Уолтер Левин: Глазами физика. От края радуги к границе времени

А еще я осваивал искусство преподавания. Возможность учить школьников казалась мне на редкость ценной: я всегда старался положительно влиять на их сознание, делать свои занятия интересными, даже забавными, хотя порядки в лицее, признаться, были довольно строгими. В верхней части двери каждого класса было сделано окошко, и время от времени кто-нибудь из школьного начальства подставлял стул и следил через него за учителями. Можете себе такое представить?

К счастью, мне удалось не погрязнуть в унылой школьной культуре. Энтузиазм бил из меня ключом, и я старался передать его ученикам, чтобы помочь им по-новому взглянуть на красоту окружающего мира. Иными словами, я хотел повлиять на их сознание таким образом, чтобы они оценили прекрасный мир физики и поняли, что физика повсюду, что она пронизывает всю нашу жизнь. И самое главное – я сам очень быстро понял, что важен не материал, который ты даешь, а тайны, которые им открываешь. Излагать перед классом учебную тему обычно довольно скучно, и ученики, конечно же, тоже чувствуют эту скуку. А вот если учитель при объяснении законов физики помогает им увидеть эти законы через формулы и уравнения, он демонстрирует им процесс научных открытий во всей его новизне и воодушевлении, и ребятам очень нравится быть частью этого.

Следует сказать, что я подходил к делу совершенно не так, как большинство учителей и как было принято в нашей школе. Каждый год школа спонсировала недельную поездку учителя с детьми в лагерь, расположенный на природе, далеко от города. Однажды мы с женой возили туда моих учеников, и нам там очень понравилось. Мы все вместе готовили еду и спали в палатках. А поскольку находились очень далеко от городских огней, то однажды мы разбудили детей посреди ночи, напоили горячим шоколадом и пошли смотреть на звезды. Мы показывали им планеты и созвездия, и ребята увидели Млечный Путь во всей его красе.

Я не изучал астрофизику в университете и не преподавал ее. Вообще-то я занимался разработкой научных экспериментов по выявлению некоторых самых мелких частиц во Вселенной, но астрономия всегда притягивала и очаровывала меня. По правде говоря, почти каждый физик хранит в душе любовь к астрономии. Многие мои нынешние коллеги во время учебы в школе создавали собственные телескопы. Например, мой давний друг и коллега по МТИ Джордж Кларкот, еще будучи школьником, отполировал с этой целью пятнадцатисантиметровое зеркало. Почему физики так любят астрономию, спросите вы. Во-первых, прогресс в физике – взять хоть теорию орбитального движения – часто достигается при изучении вопросов астрономии, в ходе наблюдений и разработки теорий. Кроме того, астрономия – это и есть физика, только в контексте увеличенного ночного неба. Все эти затмения, кометы, падающие звезды, шаровые скопления, нейтронные звезды, гамма-вспышки, струи, планетарные туманности, сверхновые звезды, скопления галактик, черные дыры.

Взгляните на небо и задайте себе самые простые вопросы: почему небо голубое, закаты красные, а облака белые? Физика ответит на них на все! Солнечный свет состоит из всех цветов радуги. Проделывая свой путь через земную атмосферу, он рассеивается во всех направлениях на молекулах воздуха и мельчайших частицах пыли, намного меньших по размеру, чем микрон, – длина, равная тысячной доле миллиметра. Это явление называется рассеянием Рэлея. Синяя часть спектра рассеивается сильнее других цветов, примерно в пять раз сильнее красной. Следовательно, когда вы смотрите на небо днем в любом направлении [3] Осторожно: никогда не смотрите прямо на Солнце! , преобладает голубой рассеянный цвет. Поэтому и небо голубое! А при взгляде на небо с Луны (возможно, вы видели фотографии) оно кажется не голубым, а черным, каким мы, земляне, видим его в ночное время. Почему? Да потому что на Луне нет атмосферы.

Почему закаты красного цвета? По той же причине, по которой небо голубое. Когда Солнце находится на уровне горизонта, его лучи проходят через более толстый слой атмосферы, в котором сильнее рассеиваются и отфильтровываются зеленая, синяя и фиолетовая части спектра. К тому времени, когда свет достигает наших глаз – и облаков над нашей головой, – он состоит в основном из желтого, оранжевого и особенно красного цветов. Вот почему иногда кажется, что небо на закате и восходе буквально пылает.

А почему облака белые? Дело в том, что капли воды в облаках намного крупнее крошечных частиц, делающих небо голубым, а когда свет рассеивается на этих гораздо более крупных частицах, все цвета в нем рассеиваются в равной степени и свет остается белым. Если же облако содержит большое количество влаги или находится в тени другого облака, то свет проходит плохо и облако кажется темным.