Текст книги "История лазера. Научное издание"

Автор книги: Марио Бертолотти

сообщить о нарушении

Текущая страница: 17 (всего у книги 52 страниц)

Р’ этот РіРѕРґ РѕРЅ РІРЅРѕРІСЊ обратился Рє излучению черного тела Рё добился значительного прогресса. Р’ РЅРѕСЏР±СЂРµ 1916 Рі. РѕРЅ писал Бессо: Чудесный свет пролился РЅР° меня РІ РІРёРґРµ поглощения Рё испускания излучения. Его объяснения были изложены РІ трех статьях, РґРІРµ РёР· которых появились РІ 1916 Рі., Р° третья РІ начале 1917 Рі. Р’ этих работах, которые РјС‹ можем считать наиболее важным вкладом РІ квантовую теорию, Рйнштейн предложил статистическую теорию взаимодействия между атомами Рё фотонами, дал РЅРѕРІСѓСЋ демонстрацию теории излучения Планка Рё ввел концепцию индуцированного излучения, что обеспечило РѕСЃРЅРѕРІСѓ для открытия мазеров Рё лазеров, Рѕ чем РјС‹ будем говорить РІ следующей главе. Р’ тот же РіРѕРґ РѕРЅ обосновал современную космологию, науку Рѕ РєСЂСѓРїРЅРѕ масштабной структуре Вселенной, построив первую математически корректную модель Вселенной, содержащей РѕРґРЅРѕСЂРѕРґРЅРѕ распределенное вещество, испытывающее гравитацию.

Частная жизнь Рйнштейна

После напряженной работы РІ предыдущие РіРѕРґС‹, РІ 1917 Рі. Рйнштейн серьезно заболел. Его РєСѓР·РёРЅР° Рльза Рйнштейн, брак которой СЃ торговцем РїРѕ имени Ловенталь закончился разводом, ухаживала Р·Р° Рйнштейном Рё РІ РёСЋРЅРµ 1919 Рі. Альберт Рё Рльза поженились. Рльза, которая умерла РІ 1936 Рі., была счастлива заботиться РѕР± Рйнштейне; РѕРЅР° гордилась его славой. Рйнштейн, обычно был РЅРµ устроенный РІ бытовом отношении, наконец, обрел РґРѕРј Рё заботу. РћРЅ хорошо выглядел Рё получал удовольствие, принимая гостей: ученых, художников, дипломатов Рё РґСЂСѓРіРёС… близких друзей. Однако РІ РґСЂСѓРіРёС… отношениях его жизнь была слишком тяжела для него. Посетивший его РґСЂСѓРі писал:

РћРЅ, который всегда был несколько богемным, стал вести жизнь среднего класса... содержа РґРѕРј, типичный для преуспевающей семьи РІ Берлине... РІ окружении прекрасной мебели, РєРѕРІСЂРѕРІ Рё картин... РљРѕРіРґР° кто-РЅРёР±СѓРґСЊ посещает его...РѕРЅ находит Рйнштейна РІСЃРµ еще остающимся посторонним РІ таком окружении богемным гостем РІ РґРѕРјРµ среднего класса.

Р’СЃРµ, что РјС‹ теперь знаем Рѕ его частной жизни, было разукрашено РІ последние РіРѕРґС‹ благодаря доступу Рє его частным письмам Рё смертью тех, кто препятствовал РёС… опубликованию. Р�Р· этих приватных СЌРїРёР·РѕРґРѕРІ, которые никак РЅРµ ограничивают нашей признательности его научных заслуг, РјС‹ узнаем, что РєРѕРіРґР° ученик Рйнштейн влюбился РІ Мери Винтелер, молодую дочку его учителя греческого языка Рё истории, владельца квартиры, РІ которой РѕРЅ жил, РѕРЅ писал ее полные любви РїРёСЃСЊРјР°. РќРѕ быстро Р±СЂРѕСЃРёР» это, РєРѕРіРґР° РѕРЅР° возвратила РёС…. РЎ Милевой вспыхнули бурные отношения, СЃ рождением РІ 1902 Рі., РґРѕ брака, дочки (вероятно, ее отдали РЅР° воспитание), Рё семья Рйнштейна сильно противилась его выбору. Ртот брак закончился появлением его РєСѓР·РёРЅС‹ Рльзы, которая после брака, наскучила ему, Рё РѕРЅ обращал внимание РЅР° РґСЂСѓРіРёС… женщин. Р’ поисках сенсации, РѕРґРёРЅ РёР· его знакомых того периода выдвинул гипотезу, что Милева принимала участие РІ создании специальной теории относительности, РЅРѕ это РЅРµ подтверждается какими Р±С‹ то РЅРё было письмами или тем, что РјС‹ знаем Рѕ научной жизни Милевой, которая РЅРµ была отмечена событиями. Р’ 1939 Рі. РїСЂРё разводе РѕРЅ РІР·СЏР» РїРѕРґ опеку СЃРІРѕРёС… РґРІСѓС… сыновей Рё жену, Рё продолжал поддерживать всех трех. Более того, РѕРЅ решил отдать Милевой деньги РёР· своей Нобелевской премии.

