Когда физики в цене - Ирина Львовна Радунская

тайну небесной лазури, но и положил начало исследованиям, приведшим к одному из самых замечательных открытий XX века.

А началось все с заочного спора с Рэлеем. Когда в начале нашего века, еще совсем молодой, Мандельштам познакомился с теорией Рэлея, она поразила его своей недоговоренностью и внутренними противоречиями, которых не замечал многоопытный Рэлей.

Мандельштам указал, что если бы процесс рассеяния происходил так, как считает Рэлей, то рассеяние должно было бы… полностью отсутствовать… И подтвердил это безупречным математическим расчетом.

Вывод был обескураживающий. Выходило, что небо, если верить теории Рэлея, и днем должно быть черным.

Выходило, что расчет Рэлея отбрасывал всю проблему далеко назад…

Итак, здание Рэлеевой теории окончательно рухнуло. Из-под его обломков снова возник пресловутый вопрос: почему же небо голубое?

Откуда новые частоты?

Впрочем, Мандельштам не полностью «разоружил» Рэлея. Он только выбил из его рук главный аргумент. Советский физик вовсе не возражал против того, что в голубой окраске неба повинны молекулы. Но он был против ошибочного объяснения, которое дал этому явлению Рэлей. Следующий решающий шаг сделал польский физик Смолуховский. Он показал, что не сами одиночные молекулы, а их случайные скопления — есть те препятствия, на которых рассеивается солнечный свет.

Если это так, то сгустки молекул, возникая и исчезая хаотически, должны вызывать мигание рассеянного света. Это эффект настолько тонкий, что его нечего и пытаться обнаружить, однако одновременно должен наблюдаться и другой эффект — небольшое изменение длины волны — частоты колебаний рассеянного света по сравнению с падающим. Это также очень тонкий эффект, но в лаборатории его стоит попытаться обнаружить: это окончательно подтвердит теорию…

Так думал Мандельштам и мучительно искал возможность осуществить опыт. А это в трудные годы послевоенной разрухи и иностранной интервенции было, пожалуй, посложнее, чем создать саму теорию. Что же касается ее практической ценности, то в то время даже сам виновник открытия не подозревал о ее значении.

В 1925 году Мандельштам вместе с молодым физиком, тоже впоследствии академиком, Ландсбергом продолжили штурм тайн, скрытых в слабых лучах рассеянного света… После долгих раздумий ученые для простоты решили изучать рассеяние света на твердых телах и для этой цели выбрали кварц.

В 1927 году начались первые опыты. Ученые осветили кристалл кварца светом ртутной лампы и… удивились! Они обнаружили не небольшие, еле уловимые изменения частоты рассеянного кристаллом света ртутной лампы, а, против ожидания, уловили частоты гораздо более высокие и низкие. В спектре рассеянного света появилась целая комбинация частот, которых не было в падающем свете.

Результаты опыта были неожиданны и необычны. Мандельштам и Ландсберг обнаружили совсем не то, что искали, что было предсказано теорией. Попутно они открыли совершенно новое явление.

Но какое? И не ошибка ли это? Началась тщательная проверка. Многие месяцы ученые искали объяснение обнаруженному явлению. Откуда в рассеянном свете появились «чужие» частоты?!

И настал день, когда Мандельштама осенила догадка. Это было удивительное открытие, то самое, которое и по сей день считается одним из важнейших открытий физики нашего времени.

Мандельштам угадал, что причина появления новых частот кроется внутри молекул вещества, рассеивающего свет. Что они — результат колебаний атомов, составляющих молекулу. Эти колебания и сказываются на рассеянном свете. Молекулы как бы метят его, оставляют на нем свои следы, зашифровывают дополнительными частотами.

Советские ученые сразу поняли все значение открывшегося им явления. Но они единодушно решили не спешить с опубликованием открытия. Надо было многое проверить, уточнить. Начались решающие эксперименты…

А В ЭТО ВРЕМЯ В ДАЛЕКОЙ ИНДИИ…

В Калькутте два индийских ученых, Ч. В. Раман и К. С. Кришнан, писали письмо в английский журнал «Нэйчр» («Природа»). И когда вышел очередной номер, ученый мир охватило небывалое волнение: новое открытие в оптике! В одной из древнейших наук!

Письмо индийских ученых, отправленное ими 16 февраля 1928 года, было опубликовано в «Нэйчр» 31 марта. В своем письме Раман и Кришнан рассказывали об удивительных опытах, которые они поставили, и о еще более удивительных результатах. Они нацелили на Солнце большой телескоп и собрали его свет в узкий пучок. Собранный пучок света исследователи направили через призму на сосуды, в которых помещались жидкости и газы, тщательно очищенные от пыли и других загрязнений. Затем они исследовали свет, выходящий из сосудов и… не узнали его. В рассеянном свете они обнаружили «лишние» частоты.

Вещество изменяет спектральный состав падающего на него света — констатировали индийские ученые и объяснили это явление так, как поняли его сами, с точки зрения господствовавших тогда представлений.

Работа Рамана и Кришнана была встречена овациями в среде ученых. Все справедливо восторгались их экспериментальным искусством. За это открытие Раман был удостоен Нобелевской премии…

К письму индийских ученых была приложена фотография спектра, на которой были зафиксированы частоты падающего света и света, рассеянного на молекулах вещества.

Когда на эту фотографию взглянули Мандельштам и Ландсберг, они увидели почти точную копию фотографии, полученной ими. Но, познакомившись с объяснением, они поняли, что Раман и Кришнан ошиблись.

Да, индийские ученые обнаружили то же самое явление, что и советские физики, только не в твердом, а в жидком и газообразном веществе. Но объяснили его неверно.

С НЕБА НА ЗЕМЛЮ

Пока разрасталось волнение, вызванное открытием индийских ученых, Мандельштам и Ландсберг подводили последние решающие итоги.

И вот 6 мая 1928 года одновременно в журнале Русского физического общества и в немецком журнале «Натурвисеншафтен» («Естественные науки») советские ученые обнародовали открытие комбинационного рассеяния света. Так они назвали новое явление.

А что же Раман и Кришнан? Как отнеслись они к открытию советских ученых, да и к своему тоже?

Через девять дней после опубликования статьи советских ученых они направили в «Нэйчр» письмо. Да, они поняли. Они тоже имели дело с комбинационным рассеянием света…

…Казалось бы, новое открытие — лишь новая победа теории. Однако огромное значение новой теории состояло в том, что она «спустилась» с неба на землю. Она дала мощное оружие технике. Промышленность получила отличный способ изучения свойств веществ.

Вы освещаете незнакомое вещество и, проанализировав рассеянный им свет, получаете точную характеристику этого вещества. Ну да, ведь молекулы вещества оставили на свету свои «следы». Другое вещество — иные отпечатки. Научитесь только читать эти следы, и молекулы расскажут вам о многих своих