Что такое электрон в физике. Из чего состоит электрон? Масса и заряд электрона

Электрон - отрицательно заряженная элементарная частица, принадлежащая к классу лептонов (см. Элементарные частицы), носитель наименьшей известной сейчас массы и наименьшего электрического заряда в природе. Открыт в 1897 г. английским ученым Дж. Дж. Томсоном.

Электрон - составная часть атома, число электронов в нейтральном атоме равно атомному номеру, т. е. числу протонов в ядре.

Первые точные измерения электрического заряда электрона провел в 1909-1913 гг. американский фиаик Р. Милликен. Современное значение абсолютной величины элементарного заряда составляет единиц СГСЭ или примерно Кл. Считается, что этот заряд действительно «элементарен», т. е. он не может быть разделен на части, а заряды любых объектов являются его целыми кратными.

Вы, возможно, слышали о кварках с электрическими зарядами и но, по-видимому, они прочно заперты внутри адронов и в свободном состоянии не существуют. Вместе с постоянной Планка h и скоростью света с элементарный заряд образует безразмерную постоянную = 1/137. Постоянная тонкой структуры - один из важнейших параметров квантовой электродинамики, она определяет интенсивность электромагнитных взаимодействий (наиболее точное современное значение = 0,000015).

Масса электрона г (в энергетических единицах ). Если справедливы законы сохранения энергии и электрического заряда, то запрещены любые распады электрона, такие, как и т. п. Поэтому электрон стабилен; экспериментально получено, что время его жизни не менее лет.

В 1925 г. американские физики С. Гаудсмит и Дж. Уленбек для объяснения особенностей атомных спектров ввели внутренний момент количества движения электрона - спин (s). Спин электрона равен половине постоянной Планка , но физики обычно говорят просто, что спин электрона равен = 1/2. Со спином электрона связан его собственный магнитный момент . Величина эрг/Гс называется магнетоном Бора МБ (это принятая в атомной и ядерной физике единица измерения магнитного момента; здесь h - постоянная Планка, и m - абсолютная величина заряда и масса электрона, с - скорость света); числовой коэффициент - это -фактор электрона. Из квантовомеханического релятивистского уравнения Дирака (1928) следовало значение т. е. магнитный момент электрона должен был равняться в точности одному магнетону Бора.

Однако в 1947 г. в опытах было обнаружено, что магнитный момент примерно на 0,1% больше магнетона Бора. Объяснение этого факта было дано с учетом поляризации вакуума в квантовой электродинамике. Весьма трудоемкие вычисления дали теоретическое значение (0,000000000148), которое можно сравнить с современными (1981) экспериментальными данными: для электрона и позитрона (0,000000000050).

Величины вычислены и измерены с точностью до двенадцати знаков после запятой, причем точность экспериментальных работ выше точности теоретических расчетов. Это самые точные измерения в физике элементарных частиц.

Особенностями движения электронов в атомах, подчиняющегося уравнениям квантовой механики, определяются оптические, электрические, магнитные, химические и механические свойства веществ.

Электроны участвуют в электромагнитных, слабых и гравитационных взаимодействиях (см. Единство сил природы). Так, вследствие электромагнитного процесса происходит аннигиляция электрона и позитрона с образованием двух -квантов: . Электроны и позитроны высоких энергий могут участвовать и в других процессах электромагнитной аннигиляции с образованием адронов: адроны. Сейчас такие реакции усиленно изучаются на многочисленных ускорителях на встречных -пучках (см. Ускорители заряженных частиц).

Слабые взаимодействия электронов проявляются, например, в процессах с несохранением четности (см. Четность) в атомных спектрах или в реакциях между электронами и нейтрино .

Не имеется никаких данных о внутренней структуре электрона. Современные теории исходят из представлений о лептонах как о точечных частицах. В настоящее время это проверено экспериментально до расстояний см. Новые данные могут появиться лишь с повышением энергии столкновения частиц в будущих ускорителях.

Все вокруг нас на планете состоит из маленьких, неуловимых для зрения частиц. Электроны - это одни из них. Их открытие произошло относительно недавно. И оно открыло новые представления о механизмах передачи электричества и устройства мира в целом.

Как делили неделимое

В современном понимании электроны - это элементарные частицы. Они являются целостными и не раскалываются на более мелкие структуры. Но такое представление существовало не всегда. До 1897 года об электронах не имели никакого понятия.

Ещё мыслители Древней Греции догадывались о том, что каждая вещь на свете, подобно зданию, состоит из множества микроскопических «кирпичиков». Наименьшей единицей вещества тогда считался атом, и это убеждение сохранялось веками.

Представление об атоме изменились только в конце XIX века. После исследований Дж. Томсона, Э. Резерфорда, Х. Лоренца, П. Зеемана, мельчайшими неделимыми частицами были признаны атомные ядра и электроны. Со временем были открыты протоны, нейтроны, а ещё позже - нейтрино, каоны, пи-мезоны и т. д.

Сейчас науке известно огромное количество элементарных частиц, свое место среди которых неизменно занимают и электроны.

Открытие новой частицы

• n - главное число, определяющее запас энергии электрона (соответствует номеру периода химического элемента);
• l - орбитальное число, которое описывает форму электронного облака (s - сферическая, p - форма восьмерки, d - форма клевера или двойной восьмерки, f - сложная геометрическая форма);
• m - магнитное число, определяющее ориентацию облака в магнитном поле;
• ms - спиновое число, характеризующее обращение электронов вокруг своей оси.

Заключение

Итак, электроны - это стабильные отрицательно заряженные частицы. Они элементарные и не могут распадаться на другие элементы. Их относят к фундаментальным частицам, то есть таким, которые входят в структуру вещества.

Электроны движутся вокруг атомных ядер и составляют их электронную оболочку. Они влияют на химические, оптические, механические и магнитные свойства различных веществ. Эти частицы участвуют в электромагнитном и гравитационном взаимодействии. Их направленное движение создает электрический ток и магнитное поле.

Электрон - фундаментальная частица, одна из тех, что являются структурными единицами вещества. По классификации является фермионом (частица с полуцелым спином, названа в честь физика Э. Ферми) и лептоном (частицы с полуцелым спином, не участвующие в сильном взаимодействии, одном из четырех основных в физике). Барионное равно нулю, как и других лептонов.

До недавнего времени считалось, что электрон - элементарная, то есть неделимая, не имеющая структуры частица, однако сейчас ученые другого мнения. Из чего состоит электрон по представлению современных физиков?

