Техника - молодёжи 1947-02, страница 25
«^тт к /Ш«М!И красные лучи; солнце, ракета и электрическая лампочка — источники света; ртутная лампа, излучение которой богато ультрафиолетовыми лучами; рентгеновская трубка и постоянно светящиеся часы> на которые нанесен составt содержащий соли радия> излучающие, в частности, гамма-лучи; из межзвездного пространства льется поток космических лучей, ных частиц, наблюдаемых хотя бы в фотоэффекте. И эти разные свойства не противоречат друг другу, так как никогда не вступают в спор: там, где свет выказывает себя, как частицы, в нем нет ничего волнового, а в тех явлениях, где СВет —это волны, в нем не найдешь и следа частц. Это четкое разделение свойств фотона проистекает из того же закона квантовой физики, который объясняет и дифракцию электронов, — m принципа- неопределенности. Этот принцип утверждает, что бессмысленно спрашивать, по каким путям движутся в атоме электроны — вращаются ли они вокруг ядра, или путешествуют 'мак-то иначе. На этот вопрос нет и не может быть ответа, и задавать его в квантовой физике так же смешно, как любопытствовать, чем пахнет солнечный луч или какого цвета звук автомобильного гудка. Понятие точного пути, взятое из физики макромира, попросту неприменимо к электрону при его движении в атоме, и поэтому рассуждения о вращении электрона вокруг ядра не научны. И не о путях электронов в атоме спрашивают теперь физики, а о запасах энергии, которыми они обладают. И этого совершенно достаточно! Подлинная природа света, состоящего из отдельных микрочастиц — фотонов, требует, чтобы электроны меняли запас своей энергии не постепенно, не вследствие непрерывного излучения электромагнитных волн, как это полагает обычная физика, а как бы «перескакивали» сразу с одного запаса на другой, отдавая разницу между этими двумя запасами в виде энергии одного фотона, испущенного излучающим атомом. Такое испускание света и происходит на самом деле. Атом —это как бы пулемет, стреляющий квантами. Но, разумеется, чтобы этот пулемет стрелял, он должен быть заряжен, — чтобы атом выбрасывал фотоны, он должен получить откуда-нибудь избыток энергии, благодаря которому его электроны «перейдут на более «высокие уровни» энергии. Только тогда станут возможными их «перескоки» к низшему уровню — испускание квантов. Это «возбуждение», как говорят физики, атома может произойти от самых различных причин. В светящемся раскаленном металле его вызывает тепловая энергия, нагревающая металл, в рентгеновской трубке— энергия движения электронов, бомбардирующих катод, в лампе дневного света — энергия фотонов ультрафиолетовых лучей, падающих на светящийся под их воздействием состав. Во всех этих случаях «заряженные» атомы вещества торопятся выбросить обратно полученный ими избыток энергии — испустить фотоны света или каких-либо лучей. И эти квантовые пули — фотоны — не одного калибра, а разного: электрон может изменять запас своей энергии в атоме, переходя не только к ближайшему возможному уровню, но и перескакивая сразу через несколько ступеней. Для атомов каждого простого вещества имеется определенный набор таких перескоков, — другими словами, набор фотонов различной величины, испускаемых только этим веществом, и никаким другим. В этом и кроется тайна спектроскопии: каждая линия в спектре —это поток фотонов одной величины, то есть фотонов с одинаковой энергией, а весь спектр целиком— это полный набор фотонов всех «размеров», какие только могут испускать атомы этого вещества, — набор, отличающий это вещество от остальных. Если теперь от этого квантового представления о спектрах вернуться к понятию о свете как о волне, то можно установить один замечательный факт. Оказывается, что существует точное соотношение между нашим старым понятием — длиною волны —и величиною энергии фотона, чем фотон меньше, тем волна длиннее, и- наоборот. Зная это соотношение, мы можем говорить теперь о язвлениях излучения на новом, квантовом языке. Мы скажем, например, что те световые излучения, которые наш глаз ощущает, как разные цвета, просто отличаются друг от друга величиною энергии их фотонов. Наш глаз не воспринимает потоки фотонов, меньших, чем фотоны красного света, и больших, чем фотоны фиолетового. Но тем не менее такие фотоны существуют. Меньшие фотоны —это инфракрасные лучи, затем радиоволны. Фотоны, большие световых, — это ультрафиолетовый спектр, рентгеновские лучи, гамма-лучи. Такой двойственный язык не должен, конечно, удивлять нас после всего рассказанного о природе микрочастиц. Мы видели, что даже электрон, эта взвешенная частица материи, мало напоминает собою простой заряженный электричеством шарик, каким его раньше счита'ли. Тем более понятно, что и фотоны, эти частицы света, не похожи на дробинки, вылетевшие из дула ружья. Это — микрочастицы, и поэтому они обладают свойствами и частиц и волн. Это и позволяет нам говорить об излучении и как о волне и как о потоке частиц. Квантовая природа излучения блестяще объясняет и все необъятное множество явлений спектроскопии, и законы фотоэффекта, и секреты строения атома, И поэтому для современного ученого так же привычно говорить о фотонах, этих поразительных микрочастицах, несущихся со скоростью 300 000 километров в секунду, как для ученого прошлого века —об электромагнитной волне. То, что в науке казалось вчера необычайным, становится сегодня обыденным; То, что вчера было малопонятным открытием нескольких прозорливых умов, сегодня становится повседневной принадлежностью техники. И © этом — значение науки к новых открытий для материального прогресса людей, - 25 |
