Сергей Суворов - О чем рассказывает свет

Физики, конечно, стремились убедиться в этом опытным путем. Идея опыта была очень проста. Она опирается на аналогию со звуком. Известно, что если зажать (укоротить) звучащую струну, она изменит характер колебания и благодаря этому изменит тон, т. е. частоту колебаний. Этот прием применяется при игре на струнных инструментах.

Возникает вопрос: а что, если повлиять на характер движения зарядов в атоме? Если и в самом деле свет есть результат движения зарядов, то это должно сказаться на частоте излучаемого света.

Повлиять на характер движения зарядов в атоме — дело вполне возможное. Для этого нужно поместить излучающее вещество между полюсами очень сильного магнита. Между полюсами магнита создается очень сильное магнитное поле. Оно подействует на заряды, движущиеся внутри атомов, и изменит характер их движения. Тогда надо наблюдать, что делается с линиями спектра, который испускается данным веществом. Это был трудный опыт. Он дал определенный результат лишь тогда, когда физики научились создавать сильные магнитные поля и стали применять дифракционные решетки, широко разбрасывающие спектр лучей.

Рис. 34. Расщепление одной из линий цинка на три под влиянием сильного магнитного поля

Опыт показал, что магнитное поле действительно изменяет излучение: каждая линия в спектре под действием сильного магнитного поля расщепляется при одних условиях на две, при других — на три линии (рис. 34). По имени немецкого ученого, открывшего это явление, оно было названо эффектом Зеемана.

Эффект Зеемана убедительно показал, что свет рождается в результате движения электрических зарядов в атомах.

В наше время были исследованы спектры солнечных пятен. Было обнаружено, что линии поглощения этих спектров расщеплены точно так же, как расщеплены линии испускания в опыте Зеемана. Из этого ученые сделали вывод, что атомы в области солнечных пятен находятся под воздействием сильных магнитных полей. Таким образом природа солнечных пятен стала ясней.

Задача расшифровки природы солнечных пятен, как видим, по ходу выводов обратна той, которая ставилась в опыте Зеемана: там с помощью сильного магнитного поля воздействовали на атомы и наблюдали расщепление линий (испускания); здесь по расщеплению линий (поглощения) сделали вывод о наличии сильного магнитного поля, воздействующего на атомы.

Существенно то, что открытие факта воздействия магнитного поля на характер излучения позволяет затем по спектрам излучения (расщепление линий) расшифровывать процессы, которые непосредственному наблюдению недоступны.

Факт воздействия сильных магнитных полей на атомные спектры был установлен в 1896 году. Уже тогда расчеты показали, что заряды, движущиеся в атомах,— это электроны, мельчайшие частицы вещества, обладающие отрицательным электрическим зарядом, только что перед тем открытые.

Первая тайна возникновения света в атомах была раскрыта. Физики были полны надежд, что скоро они раскроют и другие тайны: узнают, как движутся электроны в атомах, какие возможны колебания электронов и как эти колебания связаны с излучаемым светом, почему атомы испускают не одну, а много световых волн.

Обычно, исследуя новую область явлений, физики опираются на уже известные знания, на хорошо изученные и проверенные законы физики. Эти законы служат им надежным компасом в еще не изведанных областях природы.

Оказалось, что в области атомных явлений этот компас кое в чем стал отказывать.

В XIX веке в физике уже имелось, казалось бы, законченное учение о колебаниях. Согласно этому учению, всякое колеблющееся тело возбуждает волны той частоты, какова частота колебаний тела. Например, если струна колеблется с частотой 400 циклов, от нее идет звуковая волна той же частоты. Это — основной тон струны. Кроме основного тона, струна может одновременно издавать и другие тоны, так называемые обертоны. Частоты их в 2, 3, 4, вообще в целое число раз больше частоты основного тона.

Физики предполагали, что то же самое должно иметь место и в случае колебаний электронов в атомах. Если в атоме какого-либо элемента имеется один электрон, то между частотами излучений у таких атомов должны быть те же соотношения, что и у струны. Если же у атомов по нескольку электронов, то частоты их излучений должны представлять набор тонов и обертонов, аналогичный тому, какой имеет музыкальный инструмент с подходящим количеством струн. Так полагали физики на основе ранее известных теорий.