О чем рассказывает свет

Более пятнадцати лет для рентгеновского излучения не находили подходящей решетки. Никто поэтому не знал, проявляет ли оно волновые свойства. Шли даже споры о том, какова его природа. Одни говорили, что рентгеновское излучение — это волны, и для него все же можно найти подходящую решетку. Другие же утверждали, что это поток мельчайших частиц и не нужно пытаться определять длину несуществующей волны. В то время одни рентгеновские излучения от других отличали не по длине волны, а по тому, как глубоко они проникают в различные вещества. Те излучения, которые проникали глубже, называли «жесткими», а те, которые проникали не так глубоко, — «мягкими». Ясно, что эта характеристика была не очень точной.

Нашлась решетка и для рентгеновских излучений

Но нашлась дифракционная решетка и для рентгеновских излучений. Сама природа пришла здесь на помощь.

В конце XIX и начале XX века физики усиленно изучали строение твердых тел. Известно, что многие твердые тела являются кристаллами. Атомы в кристаллах расположены строго правильными рядами. Они составляют как бы естественные решетки. На рис. 31 изображена часть кристаллической" решетки поваренной соли.

Рис. 31. Так располагаются атомы в кристалле поваренной соли. Белыми шариками обозначены атомы натрия, черными — атомы хлора. Расстояния между слоями атомов около трех ангстрем

Русский ученый Е. С. Федоров еще в 1891 году опубликовал исследование «Симметрия правильных систем фигур», в котором теоретически рассчитал, какие кристаллические формы могут встретиться в природе. Он нашел 230 возможных форм. Почти три четверти века прошло с тех пор. Наука подтвердила все вычисления ученого, и новых форм кристаллов действительно найдено не было.

Зная формы кристаллов, физики вычислили, каковы расстояния между слоями атомов в кристаллических решетках. Оказалось, что эти расстояния равны примерно одному ангстрему. Эта величина сравнима с размерами атома. Такую частую штриховку нельзя нанести никакой делительной машиной.

Кристаллы и были использованы в качестве дифракционной решетки для рентгеновских излучений. В этой решетке «преграды» и «щели» — это сами атомы и промежутки между ними. А атомы лежат не на плоскости, а расположены в пространстве. Но рассчитать дифракцию от такой решетки можно. В 1912 году физики подвергли кристалл рентгеновскому облучению и получили его дифракционный спектр. Природа рентгеновских излучений была установлена: это электромагнитные излучения, как и радиоволны, как и видимый свет.

Два крупных физика-кристаллографа — русский ученый Ю. В. Вульф и англичанин В. Брэгг одновременно установили, как можно рассчитать длину волны рентгеновских излучений, если известно расстояние между слоями атомов в кристаллической решетке и дана самая картина спектра. Формула, выражающая эту связь, называется формулой Вульфа — Брэгга.

На примере развития техники спектрального анализа видно, что по мере того, как возникают трудности и ставится новая задача, находятся и пути ее разрешения.

О природе света

Борьба материализма и идеализма в физике

В этой книжке мы уже видели, как сложен путь науки. Сколько было споров о том, что такое свет — поток частиц или череда волн! Казалось, что в XIX веке этот спор был решен окончательно, притом решен в пользу волновой природы света. Этот вывод подтверждали все опыты, об этом говорила и стройная систематика излучений — шкала электромагнитных излучений, отличающихся друг от друга только длинами волн. Однако в XX веке споры эти разгорелись вновь и на новой основе.

Казалось бы, что все это — чисто физические споры. И решаться они должны легко: в чью пользу говорит опыт, тот и прав. Сама природа дает ответ, разрешает все сомнения.

На самом деле вопрос не так прост. Ведь иногда новый экспериментальный материал приводит к необходимости менять старые представления. Происходит бурная ломка понятий. Возникает вопрос о том, какова же ценность тех представлений, которые мы сначала создаем, а затем сами должны менять. К чему они относятся — к объективному миру вне нас или же это только способ «упорядочить» наши собственные восприятия? Так наступает кризис познания.

Сомнения в объективности законов природы распространяют на общественное развитие: если в природе нет объективных законов и все развивается произвольно, то объективных законов в развитии общества не существует и подавно. Например, захотят властные люди, и общество будет развиваться не к коммунизму, а к феодализму! И напротив, кто заинтересован именно в таком толковании произвольного развития общества, тот заинтересован в том, чтобы такое же мнение распространялось и на толкование законов природы: нет объективной природы, нет ее законов, независимых от человека, а есть только человеческое восприятие, которое он «упорядочивает».