Девять цветов радуги

Штейнгауз Александр Израилевич

Но и кварц не может пропустить всего спектра ультрафиолетовых лучей: для волн короче 1800 ангстрем он тоже оказывается непрозрачным. В настоящее время наилучшим в этом смысле материалом считается флюорит, или плавиковый шпат, — он пропускает лучи с длиной волны 1200 ангстрем.

Рентгеновский участок спектра соседствует с ультрафиолетовым. Частоты рентгеновских излучений лежат в пределах от 6·10¹⁵ до 3·10¹⁹ герц, что соответствует волнам от 493 до 0,1 ангстрема. Некоторые области применения рентгеновских лучей вам хорошо известны. Они используются во всех случаях, когда надо посмотреть сквозь что-то, непрозрачное для других лучей. Поэтому их применяют для обнаружения внутренних

дефектов в металлах, для различных исследований, основанных на явлениях дифракции рентгеновских лучей в кристаллах различных веществ.

К сожалению, в природе не существует таких материалов, которые могли бы преломлять рентгеновские лучи так, как стекловидимые. Поэтому оптические устройства типа объективов не могут быть для них созданы.

И, наконец, последний из известных в настоящее время науке участков спектра электромагнитных колебаний — участок гамма-лучей. Их испускают атомы радиоактивных элементов; гамма-лучи возникают и при некоторых видах взаимодействия элементарных частиц. Частота гамма-излучения начинается от 6·10¹⁸ герц, чему соответствует длина волны 0,428 ангстрема.

О коротковолновой границе гамма-излучения говорить трудно. С каждым годом она отодвигается в область все более коротких волн. Так, в излучениях, приходящих из космического пространства, обнаружены гамма-лучи с длиной волны порядка 0,0001 ангстрема.

Проникающая способность гамма-лучей еще более высокая, чем у рентгеновских. Поэтому их часто используют в тех случаях, когда рентгеновские лучи не в состоянии «пробить» исследуемый образец. Кроме того, для получения гамма-лучей достаточно иметь лишь радиоактивный изотоп, хранящийся для безопасности в контейнере, в то время как для получения рентгеновских лучей требуется весьма сложный и громоздкий рентгеновский аппарат. Гамма-лучи применяются также при некоторых химических процессах.

Необыкновенные хвосты

Библейских пророков более всего привлекали ужасы. Мор, голод, разграбление городов, гибель народов были любимейшими темами их прорицаний.

Пророки ссылались на божьи «знамения»: радуги, солнечные затмения и на другие небесные явления как на вестников несчастья. Не мудрено, что и «хвостатые звезды» — кометы, напоминающие суеверным людям карающий меч, — были зачислены «в штат» зловещих вестников, И их появление действительно наводило ужас на религиозных людей. И даже по сей день еще встречаются люди, верящие, что комета — предвестница войны.

Небесная странница — комета. Ее хвост всегда направлен в сторону от Солнца.

Необычный вид и сравнительно редкое появление на нашем небосводе этих небесных странниц издавна привлекали внимание ученых к кометам. Предметом особого изучения явились их необыкновенные хвосты. Тем более, что их поведение казалось наблюдателям очень странным. Дело в том, что хвост кометы не тянется за ней, оставаясь постоянно сзади головной части, а всегда находится на прямой, соединяющей головную часть кометы и Солнце, и направлен в сторону, противоположную ему.

Знаменитый астроном Кеплер еще в начале XVIII века высказал предположение, что подобная ориентация кометных хвостов может быть объяснена тем, что солнечные лучи оказывают давление на освещенные тела.

Максвелл в своих теоретических исследованиях пришел к такому же выводу. Но на сей раз это была не просто блестящая догадка, а теоретическое положение, подкрепленное точными вычислениями. По расчетам Максвелла получалось, что отвесные лучи солнечного света давят на 1 квадратный метр абсолютно черной (совершенно неотражающей) поверхности с силой 0,4 миллиграмма, а на зеркальную поверхность — с силой 0,8 миллиграмма. Разумеется,

сила светового давления зависит от мощности светового излучения и от расстояния между источниками света и поверхностью, на которую падают лучи. Чем мощнее источник, гем больше давление; чем больше расстояние, тем давление меньше. Поэтому цифры, приведенные выше, не являются абсолютными. Они вычислены для случая, когда источником света является Солнце, а расстояние равно тому, на которое Земля отстоит от него.

Факт светового давления имеет принципиальное значение для науки: он открывает завесу еще над одним очень важным свойством света. Поэтому экспериментальное доказательство правильности теоретических выкладок было бы чрезвычайно существенным вкладом в физику. Но такой эксперимент оказался до крайности сложным и трудоемким — ведь измерять приходилось ничтожные по величине усилия.

Первым, кому удалось провести эти тончайшие измерения, был профессор Московского университета . Н. Лебедев. В 1899 году он измерил давление света на твердые тела, а в 1909 году разрешил еще более трудную задачу — измерение давления света на газы.

Схема установки . Н. Лебедева. Ось с лопастями, нарисованная отдельно, подвешивалась в стеклянном цилиндре. На лопасти направляли свет яркой лампы. Под давлением света ось с лопастями поворачивалась на некоторый угол.

Эти работы принесли Лебедеву мировое признание; многие университеты и научные общества избрали его своим почетным членом.

Результаты исследований подтвердили факт светового давления и точность расчетов Максвелла. Основываясь на этом факте и исследованиях Лебедева, астрономы смогли точно изучать влияние солнечного света на хвосты комет и даже определять массу частиц, образующих хвосты. Не менее интересным и важным для науки явился вывод, сделанный астрономами, о том, что световое давление, возможно, устанавливает естественный предел для размеров звезд. Масса звезды не может превышать некоторой, хотя и громадной, но конечной величины, так как в противном случае световое давление раскаленных внутренних областей звезды взорвет ее изнутри.

Мы помним, что волновая теория победила корпускулярную только после того, как опытным путем были установлены такие факты, как дифракция и интерференция. Эти факты невозможно объяснить с точки зрения корпускулярной теории, зато волновая теория великолепно с ними согласуется. Что же в этом смысле можно сказать о световом давлении? Оно было выведено и исчислено Максвеллом, создавшим свою электромагнитную теорию на основе волновых представлений о природе света, и, следовательно, полностью подтверждает их справедливость. Однако факт светового давления относится к числу тех, которые не противоречат и корпускулярным представлениям. Более того, на основании опытов Лебедева сторонник корпускулярной теории может сделать вывод, что свет имеет массу, и даже определить ее величину!

Мельчайшие из мельчайших

Наука никогда не заняла бы подобающего ей места, если бы с самого зарождения не требовала глубокого осмысления и точного определения даже самых простейших, кажущихся совершенно очевидными понятий. Вот, например, определения [7] белого, прозрачного и черного тел, приемлемые для науки:

Тело, отражающее все лучи света, падающие на него, называется идеально белым.

Тело, пропускающее без поглощения все лучи проходящего сквозь него света, называется идеально прозрачным.

7

Здесь не приводятся определения в строгой научной формулировке.