История названия

Еще в Древней Греции естествоиспытатели заметили, что янтарь, предварительно натертый шерстью, притягивает к себе мелкие предметы, то есть проявляет электромагнитные свойства. Свое название электрон получил от греческого ἤλεκτρον, что и означает "янтарь". Термин предложил Дж. Стоуни в 1894 году, хотя сама частица была открыта Дж. Томпсоном в 1897 году. Обнаружить ее было сложно, причиной этому служит малая масса, и заряд электрона стал в опыте по нахождению решающим. Первые снимки частицы получил Чарльз Вильсон с помощью специальной камеры, которая применяется даже в современных экспериментах и названа в его честь.

Интересен факт, что одной из предпосылок к открытию электрона является высказывание Бенджамина Франклина. В 1749 году он разработал гипотезу, согласно которой, электричество - это материальная субстанция. Именно в его работах были впервые применены такие термины, как положительный и отрицательный заряды, конденсатор, разряд, батарея и частица электричества. Удельный заряд электрона принято считать отрицательным, а протона - положительным.

Открытие электрона

В 1846 году понятие «атом электричества» стал использовать в своих работах немецкий физик Вильгельм Вебер. Майкл Фарадей открыл термин «ион», который сейчас, пожалуй, знают все еще со школьной скамьи. Вопросом природы электричества занимались многие именитые ученые, такие как немецкий физик и математик Юлиус Плюккер, Жан Перрен, английский физик Уильям Крукс, Эрнст Резерфорд и другие.

Таким образом, прежде чем Джозеф Томпсон успешно завершил свой знаменитый опыт и доказал существование частицы меньшей, чем атом, в этой сфере трудилось множество ученых, и открытие было бы невозможно, не проделай они этой колоссальной работы.

В 1906 году Джозеф Томпсон получил Нобелевскую премию. Опыт заключался в следующем: сквозь параллельные металлические пластины, создававшие электрическое поле, пропускались пучки катодных лучей. Затем они должны были проделать такой же путь, но уже через систему катушек, создававших магнитное поле. Томпсон обнаружил, что при действии электрического поля лучи отклонялись, и то же самое наблюдалось при магнитном воздействии, однако пучки катодных лучей не меняли траектории, если на них действовали оба этих поля в определенных соотношениях, которые зависели от скорости частиц.

После расчетов Томпсон узнал, что скорость этих частиц существенно ниже скорости света, а это значило, что они обладают массой. С этого момента физики стали считать, что открытые частицы материи входят в состав атома, что впоследствии и подтвердилось Он назвал ее «планетарная модель атома».

Парадоксы квантового мира

Вопрос о том, из чего состоит электрон, достаточно сложен, по крайней мере, на данном этапе развития науки. Прежде чем рассматривать его, нужно обратиться к одному из парадоксов квантовой физики, которые даже сами ученые не могут объяснить. Это знаменитый эксперимент с двумя щелями, объясняющий двойственную природу электрона.

Его суть в том, что перед «пушкой», стреляющей частицами, установлена рамка с вертикальным прямоугольным отверстием. Позади нее находится стена, на которой и будут наблюдаться следы от попаданий. Итак, для начала нужно разобраться, как ведет себя материя. Проще всего представить, как запускаются машиной теннисные мячики. Часть шариков попадает в отверстие, и следы от попаданий на стене складываются в одну вертикальную полосу. Если на некотором расстоянии добавить еще одно такое же отверстие, следы будут образовывать, соответственно, две полосы.

Волны же в такой ситуации ведут себя по-другому. Если на стене будут отображаться следы от столкновения с волной, то в случае с одним отверстием полоса тоже будет одна. Однако все меняется в случае с двумя щелями. Волна, проходя через отверстия, делится пополам. Если вершина одной из волн встречается с нижней частью другой, они гасят друг друга, и на стене появится интерференционная картина (несколько вертикальных полос). Места на пересечении волн оставят след, а места, где произошло взаимное гашение, нет.

Удивительное открытие

С помощью вышеописанного эксперимента ученые могут наглядно продемонстрировать миру различие между квантовой и классической физикой. Когда они стали обстреливать стену электронами, на ней проявлялся обычный вертикальный след: некоторые частицы, точно так же как теннисные мячики, попадали в щель, а некоторые нет. Но все изменилось, когда возникло второе отверстие. На стене проявилась Сначала физики решили, что электроны интерферируют между собой, и решили пускать их по одному. Однако уже спустя пару часов (скорость движущихся электронов все же гораздо ниже скорости света) снова стала проявляться интерференционная картина.

Неожиданный поворот

Электрон, вместе с некоторыми другими частицами, такими как фотоны, проявляет корпускулярно-волновой дуализм (также применяется термин "квантово-волновой дуализм"). Подобно одновременно и жив, и мертв, состояние электрона может быть как корпускулярным, так и волновым.

Однако следующий шаг в этом эксперименте породил еще больше загадок: фундаментальная частица, о которой, казалось, известно все, преподнесла невероятный сюрприз. Физики решили установить у отверстий наблюдательное устройство, чтобы зафиксировать, через какую именно щель проходят частицы, и каким образом они проявляют себя в качестве волны. Но как только было поставлен наблюдательный механизм, на стене появились только две полосы, соответствующие двум отверстиям, и никакой интерференционной картины! Как только «слежку» убирали, частица вновь начинала проявлять волновые свойства, будто знала, что за ней уже никто не наблюдает.

Еще одна теория

Физик Борн предположил, что частица не превращается в волну в прямом смысле слова. Электрон «содержит» в себе волну вероятности, именно она дает интерференционную картину. Эти частицы обладают свойством суперпозиции, то есть могут находиться в любом месте с определенной долей вероятности, поэтому их и может сопровождать подобная «волна».

Тем не менее результат налицо: сам факт наличия наблюдателя влияет на результат эксперимента. Кажется невероятным, но это не единственный пример подобного рода. Физики проводили опыты и на более крупных частях материи, однажды объектом стал тончайший отрез алюминиевой фольги. Ученые отметили, что один только факт некоторых измерений влиял на температуру предмета. Природу подобных явлений они объяснить пока еще не в силах.

Структура

Но из чего состоит электрон? На данный момент современная наука не может дать ответ на этот вопрос. До недавнего времени он считался неделимой фундаментальной частицей, сейчас же ученые склоняются к тому, что он состоит из еще более мелких структур.

Удельный заряд электрона также считался элементарным, но теперь открыты кварки, имеющие дробный заряд. Существует несколько теорий относительно того, из чего состоит электрон.

Сегодня можно увидеть статьи, в которых заявляется, что ученым удалось разделить электрон. Однако это верно лишь отчасти.

