Специальные приборы — спектроскопы, — основной деталью которых является призма, нашли широкое применение в самых разных областях. Скажем, с их помощью смогли на расстоянии определить химический состав звезд. Одним из поразительных открытий спектроскопии было обнаружение на Солнце неизвестного химического элемента, который значительно позже нашли на Земле. Его и назвали в честь Солнца — гелий.
Как быстро бегает свет?
Да так и бежит — со скоростью света, иначе вроде и не скажешь. А какова эта скорость? Измерить ее пытались очень давно. Изобретали остроумные способы, пытаясь даже «включить» в экспериментальные установки другие планеты. Было ясно, что скорость эта невероятно велика, поэтому измерять ее нужно на больших расстояниях.
Жан Фуко (1819–1868) — французский физик-экспериментатор. Разработал метод измерения скорости света и измерил ее в воздухе и воде, чем подтвердил волновую теорию света. При помощи маятника доказал вращение Земли вокруг своей оси. Изобрел гироскоп, нашедший широкое применение в технике.
Первые же более или менее удачные попытки привели к результатам, говорящим о сотнях тысяч километров в секунду. Все более точные методы измерения позволили установить на сегодня эту величину равной 300 000 километров в секунду. Как бы ни была велика эта скорость, она не бесконечно большая. Значит, свет от далеких источников, например, звезд, может идти к нам не мгновенно, а столетиями, миллионами лет. И то небо, которое мы видим над головой, вовсе не соответствует реальному состоянию дел. Иначе говоря, каких-то звезд уже давным-давно нет на свете.
А вдруг и Солнце уже погасло? И до нас доходит давным-давно испущенный свет? Не волнуйтесь, от Солнца свет доносится до нас всего лишь за 8 с небольшим минут, так что про него мы все довольно быстро узнаем.
Скорость света, измеренная в разных прозрачных веществах, оказалась меньше той, с которой он распространяется в вакууме или воздухе. Знание этих скоростей позволило установить причину преломления света: чем меньше скорость света в среде, тем больше он ею преломляется.
Когда английским физиком Максвеллом было предсказано существование электромагнитных волн, он считал, что свет — одна из их разновидностей. Так оно потом и подтвердилось в экспериментах. Радиоволны, тепловые (инфракрасные), световые, ультрафиолетовые и рентгеновские лучи — близкие родственники. Распространяются они в вакууме с одной и той же скоростью — скоростью света, а различаются лишь длиной волны или частотой.
Можно ли усилить свет?
Линзами и зеркалами можно, конечно, достаточно сильно сконцентрировать свет. Но все-таки, как бы мы ни преломляли и отражали лучи оптическими приборами, «сгустить» их в достаточной мере не удается. И лишь во второй половине XX века люди научились усиливать свет, но только совершенно другим способом.
Если взять довольно большой кристалл рубина — прозрачного минерала, — то его в специальном устройстве можно «накачать» световой энергией яркими вспышками особой лампы. В какой-то момент «насытившись», кристалл начнет сам испускать тоненький красный луч. В этом луче световая энергия оказывается очень сильно сконцентрированной. Лучик способен прожечь любые материалы, в том числе и алмаз.
Такой прибор назвали лазером — усилителем света. Где только не применяют его сегодня! Были созданы различные типы лазеров для разных целей. Врачам лазерный луч пригодился как острый и стерильный скальпель. Геодезистам он помогает задавать точное направление при проведении, скажем, подземных работ. С помощью лазера была выполнена световая локация Луны и определено точное расстояние до нее.
Лучи лазера движутся строго в одном направлении, поэтому пучок света не расплывается вширь даже на больших расстояниях. Это позволяет применять его и как средство связи, когда сообщение можно передать хоть на другую планету.
Если лазер может прожигать даже твердые материалы, значит, его луч переносит энергию в пространстве. Тогда он должен и сдвигать предметы, то есть прикладывать к ним силу. Это особенно хорошо заметно, когда вертикальный луч лазера удерживает и даже поднимает легкие шарики.
Выходит, свет оказывает давление? Да, причем это было показано почти 100 лет назад в работах русского физика Петра Николаевича Лебедева. Он увлекся проблемой отклонения кометных хвостов солнечным светом. Создав оригинальную опытную установку, Лебедев смог измерить ничтожно малое световое давление. Оно оказалось в точности таким, какое ранее предсказал в своей теории английский физик Джеймс Максвелл.
Петр Николаевич Лебедев (1866–1912) — российский физик-экспериментатор. Провел опыты на грани технических возможностей своего времени, но блестящие по результатам. Доказал существование давления света на твердые тела и газы, чем подтвердил электромагнитную теорию света. Создал устройства для генерации и приема электромагнитных волн и изучил их свойства. Исследовал земной магнетизм.
