Сергей Суворов - О чем рассказывает свет

Выше было сказано, что Герц и Попов получали электромагнитные волны порядка 10 метров. Важно было установить, можно ли с помощью технических устройств получить излучения со все меньшей длиной волны и, наконец, сомкнуть их с теми излучениями, которые уже встречались в природе. В этом направлении шли исследования физиков.

В 90-х годах прошлого века русский физик П. Н. Лебедев (1866—1912) много работал над практическим доказательством электромагнитной природы света. Он создал вибратор, от которого получил самые короткие в то время волны—длиной в 6 миллиметров. Дальше техника получения коротких волн развивалась крайне медленно, встречались большие технические трудности. Это легко понять из следующих расчетов. Чтобы получить электромагнитные волны длиной в 10 метров (Герц, Попов), надо заставить электрические заряды колебаться с частотой в 30 миллионов циклов. Волны, полученные Лебедевым, уже требуют вибратора с частотой в 50 миллиардов циклов. Только в 1922 году советский физик А. А. Глаголева-Аркадьева изобрела «массовый излучатель», который излучал волны порядка десятых долей миллиметра. Благодаря ее работам спектр электромагнитных волн, получаемых от технических вибраторов, сомкнулся с инфракрасными излучениями.

Что же является излучателем более коротких электромагнитных волн — инфракрасных и еще более коротких? Колебания зарядов внутри молекул и атомов и их ядер. Световые излучения нам известны от природы, так как они воспринимаются нашим глазом. Другие же — были открыты физиками при помощи различных приборов.

В 1895 году немецкий физик Вильгельм Рентген (1845—1923) обнаружил, что поток быстро летящих электронов, ударяясь о стекло или металлическую пластинку, вызывает появление невидимых излучений. Излучения были замечены случайно: они упали на бумагу, покрытую особым веществом — платино-цианистым барием, и бумага в темноте засветилась. Так были открыты «рентгеновские лучи», с помощью которых в настоящее время «просвечивают» внутренние органы человека. Длины волн рентгеновских излучений лежат в промежутке примерно от десятых долей до сотни ангстрем. По длине волны они следуют непосредственно за ультрафиолетовыми излучениями.

Вскоре после открытия рентгеновских излучений в природе были найдены излучения с еще более короткой длиной волны, так называемые гамма-излучения. Их испускают радиоактивные вещества.

Таким образом, шкала излучений, обнаруженных человеком в природе, оказалась очень широкой. Если идти от наиболее длинных волн к коротким, мы увидим следующую картину (рис. 27). Сначала идут радиоволны, они самые длинные. В их же число входят и излучения, открытые Лебедевым и Глаголевой-Аркадьевой; это — ультракороткие радиоволны. Далее последовательно идут инфракрасные излучения, видимый свет, ультрафиолетовые излучения, рентгеновские и, наконец, гамма-излучения.

Границы между различными излучениями весьма условны: излучения непрерывно следуют одно за другим и даже отчасти перекрывают друг друга.

Взглянув на шкалу электромагнитных волн, читатель может заключить, что видимые нами излучения составляют весьма небольшую часть известного нам общего спектра излучений.

Для обнаружения и изучения невидимых излучений физик должен был вооружиться дополнительными приборами. Невидимые излучения можно обнаружить по их действию. Так, например, радиоизлучения действуют на антенны, создавая в них электрические колебания: инфракрасные излучения сильнее всего действуют на тепловые приборы (термометры), а все остальные излучения наиболее сильно действуют на фотопластинки, вызывая в них химические изменения. Антенны, тепловые приборы, фотопластинки — это новые «глаза» физиков для различных участков шкалы электромагнитных волн.

Рис. 27. Шкала излучений. Заштрихованная сеткой область изображает часть спектра, видимую человеческим глазом

Открытие многообразных электромагнитных излучений— одна из самых блестящих страниц истории физики.

В последние годы установлено, что радиоизлучения испускаются не только грозовыми разрядами или специально созданной технической аппаратурой. Эти излучения непрерывно испускают также и звезды и особенно ядра галактик.

Спектры радиоизлучений звезд и галактик являются таким же мощным средством изучения свойств звезд и галактик и протекающих в них процессов, как и спектры видимой части света. Для получения и анализа спектров радиоизлучений в последнее десятилетие построены мощные радиотелескопы, в которых отсутствует обычная оптика. Радиотелескопия увеличила возможности изучения звезд и галактик, так как в радиоспектрах раскрываются новые особенности и процессы в источниках. Кроме того, радиотелескопы проникают во Вселенную гораздо глубже, чем оптические телескопы. Им доступны галактики на расстояния до 10 миллиардов световых лет и более, тогда как оптические телескопы проникают во Вселенную лишь до 5—6 миллиардов световых лет [2] Световой год — расстояние, проходимое светом в течение астрономического года со скоростью 300 тысяч километров в секунду. Это — расстояние примерно в 1013 (т. е. десять тысяч миллиардов) километров. .

Спектроскоп со стеклянной призмой оказал ученым большую помощь. Но после открытия электромагнитных излучении выявилось, что стеклянная призма не для всех лучей прозрачна. Она пропускает только видимый свет и частично инфракрасные и ультрафиолетовые излучения, а именно те из них, которые ближе всего примыкают к видимому свету. Остальные излучения стекло не пропускает, и, значит, нужно подыскивать призмы не из стекла, а из других материалов. Для длинноволновых инфракрасных излучений пришлось бы изготовить призмы не из стекла, а из каменной соли или из минерала сильвина. Для коротких электромагнитных волн в несколько сантиметров подходящей была бы призма из асфальта или серы. Для средневолновых ультрафиолетовых излучений пришлось бы взять призму из кварца. Для коротковолновых же ультрафиолетовых излучений вообще нет подходящего «прозрачного» материала среди известных в настоящее время. А рентгеновские лучи так мало преломляются в любом материале, что почти невозможно развернуть их в широкую полосу спектра.

Стеклянная призма хорошо работает на небольшом участке спектральной шкалы. На других участках она отказывает. Материал, из которого сделана призма, становится препятствием для исследований.