Некоторую ясность сюда привнёс Дж.Дж.Томсон. Он провёл классические опыты — с воздействием магнитного и электрического полей на катодные частички. И установил, что знак заряда катодных частичек точно отрицательный, а удельный заряд одной такой частички, т.е. отношение заряда к массе, на три порядка больше удельного заряда самого лёгкого иона, водорода — а эта величина была известна из опытов по электролизу. Так, уже теплее. Но! Кабы знать по отдельности заряд и массу катодной частички — сразу стало бы ясно, что это электрон. А если знаешь только отношение заряда к массе у катодной частички — возможны варианты! Толку-то с того, что это отношение на три порядка боьше, чем у иона водорода! Почему оно больше — потому что масса частички меньше? А, может, потому что заряд у частички больше? А, может, и то, и другое?
Короче, вопрос о величине дискрета электрического заряда встал во всей своей красе, и неспроста. Сегодня-то все, кому не лень, знают об элементарном электрическом заряде. А на рубеже XIX-XX веков, представьте себе, были физики, которые полагали, что частицы могут нести произвольные количества электричества, выражаемые даже не натуральными числами, а любыми дробными — и что в экспериментах проявляются лишь статистически средние величины заряда по ансамблю частиц. Сейчас, конечно, подобные воззрения кажутся наивными, особенно если иметь в виду, что «электрический заряд» — это просто метка для управляющей программы. Эта метка у частицы либо есть, либо её нет — третьего не дано. Но кто понимал это на рубеже XIX-XX веков, если это и сегодня мало кто понимает? если нынешние теоретики толкуют о кварках — якобы, имеющих дробные (!) доли элементарного заряда!
Ни стыда у этих теоретиков, ни совести — из «прекрасного далёка» плюют прямо в душу Милликену, который чуть в лепёшку не разбился, а величину «элементарного заряда» выложил на блюдечке. Он, знаете ли, впрыскивал мелкие масляные капельки в пространство между горизонтальными пластинами, на которые подавал электрическое напряжение. Для капелек, имевших некоторый заряд, можно было подобрать напряжение так, чтобы электрическая сила почти уравновешивала силу тяжести — и тогда капелька долго оставалась в поле микроскопа, медленно двигаясь вниз или вверх. Это происходило не в вакууме, а в воздухе, в котором предусмотрительно создавались ионы — с помощью излучения маленького кусочка радия. Если капелька присоединяла к себе ион, то её масса, практически, не изменялась, но изменение заряда вызывало изменение её вертикальной скорости. Так вот: изменения этой скорости всегда происходили скачками. И эти скачки соответствовали изменениям заряда, которые были кратны одной и той же величине. Которую и договорились называть «элементарным зарядом».
Потом ещё было строго научно доказано, что элементарный положительный заряд по величине точно равен элементарному отрицательному. И что в состав атомов входят электроны, имеющие элементарный отрицательный заряд, и протоны, имеющие элементарный положительный заряд. И что по массе электроны и протоны различаются почти в 2000 раз, так что Дж.Дж.Томсон не зря старался. Да, и главное: в нейтральном атоме одинаковы количества протонов и электронов — а если их количества неодинаковы, то это уже не атом, а ион. Столько всего встало на свои места!
Впрочем, оставались ещё кое-какие неясности. Например, электрический заряд — обладает ли он энергией? Вопрос-то — на засыпку. Максвеллу в его «Трактате» было легко рассуждать:
«Электричество… не является, подобно теплоте, формой энергии».
Но теперь считается, что зарядом порождается поле — а поле, клянутся нам, энергией всенепременно обладает. Физическая реальность же, ёлы-палы. Теперь, белочки и зайчики, пораскинем мозгами: если заряд энергией не обладает, может ли он порождать поле, которое энергией обладает? Ой, не может. А то закон сохранения энергии упадёт — совсем плохо будет. Значит, энергия у электрического заряда — как бы, есть. Можно, конечно, тонким слоем размазывать сопли про то, где эта энергия локализована — на самом заряде, или в поле, или и там и сям сразу… Но, дяденьки, зачем нам нужны три тома комментариев, замутняющих вопрос? Давайте попроще: есть электрический заряд — есть поле — есть и энергия, правда? Она так и называется: «электрическая энергия» — может, слышали? Так вот: по вашим замечательным формулам, эта электрическая энергия у электрона и позитрона, при их близком соседстве, сопоставима с их собственными энергиями (т.е. массами, умноженными на квадрат скорости света). Внимание, вопрос: куда же девается эта нехилая энергия при аннигиляции электрона и позитрона? Ведь там на выходе оказывается энергия, соответствующая только их собственным энергиям, и ни капельки сверх этого! Экспериментаторы и так чуть в штаны не наложили от радости — когда обнаружили, что излучение аннигиляции в гробу видало релятивистский рост массы: даже в случае релятивистских электронов и позитронов, излучение их аннигиляции даёт всё ту же спектральную линию, ставшую настоящей находкой для калибровки гамма-спектрометров! По счастливому стечению обстоятельств, те экспериментаторы не заморачивались проблемой с бесследным исчезновением электрической энергии при аннигиляции — а то их радость, чего доброго, превысила бы допустимый предел.