Когда физики в цене

Кто же будет отрицать, что вдали от городов, где в воздухе гораздо меньше пыли, голубой цвет неба особенно чист и ярок? Трудно было оспаривать такую очевидную истину. Да, спорить и защищать теорию, основанную на пылинках, было бесполезно.

Итак, загадка голубого цвета неба снова возникла перед учеными. Но Рэлей не сдавался. Молекулы воздуха, вскоре объявил он, — вот те мельчайшие частицы, которые рассеивают свет Солнца!

На этот раз Рэлей был очень осторожен. Десятки раз проверял он свои выводы и только после этого опубликовал их.

Казалось, теория Рэлея безупречна. Все ученые приняли ее безоговорочно. Эта теория стала общепризнанной и вошла во все учебники оптики. Тайна небесной лазури была расшифрована.

КТО ДЕРЗНУЛ?

Но (и это еще не самое парадоксальное в злополучной истории с окраской неба!)… в 1907 году на страницах одного научного журнала вновь был поднят вопрос: почему небо голубое?! Кто же дерзнул подвергнуть сомнению общепризнанную Рэлееву теорию!

Как ни странно, это был один из самых горячих поклонников и почитателей ученого. Пожалуй, никто так не ценил и не понимал Рэлея, не знал так хорошо его работ, так не интересовался ими, как молодой русский физик, впоследствии академик, Леонид Мандельштам.

Мандельштам не только показал ошибочность, или, как он сам любил говорить, «недостаточность», Рэлеевой теории молекулярного рассеяния света. Не только раскрыл 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.