О чем рассказывает свет

Конечно, нам трудно представить себе, как может свет или поток микрочастиц одновременно обладать волновыми и корпускулярными свойствами. Но что означают слова «наглядно представить себе»? Не означают ли они, что мы волей-неволей стремимся создать механическую модель микрообъекта, которую в принципе можно построить в механической мастерской? Тогда заранее можно сказать, что создать такую модель нам не удастся, как не удалось физикам в XIX веке построить механическую модель светоносного эфира.

Моделью объекта (любого) или его образом является теория, в которой отражается поведение или закономерности объекта от его возникновения, развития до его преобразования в другой объект. Но конечно, не всякая надуманная теория, а теория, подтвержденная целеустремленной практической деятельностью человека.

Обобщая результаты всех экспериментов со светом или микрочастицами, физики стремятся создать теорию, которая объединяла бы в себе закономерности поведения объекта во всех частных случаях — как волновое его поведение, так и корпускулярное. Эта теория может быть очень сложной и абстрактной (не наглядной). Но тем не менее она может быть правильной моделью микрообъекта, если только ее подтверждает практика. Практика, подтверждающая выводы теории, — высший критерий того, что теория правильно отображает объект со всеми его «взаимоисключающими» свойствами.

В этом и состоит суть материалистической теории познания. В этом — ответ современного научного материализма на гносеологические вопросы, поставленные современной физикой.

Свет и атомы

Почему атомы светятся?

Свет рождается в веществе. Таково происхождение и видимого света, и инфракрасного, и ультрафиолетового, и рентгеновских излучений, и гамма-излучений. Естественно, что, изучая свойства света, можно в конечном счете узнать, при каких условиях атомы излучают свет, и таким путем проникнуть в тайну строения атомов. Недаром Д. И. Менделеев говорил, что свет «обещает многое выяснить в области атомов и частиц».

В конце XIX века физикам казалось, что они знают, как образуется свет в атомах: в результате колебания электрических зарядов. Ведь именно так образуются радиоволны. Чтобы получить радиоволны, мы создаем электрические колебания, например, при искровом разряде. А ведь атомы тоже излучают электромагнитные волны, только частота (длина волны) этих волн не такая, как у радиоволн. Можно предположить, что и в атомах есть электрические заряды, и когда заряды колеблются, атомы испускают свет.

Физики, конечно, стремились убедиться в этом опытным путем. Идея опыта была очень проста. Она опирается на аналогию со звуком. Известно, что если зажать (укоротить) звучащую струну, она изменит характер колебания и благодаря этому изменит тон, т. е. частоту колебаний. Этот прием применяется при игре на струнных инструментах.

Возникает вопрос: а что, если повлиять на характер движения зарядов в атоме? Если и в самом деле свет есть результат движения зарядов, то это должно сказаться на частоте излучаемого света.

Эффект Зеемана

Повлиять на характер движения зарядов в атоме — дело вполне возможное. Для этого нужно поместить излучающее вещество между полюсами очень сильного магнита. Между полюсами магнита создается очень сильное магнитное поле. Оно подействует на заряды, движущиеся внутри атомов, и изменит характер их движения. Тогда надо наблюдать, что делается с линиями спектра, который испускается данным веществом. Это был трудный опыт. Он дал определенный результат лишь тогда, когда физики научились создавать сильные магнитные поля и стали применять дифракционные решетки, широко разбрасывающие спектр лучей.

 

Рис. 34. Расщепление одной из линий цинка на три под влиянием сильного магнитного поля

Опыт показал, что магнитное поле действительно изменяет излучение: каждая линия в спектре под действием сильного магнитного поля расщепляется при одних условиях на две, при других — на три линии (рис. 34). По имени немецкого ученого, открывшего это явление, оно было названо эффектом Зеемана.

Эффект Зеемана убедительно показал, что свет рождается в результате движения электрических зарядов в атомах.

Природа солнечных пятен

В наше время были исследованы спектры солнечных пятен. Было обнаружено, что линии поглощения этих спектров расщеплены точно так же, как расщеплены линии испускания в опыте Зеемана. Из этого ученые сделали вывод, что атомы в области солнечных пятен находятся под воздействием сильных магнитных полей. Таким образом природа солнечных пятен стала ясней.

Задача расшифровки природы солнечных пятен, как видим, по ходу выводов обратна той, которая ставилась в опыте Зеемана: там с помощью сильного магнитного поля воздействовали на атомы и наблюдали расщепление линий (испускания); здесь по расщеплению линий (поглощения) сделали вывод о наличии сильного магнитного поля, воздействующего на атомы.