Кванты и музы

Как и любой физик, он отлично знал, что каждое вещество имеет свой паспорт — спектр. В нём нет ничего, кроме светлых и тёмных полосок. Не посвящённому в тайны науки человеку эти полоски не скажут ничего. Но физик по этим линиям может угадать характер и строение вещества, даже если оно находится от него на расстоянии многих световых лет. Так люди узнали о составе звёзд и планет, о строении межзвёздной среды, о существовании на Солнце ещё не открытого на Земле элемента, названного затем гелием.

Линии спектра отражают многие тайны жизни макро— и микромира.

Когда Лоренц задумался над магией спектров, часть из этих тайн была расшифрована. Но гораздо большая их масса дразнила своей неразрешимостью. Одна из тайн особенно волновала воображение Лоренца: некоторые линии спектров атомов расщеплялись. Иногда они как бы расплывались или же удваивались, даже утраивались.

Было установлено, что так проявляется влияние магнитного поля на исследуемое вещество. Но детали, подробности, глубина явления ускользала от исследователей. Лоренц сознавал, что его теория неспособна описать, объяснить это загадочное поведение линий спектров. Лишь через десятилетия с помощью квантовой физики было установлено, что причина крылась в магнитных свойствах электронов и ядер атомов.

Изучение этих свойств стало задачей физики начала прошлого века. Но ни Лоренц, ни другие великие физикиклассики не могли с ней справиться. Ответ должна была дать новая физика. «Старикам» мешали запреты классической физики. Они даже признавали, что квантовая механика позволяет правильно рассчитать все детали расщепления спектральных линий. Признавали, но не хотели прими риться с тем, что квантовая механика не могла нарисовать детальной картины явления и принуждала их мыслить абстрактно, оперировать только формулами.

Для людей, взгляды которых сформировались на основе классической физики, возникало затруднение: формулы квантовой физики заставляли их отказываться от привычной связи между причинами и следствиями, требовали признания невозможности точного и полного описания событий, происходящих в микромире.

С радикальными идеями квантовой физики Лоренц не примирился до конца своих дней. И так и не нашёл правильную дорогу в «Страну магов», где формировались законы магнетизма.

Тайне отношений электромагнитного поля и материи посвятил свою жизнь младший соотечественник Лоренца, его ученик и наш современник Гортер.

Он был молод, рождён XX веком, новые представления физики не казались ему ночным кошмаром. Он поклонялся старому богу, классической физике, и её жрецу, своему учителю, но уже не мог не верить новым богам — квантовым закономерностям и их апостолам — Бору, Гейзенбергу, де Бройлю, Дираку. Вооружённый их идеями, Гортер продолжил исследования магнитных свойств вещества.

Он играл в простую игру. Брал самодельный электромагнит, между его полюсами всовывал кусочки различных материалов — металлов, кристаллов, ампулы с жидкостями — и то включал, то выключал электрический ток в обмотке электромагнита. Гортер как бы просвечивал вещества магнитным полем, смотря, что при этом происходит. Игра простая, но она привела Гортера к пониманию важных законов строения вещества.

Намагничивая различные кристаллы и жидкости при помощи сильного электромагнита и наблюдая, как исчезает эта намагниченность после выключения внешнего поля, он сумел получить ряд новых и ценных сведений о строении вещества, о влиянии теплового движения атомов на по ведение твёрдых тел и жидкостей.

Казалось, само время шло навстречу Гортеру. Оно подбросило ему ещё одного помощника — радиоволны. Родилась электронная лампа. Из рук связистов она перешла в лаборатории физиков, и всё большему числу учёных становилось ясно, что, просвечивая вещества радиоволнами, можно проникнуть в тайны их строения даже более успешно, чем с помощью одного лишь магнитного поля.

Физики-теоретики, опираясь на уравнения квантовой механики, предсказывали, что, пробираясь сквозь дебри, образованные внутренней структурой реальных тел, радиоволны разных частот ведут себя различно. Они по-разному поглощаются веществом, и это поглощение сильно зависит от частоты радиоволны.

И где-то, на какой-то частоте — специфической для данного вещества — должен возникнуть особый эффект: пик поглощения, резонанс, таинственное явление, которое обещало пролить свет на многие непонятные стороны поведения веществ. Во многих веществах следовало ожидать появления нескольких резонансных пиков, характерных именно для них.

Теория подсказывала, что многообещающими должны быть исследования кристаллов, особенно в том случае, когда во время облучения радиоволной они находятся в поле сильного магнита. Наиболее интересными казались исследования именно тех кристаллов, магнитные свойства которых изучал Гортер и его ученики.