Начиная со второй четверти XIX столетия, исследование природы электричества стало одной из актуальных проблем для ученых-физиков. К этому времени было установлено, что перемещение зарядов происходит лишь в том случае, если между двумя точками возникает разность электрических потенциалов. Таким образом, направленное движение зарядов (электрический ток) стремится сравнять значения потенциалов между двумя точками электрического поля. Ученые определили, что электрический ток в принципе можно пропустить через любой материал независимо от его агрегатного состояния. Главным в этом процессе является величина разности потенциалов (напряжение) между двумя точками электрического поля. Металлы в твердом и расплавленном состоянии хорошо проводят электрический ток даже при небольшой разности потенциалов. Другие вещества, например, стекло, хрусталь, слюда, алмаз, кристаллы различных солей плохо проводят электричество. Необходимо прикладывать огромную разность потенциалов, чтобы сделать эти вещества проводящими. Тем не менее, удалось установить, что расплавы и водные растворы солей сравнительно легко проводят электрический ток.
Уильям Крукс (1833–1919)
Для физиков XIX в. весьма заманчивой представлялась идея пропустить электрический ток через вакуум. Эксперименты М. Фарадея в этом направлении закончились неудачей, главным образом, потому, что ему не удалось достичь достаточно глубокого разрежения. Наконец английскому физику Уильяму Круксу удалось сконструировать стеклянные сосуды, в которых можно было получить достаточно хороший вакуум. Создав в такой разрядной трубке низкое давление и высокое напряжение (U > 1500 В), можно было генерировать поток лучей, испускаемых отрицательно заряженным электродом.
Существование катодных лучей было продемонстрировано в 70-х годах XIX столетия в целом ряде экспериментов, которые выполнили У. Крукс и немецкий физик Эуген Гольдштейн. Стало понятно, что электрический ток возникает на катоде и движется к аноду, где ударяется о стекло и создает свечение. Этот опыт показал ошибочность существовавшего еще со времен Б. Франклина (см. т. 1, глава 8, п. 8.9) мнения, что электрический ток протекает от положительного полюса к отрицательному{447}. Однако в то время ученые не могли однозначно определить природу данного явления. Исследователи катодных лучей придерживались двух основных точек зрения. Согласно первой из них, катодные лучи представляют собой одну из разновидностей света и обладают волновым характером. Согласно второй гипотезе, эти лучи могут являться материальными частицами, движущимися с огромной скоростью. В пользу этого воззрения свидетельствовал опыт У. Крукса, в котором катодные лучи вращали крохотную турбинку, подвешенную на стеклянной нити. В течение двадцати лет ученые не могли прийти к единому мнению. Немецкие физики Э. Видеман, Г. Герц и Е. Гольдштейн решительно поддерживали волновую версию природы катодных лучей, а английские ученые У. Крукс и А. Шустер не менее энергично отстаивали предположение об их корпускулярной природе.
