Мистер Томпнис внутри самого себя - Гемов Г.
ISBN 5-7029-0343-9
Скачать (прямая ссылка):
- Но я всегда думал, - заметил мистер Томпкинс, - что атомы
непрестанно движутся и не образуют застывший узор, как плитка кафельного
пола.
- Разумеется, атомы движутся в газе или жидкости и даже в некоторых
твердых телах, например, в стеклах, атомы не образуют правильных узоров.
Однако существует одна разновидность твердых тел, в которых атомы
располагаются в пространстве с поразительной правильностью. Мы называем
такие твердые тела кристаллами. В кристаллах все атомы занимают
определенное положение, как плитки в кафельном полу, хотя вследствие
теплового движения они колеблются то в одну, то в другую сторону.
Положение атомов в кристалле можно определить с помощью метода,
известного под названием дифракции рентгеновского излучения. Хотя
отдельный атом создает лишь очень слабый эффект, совместное действие
большого числа атомов, периодически расположенных в пространстве, может
быть обнаружено с помо-
Число зверя
139
щью рентгеновского излучения. Многие очень большие молекулы образуют
кристаллы. В частности, кристаллы образуют вирусы или белки, и в принципе
мы можем определить в такой молекуле положение каждого атома.
- Я понимаю то, что вы говорите, но не понимаю, как вы это делаете, -
признался мистер Томпкинс. - Не могли бы вы более подробно объяснить, как
вам удается определять положение атомов?
- Охотно, но сначала мне придется прочитать вам небольшую лекцию по
оптике. Объяснить основы совсем нетрудно, если мы с вами подойдем вон к
той доске.
Мистер Томпкинс последовал за доктором Экскинсом и подождал, пока тот
стер с доски остатки каких-то вычислений.
- Великий сэр Исаак Ньютон считал, что свет представляет собой поток
корпускул, которые, как пули, летят в пространстве. Как нам теперь
известно, в его взглядах много истины, но во многих случаях свет лучше
рассматривать как волновое движение В 1802 году английский физик Томас
Юнг выполнил эксперимент, который свидетельствовал в пользу волновой
природы света. Сначала Юнг пропустил свет через отверстие размером с
булавочную головку и поставил на пути прошедшего света экран. Как и
следовало ожидать, на экране он увидел светлое пятнышко. Затем Юнг
проделал второе отверстие размером с булавочную головку, расположив его
очень близко от первого. И тогда на экране он увидел яркое центральное
пятно, окруженное светлыми и темными кольцами. Эти кольца получили
название интерференционных колец, и их стали рассматривать как
подтверждение волновых свойств света.
- А из чего следует такое заключение? Мне не понятно.
- Интерференция - одно из свойств, характерных для волн. Если вы
понаблюдаете за волнами, расходящимися от встречных судов, то легко
увидите интерференцию. Волны распространяются независимо друг от друга, и
в каждой точке мы наблюдаем эффект равный сумме двух волн. Если в точку
приходят два гребня или две впадины, то получится более высокий гребень
или более глубокая впадина. Если же в точку приходит гребень одной волны
и впадина другой, то волны могут погасить друг друга (при условии, что
высота гребня совпадает с глубиной впадины). Интерференционные кольца,
которые наблюдал в своем опыте Юнг, объясняются именно таким эффектом.
Рассмотрим, что происходит, когда свет одной и той же длины волны
проходит через два отверстия. Под длиной волны принято понимать
расстояние от
140
Мистер Томпкинс внутри самого себя
гребня до ближайшего гребня, или, что то же, от впадины до соседней
впадины. Расстояние от точки экрана, расположенной прямо напротив
середины отрезка, соединяющего отверстия, до каждого из отверстий
одинаково, поэтому гребни волн увиливают друг от друга, и мы получаем
яркое пятно. Но стоит чуть сдвинуться в сторону, как найдутся точки,
расстояние от которых до двух отверстий различаются наполовину длины
волны света. Гребень одной волны и впадина другой в таких точках экрана
погашают друг друга, и мы получаем темное кольцо. А еще чуть дальше
расстояние от точек до отверстий отличается на целую длину волны, гребни
волн усиливают друг друга, мы получаем светлое кольцо и т. д. Темные и
светлые кольца чередуются.
Задолго до того, как Юнг проделал свой эксперимент, сэр Исаак Ньютон
обнаружил, что если белый свет пропустить через стеклянную призму, то под
различными углами получится свет различного цвета. Если за призмой
поставить экран, то на нем мы увидим то, что принято называть спектром.
Белый свет, заключил Ньютон, - это смесь различных цветов; каждый из
цветов при прохождении сквозь призму отклоняется под определенным углом.
Именно так возникает радуга в небе, когда солнечный свет преломляется и
отражается, проходя сквозь взвешенные в воздухе капельки воды.
После того, как Юнг произвел свой эксперимент с интерференцией света,
стало ясно, что спектр можно получить и без призмы. Достаточно взять
стеклянную или металлическую поверхность и нанести на нее очень тонкие
прямые линии через правильные интервалы, длина которых сравнима с длиной
