В МИРЕ КВАНТОВ

Вл. KEJ1EP, инженер Рис. Г. КЫЧАКОВА

I > глубоких недрах вещества человек ^ сталкивается с удивительнейшим из всех миров — миром квантов. Бесспорно, во всей вселенной нет. области таинственнее и интереснее. Пытливейшие умы человечества штурмуют этот мир, но, увы, светильник разума пока там освещает очень небольшой участок.

Немало популярных книг написано об атомах и о звездах, о сокрэвищах Земли и о тайнах морских глубин. Но как мало еще написано об «атомах» энергии— квантах! А ведь ими пронизывается все! Они повсюду: и в свете далеких звезд, и в колебаниях ультразвукового дефектоскопа, и в пламени свечи, и в биотоках человеческого мозга.

ЗАГАДОЧНОЕ ЯВЛЕНИЕ

26 февраля 1888 года в лаборатории Московского университета произошло событие большой важности: профессор Александр Григорьевич Столетов впервые заставил свет порождать электрический ток.

Это было загадочно. Почему при облучении металла светом в установке Столетова возникал электрический ток? Тогда на этот вопрос ни один человек в мире не мог бы дать .удовлетворительного ответа: никто не знал, что электрический ток есть эффект движения электронов (сами электроны были открыты только после смерти Столетова), а если б это и знали, то как объяснили бы, что свет может выбивать электроны?

Чтобы выбить что-то из недр вещества, надо обстрелять его какими-то частицами — «пульками», достаточно мелкими, чтобы проникнуть в плотную среду, и достаточно энергичными, чтобы произвести там изменения.

Когда-то свет считали энергией в ее чистом виде. Полагали, что свет есть волнообразное явление, протекающее в некоей внешней среде — эфире. Физическое же явление, обладающее свойствами волны, как полагали прежде, не являясь веществом — материей, не может одновременно обладать и корпускулярными, то есть вещественными, телесными свойствами. Такие свойства, как выражаются, комплементарны, то есть дополнительны одно к другому, и взаимно исключают одно другое. В мире привычных величин летящий снаряд — только тело, корпускула, и не может быть волной; производимый им в воздухе процесс — только волна, которая, наоборот, не может быть корпускулой. Поэтому по аналогии считали, что и свет, бесспорно обладая волновыми свойствами, не мог одновременно состоять из частиц, быть веществом, материей.

Но почему же все-таки в опыте Столетова появлялся ток?

С ЧЕМ ЧАЩЕ ВСЕГО СТАЛКИВАЕМСЯ. НО О ЧЕМ МЕНЬШЕ ВСЕГО ЗНАЕМ! й НЕВИДИМОЕ В ВИДИМОМ И ВИДИМОЕ В НЕВИДИМОМ <з НЕ ВОЛНА, НО И НЕ ЧАСТИЦА! ТАК ЧТО ЖЕ ЭТО? ■а ПОЗНАКОМЬТЕСЬ С МАЛОИЗВЕСТНЫМИ ПЕРСОНАЖАМИ ФИЗИКИ

17 мая 1899 года другой профессор Московского университета, Петр Николаевич Лебедев, сделал сообщение в Лозанне (Швейцария) о результатах своих первых исследований давления света. Тонкими и изящными опытами он доказал существование светового давления и даже вычислил его величину, несмотря на ее ничтожно малое значение: 0,00038 г на квадратный метр черной поверхности. Этим он доказал материальность света.

Быть может, открытие Лебедева объясняло загадку Столетова? Нет, давление могут производить и волны; поэтому наличие его еще не давало убедительного доказательства существования у света корпускулярных свойств.

Ответ на эту загадку пришел чуть позднее, на самом стыке веков, — в 1900 году. Нашел его немецкий физик Макс Планк. Он доказал, что энергия, подобно веществу, не является непрерывной, а состоит как бы из «атомов». Но энергия не существует независимо от материи, она лишь свойство материи. Следовательно, если есть «атомы энергии», то есть и атомы какой-то особой, некорпускулярной — волновой — материи, образцом которой является свет. Конечно, все это было в высшей степени удивительно.

«Атомы энергии»—и сейчас звучит для

многих необычно. Понятно — атом вещества. Понятно даже — атом электричества. Ведь и в этом случае атом означает что-то «осязаемое», заполняющее пространство. Но как представить себе «атом» энергии?

Занимаясь изучением законов теплового излучения черного тела, Планк получил формулу для объемной плотности электромагнитной энергии. Эта формула давала результаты, прекрасно совпадающие с опытом, но она не только не вытекала из законов классической физики, а находилась с ними в резком противоречии. Дело в том, что она получала объяснение только в случае, если допустить, что световая энергия излучается или поглощается кратно некоторому наименьшему ее количеству, то есть состоит из порций, атомов, которые Планк назвал «квантами» («квант» означает «порция»).

Величина этой энергии Е изменяется в зависимости от частоты колебаний v (ню) и связана с ней простым отношением:

Е = hv,

где h = 6,62- Ю^-27 эрг. сек. — постоянная Планка.

Произведение энергии на время в физике называется «действием». Таков смысл «постоянной Планка».

Фотоэффект Столетова. Под действием света из металлической пластинки выбиваются электроны, вследствие чего в разомкнутой цепи возникает электрический ток.