Какие лучи за краем радуги?
Вы встретили своего товарища после летних каникул. И удивились: как загорел! А отчего наша кожа приобретает такой оттенок?
Загораем-то мы, конечно, под солнечными лучами, однако знаем, что они не только делают нас коричневыми, но и греют. Различные действия оказывают на нас разные «сорта» лучей, бегущие от Солнца.
Тепловое воздействие в большей степени идет от невидимых инфракрасных лучей. Они потому так и называются, что примыкают к красной части видимого спектра.
А загар зависит от ультрафиолетовых лучей, то есть тех, что расположены по другую сторону семицветной радуги, за ее фиолетовым краем.
Поскольку все эти лучи — электромагнитные волны, то мы можем выстроить их, как звуки на нотном стане. Ниже будут находиться лучи с большой длиной волны, выше — с короткой. А частота их, или быстрота колебаний, наоборот, будет расти при переходе ко все более высоким «нотам»-лучам.
Вот и ультрафиолетовое излучение соответствует еще более коротким, чем у видимых лучей, длинам волн. А раз так, то его проникающая способность становится выше.
С одной стороны, ультрафиолет человеку необходим. Поэтому в северных районах, где недостаток солнца, детей специально облучают кварцевыми лампами. Кварцевое стекло, в отличие от обычного, не поглощает ультрафиолет. Это облучение, может быть, знакомо вам по поликлинике, когда приходится лечить простуду. Дело в том, что его терпеть не могут различные вредные вирусы и бактерии.
Если же ультрафиолета много, то и нам его не выдержать, можно заболеть. Предохраняет нас от его избытка земная атмосфера, в особенности так называемый озоновый слой. Вы, наверное, слышали об озоновых дырах. Это те места на Земле, где защитный слой по каким-то причинам утончается. Тогда здесь необходимо избегать долгого пребывания на солнце.
А вот чтобы беспрепятственно «принимать» ультрафиолет, нужно выйти за пределы земной атмосферы. Туда и поместили телескоп «Хаббл», названный так в честь известного астрофизика. Разглядывать небо в ультрафиолетовых лучах он может, кружась по орбите вокруг Земли на спутнике.
Чем сфотографировать наш скелет?
Редкий человек не проходил через рентгеновский кабинет. А уж снимки, сделанные в рентгеновских лучах, знакомы каждому. Помните, как на них виден скелет и даже кровеносные сосуды? Что же это за лучи?
Это электромагнитные волны, расположенные между ультрафиолетовым и гамма-излучением. Их открытие произошло в 1895 году. Трудно сейчас представить, какой интерес оно вызвало сто с лишним лет назад. Немецкий физик Вильгельм Рентген, открывший эти лучи, был выдающимся экспериментатором. Именно тщательность и продуманность его опытов позволили обнаружить явление, которое в течение многих лет было буквально «под носом» его коллег.
Вильгельм Рентген (1845–1923) — немецкий физик-экспериментатор. Исследовал свойства жидкостей, газов, кристаллов, электромагнитные явления. Наглядно показал, что магнитное поле создается движущимися зарядами. Главное открытие — лучи, названные его именем, и изучение их свойств, позволивших развить кристаллографию и дефектоскопию, применить лучи в медицине. Первым из физиков получил Нобелевскую премию.
Новые лучи возникали в так называемой разрядной трубке, где поток отрицательно заряженных частиц падал, тормозясь, на мишень. Чуть позднее выяснилось, что эти частицы — электроны.
Сам Рентген, не зная о существовании электрона, природу открытых им лучей объяснить не смог. А ведь именно когда заряженная частица разгоняется или тормозится, она поглощает или испускает электромагнитные волны. Получалось, что рентгеновские лучи — всего лишь разновидность таких волн.
Длина этих волн столь мала, что они оказываются еще короче ультрафиолетовых. Можно догадаться, что как раз поэтому их проникающая способность еще выше. Рентгеновские лучи просвечивают не только человеческое тело. Проходя сквозь кристаллы, они воссоздают на фотопленках их внутреннюю структуру, как бы скелет вещества.
Еще одно важное применение рентгеновских лучей — в астрономии. Регистрировать на Земле это излучение трудно из-за поглощения в атмосфере. Но когда приборы стали поднимать на ракетах и спутниках, они зафиксировали рентгеновское излучение Солнца и звезд. Главное же — удалось поймать такие лучи от вообще неизвестных ранее небесных объектов — пульсаров. Это как бы рентгеновские маяки, мигающие нам из далеких просторов космоса.
Какие лучи самые короткие?
А есть ли в природе лучи, еще более проникающие, чем рентген? Иначе такое излучение называют более жестким. Да, оно существует. В 1896 году французским физиком Анри Беккерелем были открыты лучи с невиданной проникающей способностью. Названо это явление было