Девять цветов радуги

Так, явление дифракции дало возможность создать один из видов спектроскопов — приборов, с помощью которых исследуют спектральный состав света, излучаемого самыми различными источниками, начиная от света светлячка, кончая светом самых отдаленных звезд. Спектроскоп позволяет определять химический состав самых разнообразных веществ.

Для спектроскопов такого рода изготавливают специальные дифракционные решетки. Количество щелей в современных решетках достигает 25 тысяч на сантиметр.

Свет и электричество

Почти через полтора века смелая научная гипотеза Гюйгенса была проверена и подтверждена экспериментом. Она стала признанной теорией. И вскоре среди ученых уже не осталось сторонников и последователей Ньютона, ибо какие бы опыты ни ставились с целью проверки и даже опровержения этой теории, все они приводили к одному: волновая природа света неизменно подтверждалась.

Ну, а эфир — странная неуловимая материя с удивительными, даже невероятными свойствами? Как же эфир?

Его существование тоже вынуждены признать ученые, хотя эфир, как среда, как вещество, не стал понятнее. Более того, после некоторых исследований, связанных с так называемой поляризацией света, свойства, которые ученым приходилось приписывать эфиру, оказались еще более невероятными.

Но что оставалось делать? Без наличия эфира никто не мог объяснить, почему свет распространяется в пространстве. И этот факт служил единственным доказательством существования эфира. Единственным потому, что никакие, даже самые остроумнейшие и тончайшие опыты не позволяли непосредственно обнаружить присутствие эфира — он был неуловим.

Ученым пришлось согласиться с существованием таинственного эфира, так как без него они не могли объяснить совершенно очевидный факт распространения света. Они считали, что свет есть колебательное движение эфира. Но первопричину, источник таких колебаний ученые не знали. Вернее, им было отлично известно, что всякое раскаленное тело испускает свет, но как и почему — это было для них тайной.

Оставалась непознанной и связь световых явлений с другими физическими процессами. Так, физика света и физика электричества казались разделенными глубочайшей пропастью. И не было ни малейших признаков того, что когда-нибудь в будущем между ними будет обнаружена общность или, тем более, теснейшая связь. Первым, кому удалось перекинуть «мостик» между светом и магнетизмом, оказался английский физик Майкл Фарадей (1791–1867), сделавший в области электричества столько же, сколько Ньютон в механике и математике. В 1846 году в одном из своих опытов Фарадей обнаружил, что под воздействием поля магнита изменяется направление поляризации света. «Мне удалось намагнитить и наэлектризовать луч света», — записал он в рабочем журнале. Фактически явление было несколько иным, чем считал ученый, но ценность опыта от этого не уменьшилась. Для науки она была громадной, ибо впервые было установлено, что между световыми и магнитными, а следовательно, и электрическими явлениями есть связь.

В 1862 году Фарадей поставил значительно более совершенный опыт, который в случае удачи показал бы с еще большей очевидностью связь света и электричества. Но положительных результатов достигнуть не удалось.

Только потому, что «вооружение» ученого было крайне несовершенно: спектроскоп был слишком нечувствительным, а магнит чересчур слабым.

Удачно провести этот опыт удалось голландскому физику Зееману уже после смерти Фарадея, в 1896 году. Он принес ученым столь важные сведения, что на их основании была сделана первая попытка создания теоретической модели атома.

Найти тесную связь между светом и электричеством суждено было выдающемуся английскому физику Джемсу Клерку Максвеллу (1831–1879).

Его теоретические исследования, сила и глубина которых и по настоящий день приводят в восхищение специалистов, показали, что распространение электромагнитных колебаний также является волновым процессом.

Выяснил Максвелл и другое чрезвычайно важное обстоятельство: скорость распространения электромагнитных колебаний оказывалась равной скорости света. Развивая свою теорию, Максвелл в 1873 году пришел к неизбежному выводу: свет по своей природе также относится к области электромагнитных колебаний.