Новые эксперименты

Советские ученые еще в восьмидесятых годах прошлого века предположили, что электрон возможно будет разделить на три квазичастицы. В 1996 году удалось разделить его на спинон и холон, а недавно физиком Ван ден Бринком и его командой частица была разделена на спинон и орбитон. Однако расщепления удается добиться только в специальных условиях. Эксперимент может проводиться в условиях крайне низких температур.

Когда электроны «остывают» до абсолютного нуля, а это около -275 градусов по Цельсию, они практически останавливаются и образуют между собой нечто вроде материи, будто сливаясь в одну частицу. В таких условиях физикам и удается наблюдать квазичастицы, из которых «состоит» электрон.

Переносчики информации

Радиус электрона очень мал, он равен 2,81794 . 10 -13 см, однако выходит, что его составляющие имеют намного меньший размер. Каждая из трех частей, на которые удалось «разделить» электрон, несет в себе информацию о нем. Орбитон, как следует из названия, содержит данные об орбитальной волне частицы. Спинон отвечает за спин электрона, а холон сообщает нам о заряде. Таким образом, физики могут наблюдать отдельно различные состояния электронов в сильно охлажденном веществе. Им удалось проследить пары «холон-спинон» и «спинон-орбитон», но не всю тройку вместе.

Новые технологии

Физикам, открывшим электрон, пришлось ждать несколько десятков лет до тех пор, пока их открытие было применено на практике. В наше время технологии находят использование уже через несколько лет, достаточно вспомнить графен - удивительный материал, состоящий из атомов углерода в один слой. Чем будет полезно расщепление электрона? Ученые предрекают создание скорость которого, по их мнению, в несколько десятков раз больше, чем у самых мощных современных ЭВМ.

В чем тайна квантовой компьютерной технологии? Это можно назвать простой оптимизацией. В привычном компьютере минимальная, неделимая часть информации - это бит. И если мы считаем данные чем-то визуальным, то для машины варианта только два. Бит может содержать либо ноль, либо единицу, то есть части двоичного кода.

Новый метод

Теперь давайте представим, что в бите содержится и ноль, и единица - это «квантовый бит», или «кьюбит». Роль простых переменных будет играть спин электрона (он может вращаться либо по часовой стрелке, либо против). В отличие от простого бита, кьюбит может выполнять одновременно несколько функций, за счет этого и будет происходить увеличение скорости работы, малая масса и заряд электрона здесь не имеют значения.

Объяснить это можно на примере с лабиринтом. Чтобы выбраться из него, нужно перепробовать множество различных вариантов, из которых правильным будет только один. Традиционный компьютер пусть и решает задачи быстро, но все же в один момент времени может работать только над одной-единственной проблемой. Он переберет по одному все варианты путей, и в итоге обнаружит выход. Квантовый же компьютер, благодаря двойственности кьюбита, может решать множество задач одновременно. Он пересмотрит все возможные варианты не по очереди, а в единый момент времени, и тоже решит задачу. Трудность пока состоит только в том, чтобы заставить множество квантов работать над одной задачей - это и будет основой компьютера нового поколения.

Применение

Большинство людей пользуется компьютером на бытовом уровне. С этим пока отлично справляются и обычные ПК, однако чтобы прогнозировать события, зависящие от тысяч, а может и сотен тысяч переменных, машина должна быть просто огромна. же легко справится с такими вещами, как прогнозирование погоды на месяц, обработка данных по стихийным бедствиям и их предсказание, а также будет совершать сложнейшие математические вычисления со многими переменными за долю секунды, и все это с процессором величиной в несколько атомов. Так что возможно, уже очень скоро наши самые мощные компьютеры будут толщиной с лист бумаги.

Сохранение здоровья

Квантовые компьютерные технологии внесут огромный вклад в медицину. Человечество получит возможность создавать наномеханизмы с мощнейшим потенциалом, с их помощью можно будет не только диагностировать болезни, просто посмотрев на весь организм изнутри, но и оказывать медицинскую помощь без хирургического вмешательства: мельчайшие роботы с «мозгами» отличного компьютера смогут выполнять все операции.

Неизбежна революция и в сфере компьютерных игр. Мощные машины, способные мгновенно решать задачи, смогут воспроизводить игры с невероятно реалистичной графикой, не за горами уже и компьютерные миры с полным погружением.

В. Н. Гуськов.

Свойства характеризуют содержание физического объекта (ФО) в его взаимодействиях с окружающим миром.
Из этого следует, что сами по себе свойства нельзя рассматривать непосредственно как материальное содержания объекта. Свойства реальны только потому, что реально содержание ФО. Они полностью зависимы от содержания объектов и проявляются в их взаимодействиях с внешним миром. Поэтому всевозможные физические константы конкретных свойств ФО являются по существу показателями неизменности материального содержания объекта.

Масса электрона.

Масса согласно Ньютону – это внутренняя характеристика ФО, мера его инертности (инерции).
В физике считается, что инертность объекта проявляется в его способности противостоять изменениям, внешним воздействиям. Однако с позиций концепции непосредственного близкодействия (КНБ) способностью противостоять изменениям обладают все ФО участвующие в преобразующих взаимодействиях независимо от наличия у них свойства массы.
Любой ФО будет противостоять изменениям собственного содержания, своего внутреннего движения. Это свойственно и энергетическим объектам – фотонам, которые массой не обладают (по крайней мере, в виде скалярной величины).
С позиций КНБ наличие у ФО массы определяется его способностью не противостоять изменениям вообще или сохранять свою структуру, свою внутреннюю организацию, а противостоять изменению своей связи с конкретной материальной субстанцией в которой эта структура и реализуется как ФО.
Эта способность иметь массу противоположна способности энергетических ФО сохранять свою индивидуальность только через непрерывную смену материального субстрата с которым связана его структура и содержание.
Именно объединение этих противоположных способностей в одном целом (в системе) приводит ФО обладающий массой в пространственное перемещение, а ФО обладающий энергией к торможению, замедлению его перемещения в материальном пространстве. Такой комбинированный ФО (ЭЗСМ) состоящий из ЭСМ и ЗСМ никогда и ни при каких условиях не может пространственно покоиться или перемещаться в нем со скоростью света.

Естественно что как способность иметь массу так и способность иметь энергию строго связана со структурной организацией ФО.
Как только структура ФО имеющих массу, например электрона и позитрона, при аннигиляции разрушается, то вновь образованные структуры теряют способность иметь массу. Они становятся структурно иными объектами – фотонами. Которые теряя связь с конкретной материальной субстанцией в своем существовании приобретают энергетические характеристики.
Казалось бы, из этого можно сделать вывод, что все изменения, не приводящие к необратимым последствиям для объекта, имеющего массу и в частности для электрона, имеют второстепенное значение. Однако это не так.
Любые преобразующие взаимодействия с внешним миром приводят к трансформации зарядового движения в структуре электрона. (Собственно говоря, ничего другого в содержании электрона кроме этого движения и нет.).
Но структура электрона, несмотря на свою простоту такова, что, преобразования структурообразующих движений всегда обратимы. В результате этого сохраняется и общее количество зарядового движения в электроне.
А это обеспечивает не только сохранность его структуры, но и постоянство его свойств, в том числе и массы.
С другой стороны постоянство содержания позволяет электрону даже в случае вхождения его в состав более сложного образования сохранять (отчасти) свою индивидуальность и всегда становиться прежним ФО после выхода из системы.

