Физика без формул - Александр Леонович

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.

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.

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.

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.

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.