Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство

Глубокая интуиция и ясный аналитический ум сразу подсказали ему, что обнаруженные линии вызваны не теми межмолекулярными силами, которые выравнивают случайные неоднородности, а другими силами, действующими внутри молекул. Эти силы обусловливают внутримолекулярные колебания — колебания атомов, образующих каждую молекулу. Такие колебания обладают гораздо более высокой частотой, чем те колебания плотности, которые сопровождают образование и рассасывание случайных неоднородностей среды (в этих колебаниях каждая молекула участвует как одно целое). Поэтому изменение частоты света, вызванное модуляцией, имевшей причиной внутримолекулярные колебания, намного превосходит то изменение, которое предсказывала теория, учитывающая только процесс рассасывания неоднородностей.

Итак, при попытке обнаружить малое изменение частоты рассеянного света, вызванное межмолекулярными силами (это явление предсказал Мандельштам еще в 1918 году), было обнаружено значительно большее изменение частоты, вызванное внутримолекулярными силами.

Таким образом, для объяснения нового явления, которое получило название «комбинационное рассеяние света», достаточно было теорию молекулярного рассеяния, созданную Мандельштамом, дополнить данными о влиянии внутримолекулярных колебаний. Новое явление оказалось открытым в результате развития идеи Мандельштама, сформулированной им в 1918 году.

6 мая 1928 года, после серии контрольных опытов, Мандельштам и Ландсберг сообщили о своем открытии в письме в редакцию журнала «Естественные науки». К письму была приложена фотография спектра.

Кратко изложив историю поисков малых изменений длины волны света при рассеянии его в кристаллах, исследователи сообщали об открытом ими явлении, заключающемся в возникновении в спектре новых линий, далеко отстоящих от спектральных линий падающего света. Здесь же было приведено объяснение природы этого явления: в кристалле существуют колебания молекул, соответствующие линиям поглощения кварца, расположенным за красной границей видимого спектра. Эти линии были исследованы Рубенсом и Никольсом еще в 1897 году. Именно поэтому в спектре рассеянного света возникают новые линии, сдвинутые от первоначальных. Расчет сдвига частоты рассеянного света, проведенный в соответствии с этим предположением, поразительно точно совпал с результатами измерений.

В заключение авторы письма указывали, что в настоящее время они не могут сказать, связано ли открытое ими явление с явлениями, незадолго перед этим описанными Раманом и Кришнаном, ибо описание это дано в очень общем виде.

Буря

В чем же состоит явление, описанное индийскими учеными?

31 марта 1928 года в среде ученых Лондона разыгралась «буря». В этот день вышел из печати очередной номер английского журнала «Природа».

Но хотя волны этого научного циклона разбегались по свету из столицы Великобритании вместе с тоненькими книжками журнала, центр его находился в Индии. Оттуда 16 февраля ученые Ч. В. Раман и К. С. Кришнан отправили письмо с коротким описанием своего открытия.

Оптика — одна из старейших областей науки, поэтому в XX веке открыть в ней что-нибудь неведомое удавалось нечасто. Не удивительно, что, прочитав заглавие «Новый тип вторичного излучения», физики заинтересовались содержанием письма индийских ученых. В письме сообщалось о том, что попытка авторов найти оптический аналог эффекта Комптона увенчалась успехом.

Еще не улеглись страсти, вызванные в 1923 году открытиями американского физика Комптона, который, изучая прохождение рентгеновских лучей через вещество, обнаружил, что часть этих лучей, рассеиваясь в стороны от первоначального направления, увеличивает длину своей волны. Это явление можно было объяснить только законами квантовой физики, поэтому открытие Комптона явилось одним из решающих доказательств правильности молодой квантовой теории. И вот через пять лет индийские физики обнаружили нечто подобное в видимом свете.

Это был очень трудный опыт, так как ожидаемый эффект должен был быть чрезвычайно малым. Для опыта понадобился очень яркий источник света. Авторы решили использовать Солнце, собрав его лучи с помощью телескопа, имевшего объектив диаметром 18 сантиметров. Собранный свет они направили на сосуды, в которых помещались жидкости и газы, тщательно очищенные от пыли и других загрязнений.

Но обнаружить ожидаемое малое удлинение волны рассеянного света, пользуясь белым солнечным светом, содержащим практически все возможные длины волн, было безнадежно. Поэтому ученые решили воспользоваться светофильтрами. Они поставили перед объективом сине-фиолетовый фильтр, а наблюдали рассеянный свет через желто-зеленый фильтр. Эти фильтры, поставленные друг за другом, должны поглощать весь свет. Ведь желто-зеленый фильтр поглощает сине-фиолетовые лучи, пропускаемые первым фильтром.