Приключения великих уравнений

Что такое свет? Если луч света — это поток частиц, тогда давление пучка понятно и естественно. Если же луч света — это всего лишь направление распространения колебаний, то давления быть не должно, поскольку в этом случае оно пульсирует вокруг нулевой точки и в целом, интегрально, должно равняться нулю. Лишь одна из теорий — теория Максвелла — объясняла существование светового давления, но в нее мало кто тогда верил. Единственным доказательством ее были пока опыты Герца и убедительное их развитие Лебедевым. Только прямое обнаружение следующего из максвелловой теории светового давления могло бы стать последним, решающим доказательством. Интерес к этому решающему доказательству вновь возбудила неожиданная находка В. Крукса.

В 1873 году английский химик Крукс решил определить атомный вес вновь открытого им элемента таллия и взвесить его очень точно. Чтобы случайные воздушные потоки не исказили картины, Крукс решил подвесить коромысла в вакууме. Подвесил и поразился. Его тончайшие весы были чувствительны к теплу. Если источник тепла находился под предметом, он уменьшал его вес, если над — увеличивал.

Усовершенствуя этот свой нечаянный опыт, Крукс придумал забавную игрушку, которую называли то радиометром, то световой мельничкой. И уже в названии сквозило, казалось, объяснение принципа работы этого нехитрого устройства, состоящего из невесомых лопастей, или крылышек, сделанных из фольги и подвешенных на тонкой нити в вакууме, или, точнее сказать, в очень разреженном газе. Одна сторона лопастей была отполирована, другая — зачернена. Если теперь к устройству поднести какой-нибудь теплый предмет или осветить его солнечным светом, мельничка, составленная из лопастей, начинала крутиться вокруг оси. Отсюда и название — радиометр, так сказать, измеритель излучения или, еще конкретней — «световая мельничка», мельничка, движущаяся под действием света.

Прямое подтверждение теории светового давления Максвелла? Триумф?

Радиометр вызвал в научных кругах сенсацию, и прежде всего потому, что, казалось, непосредственно и убедительно доказывал существование предсказанного Максвеллом давления света. И когда в 1873 году радиометр впервые был продемонстрирован на заседании Королевского общества, вряд ли кто-нибудь был иного мнения. Движущей силой радиометра, несомненно, являлось механическое давление света.

Но были и скептики, которые забавлялись доверчивостью членов Королевского общества, еще раз поверивших «этому Круксу», только что оскандалившемуся со своими спиритуалистическими занятиями. Аналогия между демонстрировавшимся во время спиритических сеансов Крукса падением веса предметов при переходе их в «четвертое измерение» и падением веса предметов в вакууме под воздействием излучения была настолько прозрачна, что Круксу и другим членам Королевского общества, по крайней мере в то время, следовало ее иметь в виду.

Максвелл, присутствовавший на демонстрации радиометра в Королевском обществе, был очень взволнован.

Он описывает это событие в письме Вильяму Томсону следующим образом: «…трехдюймовая свеча действует на внутренний диск так же быстро, как магнит действует на стрелку компаса. Нет времени для воздушных потоков, а сила гораздо больше веса всего воздуха, оставшегося в сосуде. Очень живое, сильное притяжение куском льда. Все это — в лучшем доступном вакууме…»

Как все это прекрасно согласуется со строками только что вышедшего его «Трактата»! Там было прямо сказано, что сконцентрированный свет электрической лампы, «падающий на тонкий металлический диск, деликатно подвешенный в вакууме, возможно, сможет произвести ощутимый механический эффект, доступный для наблюдения». Он высчитал даже, что давление солнечных лучей на перпендикулярно расположенную пластину будет в 10 раз слабее горизонтальной составляющей магнитной силы в Англии. Разумеется, Максвелл был весьма подготовлен к положительному восприятию «радиационного» объяснения работы радиометра.

И поэтому, когда редакция «Философских трудов» прислала ему на рецензирование статью Крукса с таким объяснением действия радиометра, он написал на нее 24 февраля 1874 года положительную рецензию. Он, нечно, вполне согласен с тем, что «отталкивание от лоизлучающего тела… обязано своим происхождением излучению».

Но что-то все-таки мучит Максвелла, омрачает его радость, не дает полностью почувствовать вкус победы.

И это — то, что эффект слишком уж велик, слишком уж показателен, он не похож на то слабенькое давление, которого ожидал Максвелл. Поэтому он пишет в рецензии на статью Крукса, что хотя он и предсказал в своем «Трактате» «возможное отталкивающее действие излучения», «эффект, обнаруженный м-ром Круксом, как будто бы обнаруживает силы значительно большей величины». Максвелл рекомендовал статью к опубликованию.