§ 10. О возможности экспериментальной проверки теории движения материальной точки. Опыты Кауфмана

Сравнение полученных в последних параграфах результатов с опытом возможно только тогда, когда электрически заряженные материальные точки имеют скорости, сравнимые со скоростью света, так что уже нельзя будет пренебречь квадратом скорости по сравнению с Это условие выполняется для быстрых катодных лучей и для электронов, испускаемых радиоактивными веществами (-лучей).

В случае электронных лучей имеются три величины, взаимосвязь которых может быть предметом более тщательного экспериментального исследования, а именно: ускоряющий потенциал, или кинетическая энергия лучей, отклонение электрическим полем и отклонение магнитным полем.

Ускоряющий потенциал П определяется в соответствии с (14) из формулы

Для вычисления двух других величин выпишем два последние уравнения (11) для случая, когда движение первоначально происходит параллельно оси обозначая через абсолютную величину заряда электрона, получаем

Если — единственные компоненты отклоняющих полей, то искривление происходит в плоскости и радиус кривизны R определяется из формулы Принимая в качестве меры электрического или магнитного отклонения, соответственно, величину или для случая, когда отлична от нуля только одна составляющая электрического или магнитного поля, получаем

Рис. 1 (см. скан)

В случае катодных лучей необходимо измерять все три величины однако исследования достаточно быстрых катодных лучей пока еще не производились. В случае -лучей (практически) можно наблюдать только величины . Кауфман с тщательностью, достойной восхищения, определил связь между для -лучей, испускаемых крупинкой бромистого радия.

Его экспериментальная установка, главные части которой изображены в натуральную величину на рис. 1, состояла в сущности из латунного цилиндра , помещенного внутри эвакуированного непрозрачного стеклянного сосуда. На нижней крышке цилиндра А в небольшом углублении О находится крупинка радия. Испускаемые им -лучи пересекают пространство между пластинами конденсатора проходят через диафрагму диаметром 0,2 мм и затем падают на фотопластинку. Лучи отклоняются в перпендикулярном направлении электрическим полем, приложенным к пластинам конденсатора, а также магнитным полем того же направления, возбуждаемым большим постоянным магнитом, так что благодаря действию лучей определенной скорости на пластинке получается точка, а в результате совместного действия частиц разной скорости — кривая.

Рис. 2

На рис. 2 показана эта кривая, изображающая с точностью до масштаба абсцисс и ординат связь между (абсцисса) и (ордината). Крестиками на кривой указаны значения, вычисленные согласно теории относительности, причем для принято значение

Принимая во внимание трудность исследования, такое согласие можно считать удовлетворительным. Однако наблюдаемые отклонения являются систематическими и значительно превосходят экспериментальные ошибки измерений Кауфмана. Тот факт, что вычисления Кауфмана не содержат ошибок, следует из того, что Планк, применяя другой метод вычислений, получил результаты, полностью согласующиеся с результатами Кауфмана.

Вопрос о том, являются ли причинами систематических отклонений еще не учтенные источники ошибок или несоответствие основ теории относительности экспериментальным фактам, можно с уверенностью решить лишь тогда, когда будут получены более разнообразные экспериментальные данные.

Необходимо еще отметить, что теории движения электронов Абрагама и Бухерера дают кривые, согласующиеся с экспериментальной кривой значительно лучше, чем кривая, соответствующая теории относительности. Однако, по нашему мнению, эти теории вряд ли достоверны поскольку их основные предположения о массе движущегося электрона не вытекают из теоретической системы, охватывающей более широкий круг явлений.