С ВЛАДИМИРОВ

Рисунки В. ДОБРОВОЛЬСКОГО

\\ О Л Е К УЛ

В 1928 году советские ученые академик Мандельштам и профессор Ландсберг и индусский физик Раман сделали независимо друг от друга одно и то же открытие — комбинационное рассеяние света» Это открытие было совершенно неожиданным для всех физиков; оно противоречило всем, казалось, твердо установленным законам поведения светового луча, встретившего на своем пути какое-либо тело, и имело в начале только теоретический интерес. Но очень скоро новое открытие оказалось незаменимым средством для решения важнейших практических задач. Судьба светового луча при встрече с твердым, жидким или газообразным телом может быть различна. При переходе нз одной прозрачной среды в другую, тоже прозрачную, но отличающуюся от первой своей плотностью, световой) луч преломляется, меняет направление. Так преломляется световой луч при переходе из воздуха в воду, что часто приводит к искажению видимых размеров и формы погруженного вводу тела.

Явление преломления света хорошо изучено физиками и в ряде случаев используется ими для определения веществ по тому, насколько сильно изменяют они путь светового луча.

Не менее основательно изучены фи* зиками и законы излучения и поглощения света. Таким образом, мы можем проследить, описать, исследовать весь путь светового луча с того момента, как он зародился в раскаленном веществе далеких звезд или проволочке электрической лампочки и, пройдя миллионы километров или метров, промчавшись сквозь пустоту межзвездных пространств и всю толщу земной атмосферы или через линзы и призмы приборов, поглотился в сетчатке глаза, в светочувствительном слое фотопластинки, во всех окружающих нас предметах.

А так как излучение и поглощение света связано с состоянием и составом нагретых тел, то по характеру света, по его спектру можно судить о том, из каких веществ состоят тела, испускающие или поглощающие световые лучи. На этом и основан спектральный анализ.

Значение спектрального анализа для решения научных и производственных задач огромно. Почти все, что мы знаем о строении материи (вплоть до того, сколько электронов вращается вокруг ядер атомов), мы узнаем при помощи исследования спектров излучения и спектров поглощения видимых глазом, тепловых инфракрасных, химических ультрафиолетовых, рентгеновских и иных лучей. Анализ сплавов и руд тоже производится теперь с помощью спектрального анализа. Наконец состав звезд мы узнали, исследовав их спектры. Но свечение тел обычно начинается только при высоких температурах. Анализ сплавов, например, производится в искре вольтовой дуги. А при таких температурах молекулы распадаются на от-дельные атомы или заряженные осколки молекул — ноны. По этой причине

почти все методы спектрального анализа позволяют судить о том, какие элементы входят в состав исследуемого тела, но как эти элементы группируются в молекулы, остается неясным.

Еще одно явление, связанное с судьбой луча, проходящего через какую-либо среду; — отражение и рассеяние света — было тоже изучено физиками. И тут обнаружилось, что во всех этих, очень различных по своей природе явлениях преломления, поглощения, отражения и рассеяния света он всегда несет в себе те свойства, которыми его наделило светящееся тело.

Мы видим траву зеленой, а крышу дома красной только потому, что в белом солнечном свете есть зеленые н красные лучи света. Их отражают трава и красная краска крыши, поглощая все остальные лучи. Мы видим голубое небо, потому что высоко над нашими головами молекулы азота и кислорода, входящие в состав воздуха, рассеивают голубые солнечные лучи. Сквозь желтое стекло все кажется желтым, потому что только желтые солнечные лучи проходят сквозь него. Но принципиально иное явление обнаружили Мандельштамм и Раман в своих опытах.

Оба они изучали рассеяние света. Мандельштамм проводил очень сложные опыты с рассеянием света молекулами твердого тела — кристалла кварца. Трудности опыта определялись тем, что малейшие неоднородности в строении кристалла, любые грани его, скрытые в глубине на-глаз совершенно прозрачного кристалла, отбрасывают пучки света, во много раз более яркие, чем рассеянный свет*

Раман, исследовавший рассеяние света жидкими телами, встретился с теми

же трудностями, но в меньшей степени. Для упрощения опытоз оба ученых пользовались однородным, так называемым монохроматическим светом, например синим лучом кварцевой лампы, поглотив с помощью светофильтра все невидимые ультрафиолетовые лучи, испускаемые ртутными парами.

Таким образом, в кристалл кварца проникал чистый синий луч. Но когда опыт был закончен, когда на фотопластинке был запечатлен спектр рассеянного кварцем света, оказ^ось, что наряду с яркой линией синего света в этом спектре присутствуют и очень слабые другие линии, другие лучи, которых не было в свете ртутной лампы. Пройдя сквозь кварц, свет обогатился так, как будто холодный кристалл кварца сам стал источником света. Правда, световой поток новых йучей был невероятно слаб — такой примерно свет дала бы самая слабая из видимых глазом звезд, оставшись в одиночестве на небе. Чтобы уловить новые линии, пришлось применить специальные фотоэлементы, сверхчувствительные фотопластинки и длительные экспозиции. Но, как бы то ни было, факт появления новых лучей был установлен совершенно точно, и ему требовалось дать объяснение.

Такое объяснение было вскоре найдено. До нового открытия физики считали, что световой луч при встрече с какой-либо средой преломляется или частично поглощается, превращаясь в тепловую энергию, но атомы и молекулы среды, сквозь которую прошел свет, не меняют его природы. Теперь обнаружилось, что на состав световых лучей оказывает влияние непрерывное движение* колебание атомов, входящих в состав молекул сложных веществ. Боль-

Схема исследования рассеянного света; с помощью светофильтра из излучения ртутной лампы выделяют пучок синих лучей. Синий свет рассеивается исследуемым веществом., в данном случае водой. В спектрографе рассеянный свет разделяется на составные часта., а тут обнаруживается, что однородный падающий свет превращается в сложный по составу рассеянный свет. В нижнем правом углу рисунка приведены спектры падающего и рассеянного света. Интенсивность соответствующих лучей условно обозначена высотою линий.

19