Способностью иметь массу обладают исключительно ЗСМ (в том числе и электрон), а также все более сложные ФО, в состав которых они входят. Материя, находящаяся в основном состоянии или в энергетическом состоянии таким свойством не обладает.

Однако постоянство массы не обеспечивает электрону способность проявлять это свойство в полной мере в любой момент свого существования.
Из предыдущей статьи видно, что содержание электрона от фазы к фазе меняет направленность проявления своего содержания (свой внутренний импульс). А поскольку структурообразующие взаимодействия, происходящие в электроне протекают со скоростью света, то и электрон, находящийся в фазе «сходящихся» полуквантов будет представлять собой своего рода «уходящий » объект.
Это значит, что любые попытки вступить с ним в преобразующее взаимодействие в этот момент ни к чему не приведут. Он будет недоступен для взаимодействия, поскольку будет уходить от любых противостояний с внешним миром. (Точно также недоступен, но только всегда(!), фотон для положительно ускоряющих его взаимодействий в плоскости распространения.)
Несовместимость электрона с чем-либо внешним, а, следовательно, и преобразование, в этой фазе существования невозможна. Спрашивается – может ли электрон в таком состоянии проявить свое свойство массы в отношениях с окружающим миром? Очевидно, нет.
И это при наличии у электрона полноценного содержания, которое количественно ничем не отличается от его содержания в фазе «расходящихся» полуквантов.

Электрический заряд электрона.

Внешнее проявление электрического заряда электрона отличается большим разнообразием, чем проявление его свойства массы. И действительно в одних взаимодействиях с тождественными по знаку заряда объектами электрон «отталкивается» от них, а в других с объектами, имеющими противоположный знак заряда он напротив «притягивается».
Эта неоднозначность внешнего проявления заряда электрона позволяет утверждать, что результат всегда зависит от содержания и свойств обоих взаимодействующих объектов.

Однако сама по себе констатация наглядных фактов «притяжения» или «отталкивания» объектов в зависимости от их знаковой принадлежности позволяет определить только внешние признаки внутренних закономерностей процесса и вывести соответствующие им математические закономерности (закон Кулона, например). Но для того чтобы понять, почему проявление зарядового свойства электрона столь различно, и каковы принципы его реализации этого будет явно недостаточно.

Чтобы понять суть происходящего во взаимодействиях объектов имеющих электрические заряды мы вынуждены несколько отступить от темы разговора. Структура электрона, как и структура любого другого ФО существует в «среде» ОСМ. Поэтому очень важно знать, как устроен элемент ОСМ.
В предыдущей статье уже отмечалось, что разнознаковые полукванты входящие в состав элемента ОСМ должны компенсировать проявление друг друга, чтобы объект приобрел истинную (в том числе и электрическую) нейтральность. Это значит что «уравновешивают» друг друга в своем противостоянии не только встречно направленные полукванты одного вида, но и однонаправленные полукванты разных видов. Это значит, что связь между полуквантами в элементе ОСМ разнообразна и многогранна.
По существу разделять полукванты в элементе ОСМ по знаковому признаку как мы это делали (значительно упрощая действительность) при анализе структуры электрона здесь не получится. Реальная связь между полуквантами в ОСМ такова, что они буквально не могут существовать друг без друга. Они представляют собой одно целое, стороны одной действительности. При этом ни одно из таких совокупных взаимодействий, в которых участвуют полукванты ОСМ нельзя однозначно рассматривать как, безусловно, внутреннее или внешнее. (Что вполне допустимо в случае со структурой электрона.). Они абсолютно идентичны. Поэтому определение их статуса абсолютно субъективно т. к. решающую роль будет иметь позиция наблюдателя (субъекта).
Любое взаимодействие можно рассматривать как центральное и структурообразующее и вместе с тем как внешнее с другими элементами ОСМ.
Поэтому есть все основания считать структуру ОСМ непрерывной, состоящей из своего рода «узелков» в качестве которых выступают взаимодействия. Эти взаимодействия материи находящейся в основном состоянии однотипны по принципам внутренней организации, материальному содержанию и поэтому не имеют отличительных признаков.

Конечно, все вышеизложенное о предполагаемой структуре ОСМ может быть интересно для читателя. Но для нас сейчас важно только одна деталь — зависимость интенсивности проявления одного вида полуквантов ОСМ от наличия нейтрализующих это проявление однонаправленных с ними полуквантов другого вида. Что все это значит? Только одно – если разнознаковые однонаправленные полукванты равны, то они полностью нейтрализуют друг друга. Если же один вид полуквантов начинает доминировать, то образуется зарядовое движение что мы и наблюдаем в электроне.

«Отталкивание» электронов.

Фактор доминирования одного вида полуквантов над другим очень важен для объяснения принципа организации внутреннего движения в электроне.
Не менее важен он и для объяснения механизма взаимодействия между ЗСМ. Например, между двумя электронами. Зная организацию внутреннего движения в электроне не трудно понять, что произойдет с ним, когда на смену его нейтрального взаимодействия с ОСМ придет взаимодействие с тождественным по знаку ЗСМ.
Их несовместимость приведет к точно такому же преобразовательному взаимодействию, что было у них до этого с ОСМ. И результат его будет таким же – преобразование импульса взаимодействующих полуквантов.
Единственное отличие будет состоять в том, что это взаимодействие будет «преждевременным» и произойдет оно на меньшем удалении от месторасположения предшествующих центральных взаимодействий в ЗСМ.
Следовательно, в зоне контакта электронов трансформация зарядового движения наступит раньше, чем с противоположной стороны (в зоне их взаимодействий с ОСМ). В результате произойдет смещение последующего центрального преобразовательного взаимодействия в каждом из электронов.
Не трудно догадаться – в каком именно направлении произойдет это смещение – в направлении друг от друга. Также не сложно понять, что данное смещение центров электронов равнозначно перемещению их друг от друга в пространстве.
Таков механизм «отталкивания» тождественных ЗСМ , в данном случае двух электронов. Как видим, он прост и не требует привнесения в содержание ЗС для его реализации никаких дополнительных сущностей.
Конечно, здесь дана упрощенная трактовка процесса «отталкивания» без учета энергетической составляющей. Но что самое главное — без учета взаимодействия с ОСМ.

