Физики о физиках

Чтобы яснее представить себе физическое содержание явления, переведем наш разговор на язык спектров.

Большинство процессов во вселенной связано с изменением энергетических состояний. Энергия может рассеиваться, поглощаться, выделяться, менять форму. Например, при нагревании кристалла атомы его начинают возбуждаться, их электроны переходят на более высокие энергетические уровни. Как это происходит? Атом поглощает порцию энергии — квант определенной частоты, — и эта «пища» позволяет одному из валентных электронов «подняться» на более высокую орбиту. Этот и другие энергетические процессы находят вполне зримое воплощение в картине спектра. Если снять только что описанный спектр возбуждения атома, то на фотопластинке в строго определенном месте появится черная линия — характерная для данного вещества «линия поглощения». Это значит, что для наблюдаемого нами возбуждения атомов этого вещества поглощается световой квант данной, строго фиксированной энергии, то есть строго фиксированной частоты.

Бывает и обратный процесс, когда атом из возбужденного состояния переходит в нормальное. Тогда энергия, опять же в виде световых квантов определенной частоты, освобождается, и теперь уже в «спектрах излучения» появляется яркая линия, снова характерная для этого вещества.

Свет может не только полностью поглощаться веществом или излучаться, но, как мы знаем, и рассеиваться им. Поэтому и обнаруженное Мандельштамом рассеяние обсудим тоже на языке спектров.

Самая грубая схема явления будет выглядеть так. Существуют три возможности. Первая — падающий свет испытывает рассеяние, но не изменяет при этом своей частоты. Тогда в спектре появляется основная линия. Вторая — световой квант взаимодействует с атомом кристаллической решетки, находящимся в нормальном состоянии. При таком взаимодействии квант отдаст часть своей энергии, возбудит одно из возможных, присущих данному веществу колебаний, то есть переведет его на один из более высоких энергетических уровней, а сам рассеется уже новым квантом с меньшей энергией, и, соответственно, с меньшей частотой. Уменьшение частоты может быть различным, но ни в коем случае не произвольным. Всякий раз величина его равняется одному из значений, характерных для данного вида вещества. Но так как каждому веществу присущ свой ряд энергетических уровней, то в спектре рассеяния появится набор спутников с разными частотами.

Наконец, возможен и обратный, третий процесс. При соударении кванта с возбужденным атомом последний переходит в нормальное состояние. Тогда его избыточная энергия передается свету, и частота рассеянного кванта увеличивается — опять на величину, строго определенную, характерную для облучаемого вещества, атом которого поделился своим точно отмеренным ему избытком энергии.

Так как частоты спутников всегда представляют комбинацию (сумму или разность) частот падающего света и собственных частот облучаемого вещества, то явление это Мандельштам назвал «комбинационным рассеянием света».

Он сразу же дал верное истолкование вновь открытому виду рассеяния. И предугадал его роль в исследовании многих процессов, происходящих в веществе.

— Здесь пахнет Нобелевской премией, — обронил он в одном разговоре.

Тем не менее он не поторопился опубликовать такое открытие.

Всю жизнь Мандельштам руководствовался правилом: выпускать работы в свет только тогда, когда все тщательнейшим образом проверено и промерено. Так было и с комбинационным рассеянием. Уже давно и устойчиво получалось, что разница частот постоянна, а Леонид Исаакович продолжал еще и еще ставить проверочные опыты. Окружающим казалось, что такая чрезмерная требовательность к своим работам, такое преувеличенное чувство ответственности носят даже несколько нездоровый характер.

Когда после смерти Мандельштама ученики разбирали его бумаги, то нашли массу неопубликованных работ — целиком написанных статей с точными решениями и выводами. Вероятно, Мандельштам полагал, что там что-то не доведено до конца, что-то можно еще улучшить… Недаром его работы были эталоном строгости и законченности.

Наконец после всех проверок и расчетов статья Мандельштама и Ландсберга была послана в немецкий журнал «Натурвиссеншафтен» и в «Журнал Русского физико-химического общества». Спустя некоторое время авторы получили из Германии свою статью, им вернули ее с просьбой сократить. Они выполнили просьбу, и работа была опубликована в мае 1928 года. Вслед за тем их статья появилась и в русском журнале.

Тем временем индийские физики Раман и Кришнан, изучая рассеяние света в жидкостях, обнаружили тот же эффект. Едва получив первые результаты, Раман послал каблограмму в Лондон. И за десять дней до выхода «Натурвиссеншафтен» в английском журнале «Нейчур» появилась заметка Рамана. В ней не было ни теории, ни количественных расчетов, и первая интерпретация, данная Раманом эффекту, который благодаря случаю и несправедливости носит его имя, была совершенно неверной.