Техника - молодёжи 1947-02, страница 22

А. МЕШКОВСКИЙ

В прошлом номере нашего журнала, в статье «Электрон — волна-частица», мы рассказали об одной простейшей составной части материи —об электроне. Мы выяснили, что этот носитель отрицательного электрического заряда, входящий в состав атомов, обладает необычайными свойствами: в некоторых случаях он может выказывать волновую природу, несовместимую на первый взгляд с понятием о нем, как о частице. Мы видели, что эти странные волновые свойства материи наблюдаются в явлении дифракции электронов и атомов и находят себе объяснение в законах квантовой физики — науки о микромире.

Но в этом удивительном микромире может происходить и обратное. Оказывается, что волны при некоторых условиях могут внезапно выказывать свойства частиц. С этой квантовой особенностью волн легче всего познакомиться, изучая природу света и световые явления. Этим мы сейчас и займемся.

Прибор на все руки

Есть у физиков один замечательный прибор.

С его помощью физики изучают строение атомов, астрономы—состав Солнца и звезд. Химикам он помогает исследовать неизвестные соединения. На заводах он позволяет проверять, из каких металлических сплавов отливаются ш литейных цехах заготовки для деталей машин. В технике и медицине, в сельском хозяйстве и биологии, в геологии и астрономии — всюду находит себе применение этот прибор.

Что же это за умелый прибор?

Он называется спектроскопом. Его устройство несложно. Две трубки, расположенные под углом друг к другу, и трехгранная стеклянная призма между ними —вот основное в этом приборе. На конце первой трубы — узкая щель, на конце второй — лупа. Если вторая труба заменена фотокамерой, то прибор называют спектрографом.

Чтобы определить этим прибором состав неизвестного материала— металлического сплава или горной породы, химического соединения или медицинского препарата, надо заставить так или иначе светиться испытуемый материал. Свет, испускаемый паром сильно раскаленного или сжинаемого вещества, — вот что позволяет определить состав вещества,

И вот как это делается. Пройдя щель спектроскопа, свет попадает на призму, которая обладает способностью отклонять световой луч от своего пути так, что он попадает во вторую, зрительную трубу спектроскопа или в фотокамеру спектрографа. С помощью линз на другом конце зрительной трубы образуется световое изображение щели. Если на месте этого изображения поставить фотопластинку, то его можно сфотографировать. Если навести на изображение лупу, то его можно рассматривать.

Что же видит глаз наблюдателя в спектроскопе? Что фиксирует фотопластинка спектрографа?

Результат может показаться неожиданным всякому, незнакомому с природою света.

Наблюдатель видит в спектроскопе не одно изображение щели, не одну светящуюся «полоску, ш целое множество полос, Их может набраться даже несколько сотен! И эти полоски, или, как их называют, спектральные линии, оказываются при этом окрашенными в самые различные, цвета — красные, зеленые, желтые, *малиновые...

Это трехгранная призма совершает такое чудо со светом. Как говорят физики, она разлагает белый свет в спектр. И самое замечательное, что у каждого простого вещества есть свой собственный спектр, не похожий на остальные. Эти спектры простых веществ отличаются друг от друга количеством линий, их цветом, расположением и расстоянием между ними.

Спектр простого вещества — это словно разноцветный флаг вещества, сигнал, выдающий его присутствие в смеси. И, зная спектры простых веществ, можно всегда определить состав какого-либо сложного материала. Призма спектроскопа даст сразу изображение спектров всех элементов, из которых состоит материал. А по таблицам спектральных линий можно будет определить, к каким элементам относятся эти спектры. Более того: измеряя яркость линий каждого спект

22

Рис. С. ВЕЦРУМБ

ра, можно даже узнать, какое количество каждого вещества находится в испытуемом материале.

Замечательный способ!

Свет~~ это волны

Чтобы понять, почему стеклянная призма дает в спектроскопе не одно, а несколько изображений светящейся щели, надо знать три вещи.

Надо знать, во-первых, что свет—это особого рода волны.

Во-вторых, что всякое вещество, даже простое, всегда испускает свет, состоящий сразу из нескольких волн разной длины.

И, в-третьих, что призма отклоняет волны разной длины по-разному: чем короче волна, тем сильнее она ее отклоняет.

Зная все это, можно объяснить, почему мы видим в спек* троскопе целый набор линий вместо одного изображения щели. Очевидно, что одна линия «получилась бы только в том случае, если бы в щель попадал свет, состоящий лишь из одной волны. Но источники света испускают свет, сложенный из целого набора волн разной длины. И так как стеклянная призма отклоняет все эти волны на различные углы, то каждая волна, пройдя призму, идет по иному пути, чем волны другой длины. И в результате мы видим несколько линий — несколько изображений щели, каждое из которых соответствует свету с одной единственной длиной волны.

Это точное понятие физики, длина световой волны, кажется крайне чуждым нашему представлению о свете. Наш глаз не видит никаких волн в световых лучах. Ваш глаз замечает только цвета, и мы говорим, например, что солнечный луч — белый, что угли в печи красные, а линии в спектроскопе окрашены во все цвета радуги. Но упоминая так о цвете светового луча, -мы отнюдь не вступаем в спор с физиком, говорящим не о цвете света, а о длине световой волны, потому что цвет и длина волны света- — это два разных выражения для одного и того же явления. Для физика каждый цвет—-это число, это длина световой *волны. И если цвет, составленный волнами, очень сложен, то это может быть даже целое множество чисел, заключенное в некоторых определенных границах. Так, например, белый солнечный свет, самый сложный из всех, заключен в границах длин волн от 4 до 7 стотысячных долей сантиметра.

Но как же находят физики такие точные числа? Как можно измерить длину световой волны, когда она так мала?

В этом -может помочь явление дифракция® света>

Вспомним, что дифракция позволяет измерить длину вол-ныг именно с помощью дифракции электронов была измерена длина электронной волны.

Правда, в нашем случае уже не годится золотой листочек, вставленный в электронограф, о котором -мы писали в прошлом номере журнала. Для наблюдения дифракции света нужно приспособление, называемое дифракционной решеткой. Это стеклянная пластинка, на которой нацарапаны тончайшие штрихи. Если через такую пластинку пропустить пучок света, то свет будет проходить только в промежутках между царапинами. Благодаря этому удается наблюдать картину дифракции. Ее можно увидеть, например, с помощью спектроскопа, в котором призма заменена дифракционной решеткой.

Оказывается, что из всех волн, испускаемых солнцем, самые длинные волны, воспринимаемые человеческим глазом, — это волны красного света, а самые короткие — фиолетового. Волны вне этих пределов, то есть волны длиннее или короче, не вызывают никаких ощущений в нашем глазу, и мы их попросту не замечаем.

Но тем не менее они существуют! Их сколько угодно вокруг, и мы окружены ими в нашей жизни на каждом шагу.

Посмотрим, что это за волны.

Семья волн-невидимок

Четыре стотысячных доли сантиметра. Такова длина волны последней фиолетовой линии в спектре. Что же находится за этой границей?

Там начинается область, именуемая в физике ультрафио