Теория относительности

Теория относительности, которая произвела революцию в наших представлениях о времени и пространстве, и которая приводит к очень важным следствиям, до 1918 г. (до конца конец Первой мировой войны) оставалась неизвестной широким кругам, за исключением немногих специалистов. Затем ситуация изменилась, и она привлекла всеобщее внимание благодаря новому способу мышления и новой философии.

Рто случилось РІ то время, РєРѕРіРґР° РІСЃРµ устали РѕС‚ РІРѕР№РЅС‹ Рё победители Рё побежденные. Люди хотели чего-то РЅРѕРІРѕРіРѕ. Теория относительность давала именно то, что было нужно, Рё РѕРЅР° стала центральным аргументом преобразований. Рто позволило людям забыть РЅР° время ужасы РІРѕР№РЅС‹ Рё проблемы, которые РѕРЅР° вызвала.

Об относительности было написано фантастическое число статей в газетах и журналах. Никогда прежде и затем специфическая идея не вызывала такого огромного интереса. Большинство из того, что писалось и говорилось, относилось к общим философским идеям, а не являлось серьезным научным обсуждением. Было мало точной информации, но многие люди были счастливы изложить свои идеи.

Р’ Великобритании только РѕРґРёРЅ человек, астроном Рё математик, СЃСЌСЂ Артур Рддингтон (18821944) РїРѕ-настоящему РїРѕРЅСЏР», что такое теория относительности, Рё стал авторитетнейшим специалистом РІ этой области РІ своей стране. Его крайне интересовали астрономические следствия теории Рё возможность проверки теории СЃ помощью астрономических наблюдений. РўСЂРё возможных проверки теории, основанные РЅР° предсказаниях Рйнштейна, были сделаны РІ его работе 1915 Рі. Первая связана СЃ движением планеты Меркурий. Было установлено, что перигелий (точка траектории планеты, ближайшая Рє Солнцу) Меркурия смещается Р·Р° РѕР±РѕСЂРѕС‚ приблизительно РЅР° 43 угловые секунды. Рто РЅРµ укладывалось РІ теорию Ньютона Рё долго озадачивало астрономов.

Новая теория Рйнштейна точно предсказывала этот эффект, Рё измерения Рддингтона подтвердили эти предсказания. Рто было большим успехом теории, РЅРѕ оставило Рйнштейна безучастным, РєРѕРіРґР° РѕРЅ узнал Рѕ подтверждении Рддингтона, так как нисколько РЅРµ сомневался РІ справедливости своей теории.

Второе подтверждение связано СЃ отклонением света, который РїСЂРѕС…РѕРґРёС‚ вблизи Солнца. Теория гравитации Рйнштейна утверждает, что свет, проходящий вблизи Солнца, должен отклоняться. Согласно теории Ньютона, также должно быть отклонение, РЅРѕ РѕРЅРѕ РІ РґРІР° раза меньше того, что предсказывается Рйнштейном (СЂРёСЃ. 20). Поэтому, наблюдая звезды вблизи солнечного РґРёСЃРєР°, чей свет РїСЂРѕС…РѕРґРёС‚ вблизи Солнца, прежде чем достигает Земли, можно проверить теорию. Однако РјС‹ можем наблюдать звезды вблизи солнечного РґРёСЃРєР° только РІ момент полного затмения, РєРѕРіРґР° свет Солнца блокирован Луной. Подходящее затмение происходило РІ 1919 Рі., Рё Рддингтон организовал РґРІРµ экспедиции для его наблюдения: РѕРґРЅСѓ РІ Бразилию РїРѕРґ руководством Рђ. РЎ. Кроммелина (1865 1939) РёР· Гринвичской обсерватории, Р° РґСЂСѓРіСѓСЋ РЅР° Принцевы Острова, около побережья Р�спанской Гвинеи, СЂСѓРєРѕРІРѕРґРёРјСѓСЋ РёРј самим. РћР±Рµ экспедиции получили результаты, подтверждающие теорию Рйнштейна. Р’ Лондоне, 6 РЅРѕСЏР±СЂСЏ, РЅР° объединенном собрании Королевского Общества Рё Королевского астрономического общества, президент Королевского общества, нобелевский лауреат Дж. Дж. РўРѕРјСЃРѕРЅ, услышав результаты Рддингтона, превознес работу Рйнштейна как РѕРґРЅРѕ РёР· высочайших достижений человеческой мысли.

