Техника - молодёжи 1947-02, страница 23

летовым излучением. Длины самых коротких волн этого участка спектра измеряются уже миллионными долями сантиметра. Эти «сверх» фиолетовые лучи не воспринимаются глазом — мы их не видим. Но все же каждый из нас испытал на себе их действие: это они вызывают загар на коже, убивают вредоносных бактерий, повышают сопротивляемость организма болезням. Врачи пользуются ими при лечении самых различных заболеваний. Для этого употребляют искусственный источник этих лучей — ртутную лампу, испускающую ультрафиолетовый спектр. Этой лампой лечат раны, кожные болезни, детский рахит... Но не меньше пользы приносит людям и соседняя область спектра, с излучением еще более коротковолновым. Это знакомые нам рентгеновские лучи, длины "волн которых измеряются ангстремами — стомиллионными долями сантиметра.

Десятая доля ангстрема — вот примерно граница рентгеновской области. !А дальше, вплоть до тысячных долей ангстрема, лежит царство уже иных волн — гамма-лучей. Эти волны излучает металл радий. С их помощью врачи лечат одну из самых серьезных болезней, /поражающих человека,— рак.

Есть волны еще короче, менее тысячных долей ангстрема (это уже триллионные доли сантиметра!). Они рождаются в космических лучах — потоке микрочастиц, падающих на Землю из мирового пространства. Этим космическим излучением и заканчивается для нас область волн, лежащих за коротковолновой границей видимой части спектра.

Но это не все! Остается еще громадная область волн, более длинных, чем световые.

Длина волны последней красной линии в спектре —7И стотысячных долей сантиметра. А за этой границей начинается спектральный участок невидимых инфракрасных лучей. Важнейшую роль в нашей живни играют эти лучи: три четверти тепла, посылаемого Солнцем на Землю, приходится на их долю.

Эти тепловые лучи занимают солидный участок спектра — до десятых долей миллиметра. Правда, в излучении Солнца наиболее длинные тепловые волны не обнаруживаются: они поглощаются воздухом. Но люди сами научились получать все сорта инфракрасных лучей и нашли им самое различное применение. Например, с их помощью можно видеть или фотографировать в темноте, не освещая ничего вокруг и самому оставаясь невидимым!

Волны еще длиннее —это радиоволны, от самых коротких, сантиметровых, применяемых в радиолокации, до самых длинных, измеряемых уже метрами и километрами. День и ночь излучаются эти радиоволны радиостанциями всего мира, неся у людей великую службу связи.

От гамма-лучей до радиоволн—от длин волн в триллион-ные доли сантиметра до десятков километров в таких широчайших пределах заключены все открытые и изученные человеком разновидности излучения. Длиною волны — этим количественным признаком — отличаются друг от друга все ©иды волновых излучений. Но какое многообразие качеств, какое различие свойств волн влечет за собою изменение длин! Одни из волн мы воспринимаем как свет; другие ощущаем как тепло; третьими пользуемся как радиоволнами; четвертые оздоровляют наше тело; пятыми мы проникаем сквозь вещество; шестыми вылечиваем опасные опухоли...

И тем не менее эти волны — едины!

Одно из самых больших открытий ученых прошлого века состоит в том, что они поняли, что >все эти несхожие волны — единой природы, сестры одной семьи. И ученые называют их единым именем —электромагнитные волны.

Смысл такого названия всех этих волн в том, что они, как показывают многие опыты, обладают одновременно и электрическими и магнитными свойствами.

Это стройное понятие об излучении, как о распространении электромагнитных волн, нуждается для полноты картины в ответе еще на один важный вопрос: как и почему источаются эти волны из недр вещества? И если ответить правильно на этот вопрос, если познать тот механизм, который порождает электромагнитные волны в глубине микромира и выбрасывает их в виде света и всевозможных «лучей» в наш макромир, то тогда» очевидно, все станет ясным.

Но когда ученые стали отвечать на этот вопрос, все стало совершенно неясным!

Что же такое сеет?

И в самом деле, никак не удастся, пользуясь волновым понятием о свете, объяснить, как свет испускается из вещества.

Всякое вещество построено из атомов, и поэтому именно атомы — подлинные источники световых волн. Но сам атом состоит из тяжелого ядра и легких электронов. Двигаясь, они излучают свет. Волновая природа света требует, чтобы электроны в атоме двигались возле ядра так, чтобы они могли служить источниками электромагнитных волн. Как показывают расчеты физики, вращение электронов вокруг ядра есть единственное движение, которое может удовлетворить такому условию.

