеянию рентгеновских лучей (приведший к открытию их дифракции на кристаллах и выводу ЗАКОНА БРЭГГА), используя вместо рентгеновского луча сфокусированный поток электронов. По сути, каждый атом кристалла, согласно ПРИНЦИПУ ГЮЙГЕНСА, является источником вторичных волн и они взаимно усиливаются в результате ИНТЕРФЕРЕНЦИИ между ними при рассеянии под определенными углами, когда фазы интерферирующих вторичных волн совпадают. И Дэвиссону с Джермером удалось найти такой угол максимума числа рассеянных электронов. Рассчитав по этому углу и импульсу электронов длину волны, ученые выяснили, что она в точности совпадает с длиной волны, предсказываемой СООТНОШЕНИЕМ ДЕ БРОЙЛЯ. Так была доказана гипотеза о наличии у элементарных частиц волновых свойств.
Поработав на протяжении своей долгой жизни в целом ряде университетов и промышленных лабораторий, Клинтон Дэвиссон завершил свою карьеру в Университете штата Вирджиния. Когда я там работал преподавателем, мне выделили его бывший кабинет. На видном месте на стене была вывешена пожелтевшая таблица ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ МЕНДЕЛЕЕВА 1954 года издания, когда-то принадлежавшая этому выдающемуся ученому. Когда я переходил на мое нынешнее место работы, я также не стал снимать ее со стены, посчитав ее культурно-историческим достоянием. Хочется надеяться, что она все еще там!

КЛИНТОН ДЖОЗЕФ дэвиссон
(Clinton Joseph Davisson, 18811958) — американский физик. Родился в г. Блумингтон, штат Иллинойс. Окончил Чикагский университет, докторскую степень получил в 1911 году в Принстоне. Работал в Кавендишской лаборатории в Англии ассистентом Дж. Дж. Томсона (первооткрывателя ЭЛЕКТРОНА), в 1917 году перешел в лабораторию компании Western Electric (ныне Lucent Technologies) в Нью-Йорке, где первое время исследовал излучение электронов металлами, и проработал там до 1946 года. Совместно с Лестером Халбертом Джермером (Lester Halbert Germer, 1896-1971) сделал открытие волновых свойств электрона при рассеянии пучка электронов на монокристалле. За свою работу разделил Нобелевскую премию по физике за 1937 год с Джорджем Томсоном (George Thomson, 1892-1975), сыном Дж. Дж. Томсона, который независимо от американских ученых в том же 1927 году экспериментально открыл дифракцию электронов в Англии.

Опыт Май-кельсона— Морли
Чтобы
распространяться в пространстве, свет не нуждается в «светоносном эфире»