В представлении многих подлинный ученый — человек, наделенный некиими особыми свойствами и качествами характера. Такое понятие неверно, но каждый ученый имеет свой стиль работы. Это особенно ясно можно показать на примере Ньютона, Фарадея и Максвелла.

Ньютон был в равной степени великим математиком и великим физиком. Он был блестящим экспериментатором, и все его теории, которые он при необходимости облекал в математическую форму, в той или иной степени были основаны на проделанной им же самим экспериментальной работе.

Совсем иным был Фарадей. Сам он почти не прибегал к помощи математики. Его представления об исследуемых процессах были почти осязаемо образны: он буквально ощущал то, что исследовал. И именно поэтому его эксперименты всегда так наглядны и понятны. Это свойство Фарадея отмечал его последователь Максвелл.

Зато сам Максвелл, в противоположность своему предшественнику, не прибегал в личной работе к эксперименту. Он был сугубым теоретиком и выдающимся математиком. Некоторые даже считают, что его роль в физике электричества заключалась в основном в том, что всю сумму знаний и идей, установленных и высказанных главным образом Фарадеем, он систематизировал и изложил на языке математики. Да и сам Максвелл высказывался примерно так же:

«Я предпринял специально эту работу в надежде, что мне удастся придать его (то есть Фарадея. — А. Ш.) идеям и методам математическое выражение».

В какой-то мере это отражает истину, но в действительности Максвелл сделал гораздо большее. На основании своих уравнений он смог прийти к утверждению теснейшей связи света и электромагнитных колебаний. Важность такого открытия трудно переоценить. Максвелл был чистый теоретик. Вероятно, он был абсолютно убежден в правильности созданной им теории. Но не так ее воспринимали многие ученые. В течение долгих лет даже очень известные физики не могли понять ее и считали неправильной. Для того чтобы ее признали, необходимо было поставить специальные опыты, установить или опровергнуть на практике справедливость новых теоретических построений. Но Максвелл сам не мог этого сделать — ему оставалось лишь ждать помощи от других.

Долго никто не знал, как, каким путем провести требуемые эксперименты. И только через пятнадцать лет после того, как открытие было сделано «на бумаге», и через десять лет после смерти автора, в 1888 году, его удалось воспроизвести в реальном эксперименте. Сделал это немецкий физик Генрих Рудольф Герц (1857–1894). Именно его опыты позволили русскому ученому Александру Степановичу Попову (1859–1905) изобрести радиосвязь.

В своих опытах Герц получал электромагнитные колебания с длиной волны от 60 сантиметров до нескольких метров. Русский ученый Петр Николаевич Лебедев (1866–1912), воспроизводя опыты Герца, получил волны значительно более короткие (до 6 миллиметров), а в 1926 году А. М. Левитская построила особую систему вибраторов, с помощью которой генерировались колебания в спектре длин волн от 30 до 915 микронов.

После опытов Герца никто уже не сомневался в справедливости теории Максвелла. И некоторым физикам даже показалось, что природа света раскрыта до конца, что о свете известно все самое основное. Быть может, их продолжала немного беспокоить недостаточная стройность теории эфира, но они надеялись, что в будущем этот недостаток будет устранен. Эти ученые считали, что в конце концов природа эфира станет ясной. Но хотя они и понимали, какие трудности связаны с теорией эфира, все же его существование не вызывало у них сомнений.

Два открытия

Еще в 1836 году Фарадей детально исследовал протекание тока в электрических растворах и сформулировал два закона электролиза. Кроме того, он установил, что носителями тока в этом случае являются ионы: положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы. Как мы знаем, электрический ток имеет место не только в электролитах. Он протекает в металлах, ему обязаны своим существованием все виды электрического разряда в газах. Однако механизм электропроводности в металлах и газах в те времена был совершенно неизвестен. Не были известны и носители тока. Фарадей ожидал, что тщательное изучение разряда в газах принесет науке ценнейшие сведения. Но сам он не занимался этой проблемой, а свое основное внимание уделял исследованию электромагнитных явлений.