Но как раз это решение — нелепость!

В самом деле, допустим, что электроны излучают волны вследствие своего непрерывного вращения в атоме. Но это значит, что они непрерывно уменьшают запас своей энергии в атоме, ибо всякая волна — водяная, звуковая, электромагнитная—связана с переносом энергии от источника этой волны. А такая потеря электронами их энергии приведет к тохму, что они начнут притягиваться постепенно ядром и в конце концов... упадут на ядро! Однако этого не происходит.

Существует еще одно противоречие. Длина волны света, испускаемого нашим неустойчивым атомом, зависит от радиуса электронной орбиты: чем ближе электрон к ядру, тем более короткую волну он излучает. Но этот радиус, как мы видели, постепенно уменьшается: излучающие электроны, вращаясь, притягиваются ядром. Это значит, что такой атом должен постепенно испустить все длины волн, какие толька могут быть, так что спектр вещества, состоящего из подобных атомов, должен «быть непременно сплошным. А между тем мы видим в спектроскопе не радужный веер всех цветов, постепенно переходящих друг в друга, а группы отдельных окрашенных линий, означающих, что каждое вещество испускает набор строго определенных длин волн. Опять противоречие!

Кажется, дело ясно: чтобы спасти положение, надо выбросить лоскорее из физики эту негодную модель атома, искать решение, которое не противоречило бы опыту. Но в том и дело, что невозможно придумать модель атома, состоящего из ядра и электронов, движущихся по точным механическим законам, которая излучала бы линейчатый спектр.

А между тем линейчатый спектр существует! На заводах всего света тысячи спектроскопистов смотрят и фотографируют спектральные линии. И выходит, что они так же необъяснимы физикой макромира, как и кольца электронной дифракции!

Мы видели, что объяснить эти кольца можно только путем отказа от применимости законов механики к движению электронов между атомами кристаллической решетки металла. Дабы объяснить спектральные линии, надо, видимо, поступить точно так же: отказаться от законов обычной механики в применении к электрону в атоме.

Но ведь движение электронов в атоме связано с излучением света. И если предположить необычный характер этих движений, то не будет ли это означать и необычное, неволновое испускание света?

Многие явления физики отвечают утвердительно на этот смелый вопрос.

Вот лишь один пример. Любому инженеру-электрику известен электронный прибор, называемый фотоэлементом. В нем есть катод, испускающий электроны, и анод, соединяемый с положительным полюсом источника напряжения. В фотоэлементе электроны извлекаются из катода совсем иным способом, чем в радиолампе или рентгеновской трубке, — луч света, попавший на катод фотоэлемента, вырывает электроны из вещества, вызывая поток электронов из катода к аноду. И этот поток течет через фотоэлемент до тех пор, пока светит луч, его вызывающий.

Кажется, легко объяснить это световое явление. Очевидно, что электромагнитная энергия света, проникая в вещество катода, поглощается в нем электронами. Приобретая эту энергию, электроны обретают в себе силы прорвать поверхность катода.

Это объяснение вполне справедливо. Но попробуем, пользуясь формулами волновой теории света, рассчитать, через сколько времени после освещения светом катода вылетят из него электроны. Мы получим тогда удручающий результат: через несколько часов! !А на самом деле это происходит молниеносно: ток через фотоэлемент начинает течь, едва лишь осветится катод.

Опять противоречие теории с опытом! И в этом случае строение атома уже ни при чем: в расчете фотоэффекта физик пользуется только волновыми свойствами света, поглощаемого веществом. Не то, как испускается свет, не ясно э этом явлении физику, не механика движения электрона в атоме смущает теперь ученого, а сама волновая природа света ставится здесь под сомнение. Твердая почва колеблется теперь под ногами— убеждение, что свет — это волны!

Много тагах противоречий и странных фактов накопи* лось у физиков, изучавших световые явления. И оказалось, цто для объяснения этих фактов нужны новые понятия и законы, необычайные в применении к миру больших вещей, но единственно верные в мире первичных элементов материи.

Кванты света

Представим себе физика прошлого века, которому современный инженер принес фотоэлемент, объяснил его устройство и попросил предсказать, через сколько времени после освещения светом катода через фотоэлемент потечет ток.

— Попробуем решить эту задачу, — говорит физик, беря карандаш.— Ток потечет, когда электроны начнут вылетать

23