«Притяжение» электрона и позитрона.

Посмотрим теперь, нуждаются ли электрически разнознаковые ЗСМ (электрон и позитрон) в каких-либо связующих «веревочках» для реализации «притяжения» или передачи энергетических импульсов.
Как уже отмечалось однонаправленные разнознаковые полукванты в ОСМ практически полностью нейтрализуют друг друга. Связь между полуквантами сохраняется и при переходе ОСМ в зарядовое состояние.
Только в результате нарушения количественного равновесия между полуквантами исчезает и нейтральность присущая им в ОСМ. Один вид полуквантов становится доминирующим, а что происходит с другим? Очевидно, его нейтрализация еще больше усиливается .
Естественно эти изменения не могут не проявиться во взаимодействии разнознаковых ЗСМ. И если во взаимодействии тождественных ЗСМ преобразование преобладающего вида полуквантов наступает раньше чем при аналогичном взаимодействии этих ЗС с ОСМ, то при взаимодействии разнознаковых ЗС будет наблюдаться обратный эффект .
Преобразующее взаимодействие в зоне их контакта будет запаздывать относительно аналогичного взаимодействия с ОСМ. Соответственно произойдет смещение последующих центральных взаимодействий в каждом из ЗСМ в направлении друг к другу. А это значит, что объекты должны пространственно переместиться в направлении друг к другу.
Перемещение объектов действительно произойдет, но только не друг к другу, а друг В друга! Данное уточнение основано на положении КНБ о неизбежности непосредственного контакта при возникновении взаимодействия между ФО.
Следовательно, если уже взаимодействующие объекты перемещаются встречно, то это может означать только одно – их пространственное совмещение , а не формальное сближение.
Неверным было бы считать, что вследствие совмещения разнознаковых объектов может произойти какое-то «удвоение» действительности. Ничего подобного — совмещаемые объекты прекрасно дополняют друг друга, но материальная основа их существования (ОСМ) будет оставаться прежней. Пространственно совместимы структуры ЗСМ, но не материя . И чем глубже будет их взаимопроникновение, тем меньше будет противостояние структур (до момента возможной их аннигиляции).
Таким образом, мы видим, что для реализации «притяжения» нет никакой необходимости в связующих нитях, посредством которых объекты могли бы притянуть друг друга. Нет необходимости и в противоестественной (обратной по преобразовательной сути «отталкиванию») и, следовательно, алогичной передаче энергетического движения посредством виртуальных фотонов. В основе процесса «притяжения» лежит тот же самый механизм преобразовательного взаимодействия (а точнее совокупности взаимодействий) что и в основе «отталкивания».

Однако объяснение механизмов как «отталкивания» так и «притяжения» будет будет неполным без учета взаимодействий объектов не только между собой, но и с ОСМ в противоположных направлениях. Эти взаимодействия присутствуют всегда, но только при наличии зарядовых взаимодействий начинает проявляться их роль как движущих факторов.
Так при «отталкивании» величина противостояния в этих взаимодействиях оказывается меньше чем величина противостояния электронов, а при «притяжении» эта же величина будет больше противостояния электрона и позитрона. В результате ФО начинают смещаться по линии наименьшего сопротивления в первом случае друг от друга, во втором — друг в друга.
Результат относительного ослабления противостояния разнознаковых ФО в их взаимодействии наглядно можно представить как процесс «проваливания» их друг в друга или «вдавливания» друг в друга внешним взаимодействием с окружающим ОСМ. Но эти наглядные образы не совсем верно отражают суть происходящего. В них не находит отражение многоплановость причин происходящего. Ведь фактически «притяжение» объектов (как впрочем, и «отталкивание») это результат не одного и даже не двух конкретных взаимодействий, а комплекса всесторонних взаимодействий ФО с окружающей их материей.

Предварительные итоги.

Благодаря практически полной взаимной и всесторонней компенсации полуквантов среда ОСМ электрически нейтральна. Однако достаточно через преобразование усилить или ослабить одну из содержательных составляющих (один вид полуквантов) ОСМ как равновесие нарушается, и оно переходит в ЗСМ.
Естественно это выражается не только в усилении проявления преобладающего вида полуквантов, но и ослаблении однонаправленного с ним противоположного вида полуквантов.
В электрическом заряде электрона находит выражение его способность вступать во внешние преобразующие взаимодействия с разной степенью активности.
Проявление этого свойства непосредственно связано со свойствами другого взаимодействующего с ним ФО. При этом содержание взаимодействующих сторон может проявлять себя по разному. Поэтому зарядовое свойство можно определить как взаимное изменение интенсивности проявления отдельных сторон содержания ФО при их взаимодействии.
Ничего таинственного в реализации «отталкивания» и «притяжения» электрически заряженных элементарных ФО нет.
В природе на элементарном уровне сами эти явления как таковые отсутствуют — это только внешнее проявление глубинных процессов. В основе которых лежит преобразующее взаимодействие несовместимых сторон. Поэтому принципиально механизм реализации «отталкивания и «притяжения» ничем не отличим. Единственное различие заключается в степени противостояния объектов, в величине их несовместимости.

«Спин» электрона.

