Александр Леонович - Физика без формул

Изучение свойств фотоэффекта дало возможность создать и усовершенствовать фотоэлементы. Это устройства, преобразующие световой поток в электрический сигнал. Их используют, как вы, возможно, догадались, в турникетах метро. А фотоэффект, происходящий в полупроводниках, привел к созданию солнечных батарей.

Частицы-кванты, теоретически открытые в 1900 году Максом Планком, через пару десятков лет стали называть фотонами, от греческого слова «свет». Но поскольку квантами испускаются все известные нам виды излучения, фотоны могут быть отнюдь не только световыми, но и, скажем, инфракрасными или рентгеновскими.

Каждый фотон несет малюсенькую порцию энергии. Но их обычно так много, что она может стать заметной величиной. Например, можно оценить, сколько приходит световой энергии от Солнца на Землю. Оказывается, что на один квадратный метр земной поверхности за одну секунду падает несколько тысяч миллионов фотонов. Несмотря на столь малую энергию отдельного фотона, его в принципе может зарегистрировать даже человеческий глаз.

Фотон — удивительная частичка. Существует он только в «полете», когда переносится в пространстве со скоростью света. Медленнее двигаться он просто не может, как бы не создан для этого. Рождается он, излучившись, и исчезает, поглощаясь телами. Он переносит энергию и движение, нагревает тела и вместе с собратьями оказывает на них давление. При всем при этом он не обладает массой. Только здесь надо быть очень аккуратным в выражениях, так как имеется, в виду масса «обычных» частиц, способных, в отличие от фотона, находиться в покое.

Вот какой удивительный этот фотон! И это все не выдумки ученых, а строго подтвержденные опытом факты.

Это явление было открыто в конце прошлого века. Заключалось оно в том, что без всякого внешнего воздействия изнутри некоторых веществ испускались очень энергичные лучи. Это прежде всего говорило о том, что внутри вещества находятся свои собственные источники энергии. С другой стороны, такими интенсивными лучами можно было надеяться «прощупать» различные тела лучше, чем даже рентгеновским излучением.

Со временем выяснилось, что радиоактивностьпредставляет собой «излучение» разного сорта. В ее состав входят тяжелые положительно заряженные частицы, более легкие отрицательные — электроны — и очень «жесткие», сильно проникающие электромагнитные волны. Первые назвали альфа-частицами, вторые — бета-частицами, а третьи — гамма-лучами.

Такая команда «бомбардиров» могла пронизать довольно толстые слои вещества. Кстати говоря, уже с первых опытов по изучению радиоактивности накапливались сведения о том, как от нее можно защититься. Одним из лучших поглотителей радиации оказался свинец. Может быть, вы видели в рентгеновском кабинете тяжелые резиновые покрывала, которыми предохраняют от облучения не предназначенные для съемки органы. В состав этих покрывал вводят свинец.

Мария Склодовская-Кюри(1867–1934) — польский и французский физик и химик, один из основоположников учения о радиоактивности. Вместе с мужем, Пьером Кюри, открыла новые радиоактивные элементы. Установила влияние излучения на живую клетку, первой использовала радиоактивность в медицине.

Физики довольно быстро сообразили, что естественную радиоактивность можно использовать в их экспериментах. С тех пор начались усиленные поиски и кропотливое накапливание рассеянных в природе радиоактивных веществ.

Начало двадцатого столетия словно всколыхнуло ряды ученых, побудив их вновь задуматься о том, что такое атом. Греческое слово, означающее «неделимый», словно говорило, что эти частицы — последняя граница дробления тел. Однако радиоактивность — вылетание частиц изнутри вещества — заставило усомниться в этом.

Открытый более 100 лет назад электрон, обладавший отрицательным зарядом, наводил на мысль, что внутри вещества должны как-то располагаться и положительно заряженные частички. Ведь атомы в целом — нейтральны, значит, что-то должно компенсировать, уравновешивать в веществе отрицательные заряды. Трудно, конечно, представить сейчас, что столетие назад серьезные ученые воображали себе атом как «тесто» положительного заряда с вкрапленными в него «изюминками»-электронами.