О ЧЁМ ГОВОРИТ ЛУЧ СВЕТА

НЕВИДИМЫЙ СВЕТ СВЕТ — ЭТО ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ

Изики уже давно замечали, что по обе стороны свето­вого спектра действуют какие-то невидимые излучения. Если за красным краем солнечного спектра поставить термо­метр, он сильно нагревается. А за фиолетовым концом спек­тра не только нагревается термометр, но и сильно чернеют фотопластинки. Невидимые излучения за красным концом спектра назвали инфракрасными, а за фиолетовым кон­цом — ультрафиолетовыми.

Итак, помимо видимого света существуют невидимые из­лучения.

В то время, когда начала так бурно развиваться спектро­скопия, английский физик Максвелл обобщил результаты опытных исследований электрических и магнитных свойств материи и создал теорию электромагнитных волн.

Когда электромагнитная волна встречает на своём пути мельчайшие электрически заряженные частицы — электроны, то она действует на них с некоторой силой. Электроны на­чинают колебаться подобно тому, как колеблется пробка под действием водяных волн. По характеру этих колебаний можно было установить, что сила воздействия электромагнитных волн на электрон непрерывно меняет своё направление и пе­риодически то возрастает до некоторого максимума, то опять уменьшается. Это и является характерным для электромагнит­ной волны.

Но там, где есть периодическое колебание, которое рас­пространяется в пространстве, там можно говорить и о длине волны. В случае водяных волн мы называли длиной волны расстояние между двумя ближайшими гребнями. В слу­чае электромагнитных волн мы можем называть длиной волны расстояние между двумя ближайшими точками, в которых электромагнитная сила, действующая на электрон, получает наибольшее значение и направлена в одну и ту же сторону. Здесь полная аналогия с водяными волнами (гребень — наи­большее отклонение частиц воды, направленное вверх).

Как же возбуждать такие электромагнитные волны? Впо­следствии физики нашли много способов, но в то время при­менили самый простой: зарядили один металлический стержень с шаром на конце положительным электричеством, а другой такой же стержень — отрицательным, а затем сблизили их настолько, чтобы между шарами проскочила искра. Искра — это чрезвычайно кратковременный ток через воздух, он длится тысячные доли секунды. При этом электрические заряды перескакивают с одного стержня на другой и обратно, меняя направление миллионы раз в секунду. Происходит искровой разряд, в стержнях возникает колебание электрического тока. При этом в пространстве расходятся невидимые глазом электро­магнитные волны.

С помощью искрового разряда немецкий физик Г. Герц в 1888 году получил электромагнитные волны длиной в 9 мет­ров. Спустя 7 лет русский физик А. С. Попов изобрёл ра­дио— одно из величайших достижений науки и техники на­шего времени. С помощью электромагнитных волн он послал первую в мире радиограмму.

Изучая свойства световых и электромагнитных волн, фи­зики пришли к выводу, что природа их одинакова. И те и другие волны распространяются с одинаковой скоростью, от­ражаются и преломляются по одним и тем же законам. Рас­пространение световых волн в телах зависит от электрических и магнитных свойств этих тел так же, как и распространение в них электромагнитных волн. Свет — это те же электромаг­нитные волны, как и волны, получаемые от искрового раз­ряда. Оба типа волн отличаются лишь тем, что у них раз­лична длина волны. Мы помним, что видимые глазом волны имеют длину от 4000 до 7500 А, а радиоволны, с которыми работал Попов,— около 10 метров, т. е. в десятки миллионов раз больше. Инфракрасные и ультрафиолетовые излучения суть также электромагнитные волны; длина волн у первых больше, чем у красного света, а у вторых меньше, чем у фиолетового.

Итак, природа радиоволн и видимого света одинакова: свет — это тоже электромагнитные волны, только с меньшей длиной волны. Различие в длине волны и определяет разли­чие в свойствах световых и радиоволн.

С помощью технических приборов можно возбуждать радио­волны различной длины. Физики достигают этого тем, что заставляют электрические заряды колебаться с нужной ча­стотой. Если заряды колеблются с частотой, равной 300 ты­сячам в секунду, в пространстве возбуждается волна длиной в один километр. А чтобы получить электромагнитные волны длиной в один сантиметр, нужно достигнуть 30 миллиардов колебаний зарядов в секунду! Чем короче длина электромаг­нитных волн, тем больше должна быть частота колебаний заряда, тем труднее этой частоты достигнуть. Знаменитый русский физик П. Н. Лебедев, который исследовал электромаг­нитные волны и убедительно показал, что свет — это электро­магнитное излучение, получил в 90-х годах самые короткие в то время волны — длиной в 6 миллиметров. Дальше техника получения коротких электромагнитных волн развивалась мед­ленно: встречались большие технические трудности. В 1924 г. советский физик А. А. Глаголева-Аркадьева получила волны ещё короче — в одну десятую миллиметра. Благодаря её ра­ботам был заполнен весь спектр электромагнитных волн, возбуждаемых техническими установками — вибраторами. Даль­ше идут ещё более короткие волны, возбуждаемые колебаниями зарядов внутри излучающих молекул и в атомах. Это — уже инфракрасные излучения, видимый свет и другие.

В конце XIX столетия физики открыли новые невидимые излучения. В наше время все знают, что внутренние органы человека можно «просвечивать» с помощью рентгенов­ских лучей, открытых в 1895 году физиком Рентгеном. Рентген 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. Рентгеновские излучения имеют длину волны при­мерно от 0,1 до 100 ангстремов. По длине волны они следуют за ультрафиолетовыми излучениями.

Вскоре после открытия рентгеновских излучений в природе были найдены излучения с ещё 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

ІІ ІШ

Ь|| І

&г-.

•"II

Оі

А1' *|

А?-

ДЛИННЫХ волн к коротким, мы увидим следующую картину (рис. 17). Сначала идут радиоволны, они самые длинные. В их же число входят и излучения, открытые Лебедевым и Глаголевой-Ар­кадьевой. Далее идут инфракрасные излучения, видимый свет, рентгеновские излучения и, наконец, гамма-излучения.

Границы между различными излу­чениями весьма условны: излучения

Непрерывно следуют одно за другим и отчасти перекрывают друг друга.

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

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

ПРИЗМА ОТКАЗЫВАЕТСЯ СЛУЖИТЬ

Спектроскоп со стеклянной призмой оказал учёным большую помощь. Но после открытия невидимых электро­магнитных излучений выявилось, чтосте -

Клянная призма не для всех лучей прозрачна. Она пропускает только видимый свет и ближайшие к нему участки инфракрасных и ультрафиолетовых областей. 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 из каменной соли или из минерала сильвина. Для средневолновых ультрафио­летовых излучений пришлось бы взять призму из кварца. Для коротковолновых же ультрафиолетовых и рентгеновских излучений вообще невозможно подобрать подходящую призму.

Стеклянная призма несёт хорошую службу только на не­большом участке спектральной шкалы.

Но не удастся ли нам разложить сложные излучения на простые и без призмы? Нельзя ли разделить излучения каким-нибудь другим путём? Оказывается, можно.