Если исходить из положения о тождественности всех электронов то, рассуждая строго логично, следует признать что никакого свойства, которое позволяло бы разделить все электроны на два типа не может быть.
И действительно, поскольку свойства характеризуют содержание объекта, то отличие в чем-то свойств электронов будет свидетельствовать об их содержательном различии. Это противоречит положению о полной тождественности всех электронов.
С позиций КНБ структура электрона абсолютно прозрачна и обнаружить в ней «нечто» что могло бы послужить основанием для предположения о структурном или содержательном различии электронов (по крайней мере, на данном уровне развития наших представлений о нем) не удастся.
Поэтому есть все основания утверждать об отсутствии у электронов свойств, которые позволяли бы разделить их на отдельные группы. Следовательно, и «спин» как свойство у всех электронов должен быть одинаковый.
С другой стороны тождественность структур всех электронов не мешает им вступать во взаимодействие между собой находясь в разных фазах своего внутреннего существования. Именно наличие внутренней «пульсации» содержания ЗС позволяет разрешить, казалось бы, неразрешимую дилемму с различными «спинами» у электронов.
Наличие двух фаз во внутренних преобразовательных процессах ЗС вносит разнообразие в их отношения. Обобщая возможные варианты развития событий при взаимодействии ЗС, выделим две противоположные ситуации.
Первая – фазы существования взаимодействующих ЗС совпадают.
Вторая – структурообразующие движения во взаимодействующих ЗС находятся в противофазе.
Оба варианта взаимодействий приведут к одному и тому же результату – «отталкиванию», но в деталях они будут отличаться. Наименее противоречивым (до определенного момента) будет отношение между ЗС, чьи внутренние зарядовые движения находятся в противофазе. Поэтому сближение таких объектов будет максимально возможным.
При совпадении фаз существования взаимодействующих электронов их противостояние будет наоборот максимальным. Поэтому при прочих равных условиях их сближение в сравнении с первой ситуацией будет минимальным.
Очевидно, это различие в результатах взаимодействий между электронами и позволяет утверждать о наличии у них разных спинов.
Вывод — «спин» является сравнительной характеристикой взаимодействующих объектов. Спин отдельного электрона теряет свою определенность.
Сказать заранее до взаимодействия какой конкретно у электрона «спин» нельзя. Можно считать, что его просто нет.
Непонимание фактора зависимости, подчиненности свойств материальному содержанию объекта может привести к серьезным трудностям в формировании представлений о ФО. Наличие у ФО каких-либо характеристик (массы, энергии, заряда), тем более, если они имеют константную величину, часто ассоциируется в сознании субъекта с самим материальным содержанием объекта. Якобы свойства присутствуют в нем.
Свойства воспринимаются как дополнительные сущности, которые имеются у объекта кроме его материального содержания или входящие в состав его материального содержания в качестве отдельных элементов.
Однако это не так, свойства могут проявляться с различной интенсивностью (в зависимости от характера взаимодействия), а порой и полностью исчезать с прекращением соответствующих взаимодействий. Содержание объекта при этом, по крайней мере, количественно может оставаться неизменным.
Вывод – «ареал обитания», область существования свойств это всегда процесс взаимодействия, вне его свойства не могут ничем и ни в чем себя проявить. Фактически свойства, которые мы считаем характеристикой отдельного объекта, являются показателем процесса взаимодействия, а подчас и целой совокупности взаимодействий.

Дуализм свойств электрона.

Прежде чем перейти непосредственно к «дуализму» свойств электрона рассмотрим некоторые стороны отношений электрона с фотоном.
В предыдущей статье уже отмечалось отсутствие энергетического движения в структуре электрона. Это дает основания для утверждения об отсутствии у электрона и способности обладать энергией. (Здесь энергия рассматривается как свойство присущее исключительно энергетическим объектам – фотонам).
Вообще понятие энергии в физике имеет двойной смысл.
С одной стороны оно отожествляется с энергетическим содержанием самого объекта. С другой, энергия рассматривается как свойство того же самого объекта.
Без сомнений подобное объединение ничем не может быть оправдано. Здесь надо определяться: либо энергия это содержание ФО, либо его свойство – третьего не дано.
С точки зрения автора энергия – это свойство энергетического объекта , а не его содержание. Поэтому излучать или поглощать непосредственно энергию ФО не может. Он может только проявлять свою энергичность.
Конечно, энергию, как и любое другое свойство можно потерять или приобрести, но только через преобразование материального содержания объекта, его количественное изменение.
Без физического процесса перемещение свойства «энергия» невозможно. Поэтому когда говорят об излучении или поглощении энергии обычно имеется в виду количественное изменение материального содержание объекта, которому присуще энергетическое движение.
По существу для организации внутреннего движения электрона в энергии нет никакой необходимости. А вот для проявления свойств электрона энергетическое движение и, следовательно, энергия необходимы.
Достичь этого не сложно – достаточно электрону объединиться с фотоном. Однако здесь есть одна тонкость – «приобретая» энергетическое движение электрон перестает быть самим собой и, следовательно, утрачивает свои изначальные свойства.
Несмотря на то, что в физике пространственно перемещающийся электрон рассматривается как электрон «обладающий» энергией на самом деле это не электрон, а новый ФО.
Электрон входит в состав этого объекта в качестве элемента. Поэтому фактически электрон, объединившись с фотоном, не только не приобретает новые свойства, но и теряет свойства присущие ему изначально. Это происходит всегда и со всеми ФО, которые посредством взаимодействия образуют новое целое – систему. Ни содержание элементов системы, ни их свойства не сохраняют автономность.
Это значит, что объединенные свойства не суммируются, а трансформируются в новые совокупные свойства присущие системе как целому. Таким образом, новый ФО приобретает не только энергию присущую фотону, но и массу, и заряд электрона. Образуется новый ФО, который условно можно назвать «фотоно-электроном» или энергозарядовым состоянием (ЭЗС). Этот ФО будет обладать соответствующими ему (и только ему!) объединенными свойствами, в том числе и «энергомассой».

Вывод – при образовании системы: электрон + фотон прежние свойства элементов системы не сохраняются. Поэтому выражение «движущийся электрон» также безграмотно, как и выражение «покоящийся фотон».
Таких объектов в природе не существует, если только мы не понимаем под ними систему (ЭЗС) с присущей этой системе свойством «энергомассой».

Анализируя структуру и свойства электрона, мы рассматривали электрон, так сказать в «чистом» виде. Электрон как ФО, который участвует во внешних взаимодействиях (без этого он не может существовать!), но не входит в состав более крупной физической организации, системы.
Данный подход вызван необходимостью рассмотреть не свойства какой-то системы, а свойства конкретного элементарного объекта – электрона. Понятно, что для возникновения взаимодействия электрона с любым объектом (кроме ОСМ) и, следовательно, для проявления свойств необходимо пространственное перемещение хотя бы одного из них. Это значит что наличие энергетического движения у взаимодействующих объектов обязательно. Однако, упрощая ситуацию, мы игнорируем этот факт, абстрагируемся от него.

Перейдем к рассмотрению непосредственно «дуализма» свойств электрона.
Анализ организации внутризарядового движения электрона показал, что в течение одного периода своего существования он испытывает удивительные метаморфозы. Казалось бы, соответственно должны изменяться и свойства электрона.
Однако, несмотря на своеобразную «двуликость» содержания электрона никакими исключающими друг друга свойствами он не обладает. Противопоставление электрона как «частицы» и как «волны» чисто условно. Хотя бы, потому что его содержание качественно и количественно в моменты проявление этих «свойств» остается неизменным, а сами изменения содержания электрона последовательны во времени.
Поэтому в дальнейшем будет говорить только об изменчивости свойств электрона в процессе его существования, а не об их двойственности.

