Читать книгу "Физика без формул - Александр Леонович"

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 радиоактивностью. В составе испускаемых некоторыми природными веществами лучей со временем выделили те, что оказались электромагнитными волнами. Они обладают невероятно малой длиной волны — еще меньшей, чем у рентгеновских лучей.

Анри Беккерель (1852–1908) — французский физик. Работал в области оптики, электромагнетизма, фотохимии и метеорологии. Открыл неизвестное излучение солей урана, названное радиоактивностью. Обнаружил физиологическое действие этого излучения, а также его способность ионизировать газ.

Это излучение назвали гамма-лучами. Однако вели они себя так, что с тем же успехом их можно было считать частицами. Поэтому и название «гамма-частицы» используют так же часто. Необычное поведение этих волн-частиц заставило вспомнить давние споры о том, что такое свет.

Если видимое световое излучение и гамма-лучи — электромагнитные «сородичи», то отличает их всего лишь длина волны. У света она мала, у гамма-лучей — еще в тысячу, миллион раз меньше. Выстраивается такая зависимость; чем меньше длина волны излучения, или, соответственно, чем больше его частота, тем больше проникающая способность, тем больше проявляется им свойств уже не волны, а частицы.

Можно сказать так — гамма-лучи представляют собой поток как бы сгустков энергии, очень похожих на летящие со скоростью света микроскопические снаряды.

С одной стороны, их научились применять для обнаружения дефектов в металлах. В медицине их используют для диагностики и для лечения злокачественных опухолей. С другой стороны, это излучение в больших дозах, как всякая радиоактивность, очень опасно, и для защиты от него принимают специальные меры, — скажем, в лабораториях физиков и на атомных электростанциях.

Внутри волны — частица, внутри частицы — волна

Говорят, что на рубеже веков чаще происходят странные и удивительные события. Возможно, в эти времена и людям в голову приходят всякие нестандартные идеи. Во всяком случае, именно в 1900 году немецкого физика Макса Планка посетила ошеломляющая мысль.

Макс Планк (1858–1947) — немецкий физик-теоретик. Работал в области термодинамики, теории теплового излучения, теории относительности. Основная научная заслуга — создание квантовой теории, пришедшей на смену классической физике, не дающей объяснений на атомном и молекулярном уровне.

Ученый разбирался с вопросом об испускании излучения нагретыми телами. Задача, стоящая перед ним, считалась трудной, но не такой, чтобы привести к революционным переменам в науке. Более того, Планка незадолго до этого пытались отговорить от занятий физикой, поскольку считали, что она практически завершена.

Однако, как Планк ни бился над задачей, уже известные методы никак не позволяли ее решить. И вот тут-то он сообразил, что излучение, испускаемое телом, идет не непрерывным потоком, как льется вода, а разбегается малюсенькими порциями. Назвал он эти порции квантами.