Девять цветов радуги

Необычный вид и сравнительно редкое появление на нашем небосводе этих небесных странниц издавна привлекали внимание ученых к кометам. Предметом особого изучения явились их необыкновенные хвосты. Тем более, что их поведение казалось наблюдателям очень странным. Дело в том, что хвост кометы не тянется за ней, оставаясь постоянно сзади головной части, а всегда находится на прямой, соединяющей головную часть кометы и Солнце, и направлен в сторону, противоположную ему.

Знаменитый астроном Кеплер еще в начале XVIII века высказал предположение, что подобная ориентация кометных хвостов может быть объяснена тем, что солнечные лучи оказывают давление на освещенные тела.

Максвелл в своих теоретических исследованиях пришел к такому же выводу. Но на сей раз это была не просто блестящая догадка, а теоретическое положение, подкрепленное точными вычислениями. По расчетам Максвелла получалось, что отвесные лучи солнечного света давят на 1 квадратный метр абсолютно черной (совершенно неотражающей) поверхности с силой 0,4 миллиграмма, а на зеркальную поверхность — с силой 0,8 миллиграмма. Разумеется, сила светового давления зависит от мощности светового излучения и от расстояния между источниками света и поверхностью, на которую падают лучи. Чем мощнее источник, гем больше давление; чем больше расстояние, тем давление меньше. Поэтому цифры, приведенные выше, не являются абсолютными. Они вычислены для случая, когда источником света является Солнце, а расстояние равно тому, на которое Земля отстоит от него.

Факт светового давления имеет принципиальное значение для науки: он открывает завесу еще над одним очень важным свойством света. Поэтому экспериментальное доказательство правильности теоретических выкладок было бы чрезвычайно существенным вкладом в физику. Но такой эксперимент оказался до крайности сложным и трудоемким — ведь измерять приходилось ничтожные по величине усилия.

Первым, кому удалось провести эти тончайшие измерения, был профессор Московского университета Π. Н. Лебедев. В 1899 году он измерил давление света на твердые тела, а в 1909 году разрешил еще более трудную задачу — измерение давления света на газы.

Схема установки Π. Н. Лебедева. Ось с лопастями, нарисованная отдельно, подвешивалась в стеклянном цилиндре. На лопасти направляли свет яркой лампы. Под давлением света ось с лопастями поворачивалась на некоторый угол.

Эти работы принесли Лебедеву мировое признание; многие университеты и научные общества избрали его своим почетным членом.

Результаты исследований подтвердили факт светового давления и точность расчетов Максвелла. Основываясь на этом факте и исследованиях Лебедева, астрономы смогли точно изучать влияние солнечного света на хвосты комет и даже определять массу частиц, образующих хвосты. Не менее интересным и важным для науки явился вывод, сделанный астрономами, о том, что световое давление, возможно, устанавливает естественный предел для размеров звезд. Масса звезды не может превышать некоторой, хотя и громадной, но конечной величины, так как в противном случае световое давление раскаленных внутренних областей звезды взорвет ее изнутри.

Мы помним, что волновая теория победила корпускулярную только после того, как опытным путем были установлены такие факты, как дифракция и интерференция. Эти факты невозможно объяснить с точки зрения корпускулярной теории, зато волновая теория великолепно с ними согласуется. Что же в этом смысле можно сказать о световом давлении? Оно было выведено и исчислено Максвеллом, создавшим свою электромагнитную теорию на основе волновых представлений о природе света, и, следовательно, полностью подтверждает их справедливость. Однако факт светового давления относится к числу тех, которые не противоречат и корпускулярным представлениям. Более того, на основании опытов Лебедева сторонник корпускулярной теории может сделать вывод, что свет имеет массу, и даже определить ее величину!

Мельчайшие из мельчайших

Наука никогда не заняла бы подобающего ей места, если бы с самого зарождения не требовала глубокого осмысления и точного определения даже самых простейших, кажущихся совершенно очевидными понятий. Вот, например, определения[7] белого, прозрачного и черного тел, приемлемые для науки:

Тело, отражающее все лучи света, падающие на него, называется идеально белым.

Тело, пропускающее без поглощения все лучи проходящего сквозь него света, называется идеально прозрачным.

Тело, целиком поглощающее падающие на него лучи света, называется идеально черным.