Как уже отмечалось в предыдущей статье, электрон по своей природе не является волной — он природный гармонический осциллятор. Поэтому наблюдаемые в опытах по «дифракции» и «интерференции» электрона свойство «волны» проявляет на самом деле не электрон, а система: электрон + фотон. Только благодаря постоянной связи с фотоном электрон, в составе нового ФО, приобретает волновые свойства. Значит, если рассуждать строго, следует признать, что «корпускулярно — волновой дуализм» свойств как таковой не присущ электрону.
В дальнейшем речь пойдет о «фотоно-электроне » — системе состоящей из энергетического и зарядового состояний материи, т.е. о энергозарядовом состоянии материи (ЭЗСМ).

Конечно, при анализе опытов с ЭЗСМ подтверждающих их «волновой» характер нужно было бы учитывать все реальные обстоятельства происходящего. В частности то, что в процессе участвует не “однофазовая” абстрактная копия электрона, а объективно существующий “двухфазовый” электрон. Не мешало бы иметь реальные представления о структуре фотона, с которым электрон образует систему, а также иметь более четкие представления о строении мишени. Но, к сожалению, представить во всей полноте происходящее в экспериментах, на основе имеющихся знаний, не удастся. Поэтому ограничимся общими соображениями, основанными на элементарной логике.

Начнем с прохождения ЭЗСМ через две щели. Поскольку никакая мистика в науке неуместна, сразу признаем этот факт. Из этого конечно не следует, что ЭЗС в этот момент состоит из двух половинок. И электрон, и фотон в составе этой системы всегда сохраняют свою целостность.
Итак, в начальный момент прохождения ЭЗСМ в виде движущегося электрона через мишень, очевидно ФО, находится в фазе внешнего зарядообразующего взаимодействия.
Это, кстати, позволяет сделать определенные выводы о размерах ЭЗС в момент наибольшего «расширения» электрона. Они будут сопоставимы с расстоянием между отверстиями в мишени. В дальнейшем продвижении объекта через мишень их структуры должны находиться в состоянии противофаз. Это позволит ЭЗС с наименьшими изменениями достичь другого края мишени.

Результат, который будет наблюдаться на экране, полностью зависит от расстояния от мишени до экрана. Если ФО вступит во взаимодействие с экраном в состоянии совпадающих фаз, то будет наблюдаться пик проявления «энергомассовых» свойств движущегося электрона именно по центру экрана относительно расположения отверстий в мишени. Произойдет отражение ЭЗС от экрана.
Если они вступят в контакт в состоянии противофаз, то ФО проникнет вглубь экрана, и мы ничего не увидим.
При отклонении направления движения ФО от прямолинейного, расстояние до экрана будет меняться. Будет меняться и результат взаимодействий, т.к. ФО будет достигать экрана в разных фазах.
Таким образом, будет создаваться картина аналогичная наблюдаемой при интерференции волн. Однако пусть читатель сам поразмышляет — можно ли данный эффект от взаимодействий движущегося электрона с экраном рассматривать как интерференцию его самого с собой.
Иными словами, нужно выяснить — может ли интерферировать одиночная волна? Учитывая, что согласно положениям классической физики для получения данного эффекта необходимо наложение волн друг на друга.

Для объяснения «дифракции» движущегося электрона при прохождении его через одно отверстие к сказанному мало, что можно добавить.
Логично рассуждая, следует предположить, что в начальный момент прохождения мишени ФО должен находиться в состоянии “частицы”, либо просто в противофазе с состоянием мишени.
При выходе из мишени в случае отклонения движения от прямолинейного ФО совсем не нужно обладать способностью “огибать” препятствие. Ему достаточно быть в противофазе с содержанием мишени, чтобы пройти сквозь нее практически беспрепятственно. Конечно, структура и размеры препятствия должны быть соответствующими частоте колебаний в структуре ФО.

Итоги.

Масса и заряд электрона, наблюдаемые в течение времени значительно превышающего частоту его собственных колебаний выглядят как сохраняющиеся, постоянные величины. Но в течение одного периода колебательных движений в структуре ЗС интенсивность проявления свойств может меняться от максимума, практически до нуля.
Электрон в фазе «сходящихся» полуквантов практически не наблюдаем и не проявляет никаких свойств (за исключением пожалуй заряда).
Все известные физике свойства электрона можно отнести к фазе «расходящихся» полуквантов. В результате отдельная фаза периода существования электрона воспринимается субъектом как полноценный физический объект. Поэтому мы вынуждены при анализе свойств электрона его существование в фазе «расходящихся» полуквантов подразделять на две своего рода «подфазы». В одной из них (на начальной стадии расширения) электрон будет иметь практически «монолитное» строение, представляя собой «частицу». В другой (в максимальной стадии расширения) благодаря неопределенности размеров и «рассеиванию» содержания в пространстве ОСМ электрон предстанет в виде «волны».
Иными словами электрон в начальной стадии расширения предстает для внешнего наблюдателя в виде точечного излучателя движущейся материи , который продуцирует «расходящиеся» полукванты одного вида.
Из-за практической ненаблюдаемости внешнего преобразующего взаимодействия границы электрона в стадии максимального «расширения» становятся призрачными.
Различия между электроном и полем пространственной деформации ОСМ, а также и с собственно содержанием ОСМ стираются. В результате становится абсолютно неясным – откуда «однофазовый» электрон «черпает» зарядовое движение для реализации процесса «излучения» своего материального содержания.
Тем более необъяснимо появление энергии, которой у «покоящегося» электрона нет, (и не может быть в принципе) но, которую, согласно существующей физической теории, электрон должен безвозвратно излучать в окружающее пространство. (Здесь под «энергией» подразумевается энергетическое содержание фотона.)

В связи с таким односторонним восприятием структуры электрона возникает ряд проблем в современной теоретической физике.
В частности представления о природе электрона основанные на математических моделях, которые появляются вследствие обобщения всего лишь наглядного, внешнего проявления одной стороны содержания электрона алогичны по своей сути.
Они требуют отказаться от норм формальной логики, мыслить не просто оригинально, а «нетрадиционно».
Ни к чему кроме как к увеличению количества пациентов психиатрических клиник это привести не может. Поскольку представить ФО который одновременно является и волной и частицей никакой здравомыслящий субъект не в состоянии.

В самих математических моделях призванных описывать явления природы в соответствии с оригиналом появляются несоразмерности и бесконечности по целому ряду величин (в том числе и по массе, заряду, размерам и энергии). В борьбе с этими «расходимостями» применяются хитроумные способы (в частности теория перенормировок), призванные подогнать теорию под экспериментальные данные.
Это напоминает чем-то попытки школьника младших классов решить математическую задачу любым способом, после того как он узнал ответ в конце учебника.
Все эти «сложности» вполне объяснимы т.к. теоретическая физика вынуждена объяснять явления, которые в принципе не объяснимы с позиций современной теории.

Скорее всего, физическая действительность богаче и разнообразнее наших самых буйных фантазий и свойства материи даже на элементарном уровне (в особенности ОСМ) многогранны и неисчерпаемы.
Вероятно не только электрон во всей полноте своего структурного содержания, но и многое другое из реалий физического мира ускользает от нашего внимания. Но уже сейчас можно сказать, что ничего мистического или исключительно непознаваемого в явлениях микромира нет.

Удельный заряд электрона (т. е. отношение ) был впервые измерен Томсоном в 1897 г. с помощью разрядной трубки, изображенной на рис. 74.1. Выходящий из отверстия в аноде А электронный пучок (катодные лучи; см. § 85) проходил между пластинами плоского конденсатора и попадал на флуоресцирующий экран, создавая на нем светящееся пятно.

Подавая напряжение на пластины конденсатора, можно было воздействовать на пучок практически однородным электрическим полем. Трубка помещалась между полюсами электромагнита, с помощью которого можно было создавать на том же участке пути электронов перпендикулярное к электрическому однородное магнитное поле (область этого поля обведена на рис. 74.1 пунктирной окружностью). При выключенных полях пучок попадал на экран в точке О. Каждое из полей в отдельности вызывало смещение пучка в вертикальном направлении. Величины смещений определяются полученными в предыдущем параграфе формулами (73.3) и (73.4).

Включив магнитное поле и измерив вызванное им смещение следа пучка

Томсон включал также электрическое поле и подбирал его значение так, чтобы пучок снова попадал в точку О. В этом случае электрическое и магнитное поля действовали на электроны пучка одновременно с одинаковыми по величине, но противоположно направленными силами. При этом выполнялось условие

Решая совместно уравнения (74.1) и (74.2), Томсон вычислял .

Буш применил для определения удельного заряда электронов метод магнитной фокусировки. Суть этого метода заключается в следующем. Допустим, что в однородном магнитном поле вылетает из некоторой точки слегка расходящийся симметричный относительно направления поля пучок электронов, имеющих одинаковую по величине скорость v. Направления, по которым вылетают электроны, образуют с направлением В небольшие углы а. В § 72 было выяснено, что электроны движутся в этом случае по спиральным траекториям, совершая за одинаковое время

полный оборот и смещаясь вдоль направления поля на расстояние , равное

Вследствие малости угла а расстояния (74.3) для разных электронов оказываются практически одинаковыми и равными (для малых углов ). Следовательно, слегка расходящийся пучок сфокусируется в точке, отстоящей от точки вылета электронов на расстояние

В опыте Буша электроны, испущенные раскаленным катодом К (рис. 74.2), ускоряются, проходя разность потенциалов U, приложенную между катодом К и анодом А. В результате они приобретают скорость и, значение которой может быть найдено из соотношения

Вылетев затем из отверстия в аноде, электроны образуют узкий пучок, направленный вдоль оси эвакуированной трубки, вставленной внутрь соленоида. На входе в соленоид помещается конденсатор, на который подается переменное напряжение. Поле, создаваемое конденсатором, отклоняет электроны пучка от оси прибора на небольшие изменяющиеся со временем углы а. Это приводит к «завихрению» пучка - электроны начинают двигаться по различным спиральным траекториям. На выходе из соленоида ставится флуоресцирующий экран. Если подобрать магнитную индукцию В так, чтобы расстояние Г от конденсатора до экрана удовлетворяло условию

(l - шаг спирали, - целое число), то точка пересечения траекторий электронов попадет на экран - электронный пучок окажется сфокусированным в этой точке и возбудит на экране резкое светящееся пятно. Если условие (74.6) не соблюдается, светящееся пятно на экране будет размытым. Решив совместно уравнения (74.4), (74.5) и (74.6), можно найти

Наиболее точное значение удельного заряда электрона, установленное с учетом результатов, полученных разными методами, равно

Величина (74.7) дает отношение заряда электрона к его массе покоя . В опытах Томсона, Буша и других аналогичных опытах определялось отношение заряда к релятивистской массе, равной

В опытах Томсона скорость электронов составляла примерно 0,1 с. При такой скорости релятивистская масса превышает массу покоя на 0,5%. В последующих опытах скорость электронов достигала очень больших значений. Во всех случаях было обнаружено уменьшение измеряемых значений с ростом v, происходившее в точном соответствии с формулой (74.8).

Заряд электрона был определен с большой точностью Милликеном в 1909 г. В закрытое пространство между горизонтально расположенными пластинами конденсатора (рис. 74.3) Милликен вводил мельчайшие капельки масла. При разбрызгивании капельки электризовались, и их можно было устанавливать неподвижно, подбирая величину и знак напряжения на конденсаторе.

Равновесие наступало при условии

здесь - заряд капельки, Р - результирующая силы тяжести и архимедовой силы, равная

(74.10)

( - плотность капельки, - ее радиус, - плотность воздуха).

Из формул (74.9) и (74.10), зная , можно было найти . Для определения радиуса измерялась скорость равномерного падения капельки в отсутствие поля. Равномерное движение капельки устанавливается при условии, что сила Р уравновешивается силой сопротивления (см. формулу (78.1) 1-го тома; - вязкость воздуха):

(74.11)

Движение капельки наблюдалось с помощью микроскопа. Для измерения определялось время, за которое капелька проходила расстояние между двумя нитями, видимыми в поле зрения микроскопа.

Точно зафиксировать равновесие капельки очень трудно. Поэтому вместо поля, отвечающего условию (74.9), включалось такое поле, под действием которого капелька начинала двигаться с небольшой скоростью вверх. Установившаяся скорость подъема определяется из условия, что сила Р и сила в сумме уравновешивают силу

Исключив из уравнения (74.10), (74.11) и (74.12) Р и , получим выражение для

(в эту формулу Милликен вносил поправку, учитывающую, что размеры капелек были сравнимы с длиной свободного пробега молекул воздуха).

Итак, измерив скорость свободного падения капельки и скорость ее подъема известном электрическом поле , можно было найти заряд капельки е. Произведя измерение скорости при некотором значении заряда , Милликен вызывал ионизацию воздуха облучая пространство между пластинами рентгеновскими лучами. Отдельные ионы, прилипая к капельке, изменяли ее заряд, в результате чего скорость также менялась. После измерения нового значения скорости снова облучалось пространство между пластинами и т. д.

Измеренные Милликеном изменения заряда капельки и сам заряд каждый раз получались целыми кратными одной и той же величины . Тем самым была экспериментально доказана дискретность электрического заряда, т. е. тот факт, что всякий заряд слагается из элементарных зарядов одинаковой величины.

Значение элементарного заряда, установленное с учетом измерений Милликена и данных, полученных другими методами, равно