Рис. 20. Во время затмения Солнца можно наблюдать свет, приходящий от двух звезд сбоку от диска Солнца. �з-за того, что гравитационное поле Солнца искривляет свет, звезды, наблюдаемые с Земли в направлении продолженных лучей, кажутся разнесенными дальше, чем на самом деле

Однако точность этих подтверждений была недостаточно высока РёР·-Р·Р° трудностей таких наблюдений. Совсем недавно этот эффект СЃРјРѕРі подвергнуть проверке Р·Р° счет использования вместо света микроволн. Были открыты объекты звездного типа, сильно излучающие РІ радиодиапазоне (квазизвездные радиоисточники, или квазары). РљРѕРіРґР° РѕРґРёРЅ РёР· РЅРёС… находится позади Солнца, РјС‹ можем наблюдать, отклоняются ли радиоволны, проходящие вблизи Солнца. Для этого нет необходимости ожидать затмения, поскольку Солнце слабо испускает радиоволны. Результат, СЃ необходимыми коррекциями побочных эффектов, показал, что теория Рйнштейна подтверждается СЃ более высокой точностью, чем РЅР° световых волнах.

Отклонение света Р·Р° счет гравитации оказалось даже еще более впечатляющим РІ недавние РіРѕРґС‹. Масса галактики может действовать как линза Рё фокусировать свет, который РїСЂРёС…РѕРґРёС‚ РѕС‚ удаленного источника, расположенного позади нее (СЂРёСЃ. 21). Если этот источник, галактика, действующая как линза, Рё телескоп расположены (настроены) должным образом, тогда гравитационная линза дает совершенное РєСЂСѓРіРѕРІРѕРµ изображение (кольцо Рйнштейна), наблюдаемое РЅР° некоторых фотографиях, полученных различными методами РІ разных ситуациях.

Третье подтверждение относится Рє предсказанию общей теорией относительности того, что световые волны, испускаемые источником, находящемся РІ гравитационном поле, подвержены изменению длины РІ сторону более длинных волн, С‚.Рµ. Рє красному концу спектра. Ртот эффект известен как красное смещение. РћРЅ был проверен путем исследования света, испускаемого звездами типа белых карликов, содержащих вещество РІ высокосжатом состоянии. Гравитационный потенциал РЅР° поверхности белого карлика значительно больше, чем РЅР° поверхности нашего Солнца, это дает возможность проверить этот эффект, предсказанный Рйнштейном. Другие следствия теории гравитации Рйнштейна были получены РІ последующие РіРѕРґС‹. РћРґРЅРѕ РёР· самых СЏСЂРєРёС… открытие черных дыр, коллапсированных звезд, диаметр которых сжимается РґРѕ бесконечно малой доли РёС… первоначального состояния. Свет, испускаемый черной дырой, РЅРµ может покинуть ее, так как РѕРЅ затягивается обратно огромным гравитационным полем, получающимся РїСЂРё сжатии. РџРѕ существу черная дыра это точка РІ пространстве СЃ массой обычной звезды. Р’ настоящее время существование черных дыр признается, Рё получены некоторые наблюдательные доказательства этого.

Р РёСЃ. 21. Гравитационная линза. Свет, приходящий РѕС‚ далекого объекта (квазар РЅР° СЂРёСЃСѓРЅРєРµ), искривляется сильными гравитационными полями вблизи галактики или черной дыры. Наблюдатель РЅР° Земле, продолжая лучи, которые РїСЂРёС…РѕРґСЏС‚ Рє нему, воссоздает РґРІР° изображения объекта, как показано РЅР° СЂРёСЃСѓРЅРєРµ. Если объект, наблюдатель Рё галактика расположены совершенным образом, то РІСЃСЏ система обладает аксиальной симметрией Рё изображения представляются РєСЂСѓРіРѕРј СЃ объектом РІ его центре (РєСЂСѓРі Рйнштейна)

Р’ течение 19211923 РіРі. Рйнштейн совершил путешествия РїРѕ РЎРЁРђ, Европе Рё РђР·РёРё. Вайтцман убеждал его присоединиться Рє сионистскому движению. Р’ 1921 Рі. РѕРЅ получил Нобелевскую премию РїРѕ физике, РЅРѕ РЅРµ Р·Р° теорию относительности, Р° Р·Р° его служение теоретической физике, Рё особенно Р·Р° открытие закона фотоэлектрического эффекта. Р’ следующей главе РјС‹ опишем фотоэлектрический эффект.

Важной экспериментальной проверкой специальной теории относительности был отрицательный результат эксперимента, проведенного РІ 1887 Рі. Майкельсоном Рё Морли, поставленного для обнаружения движения Земли относительно эфира. Р’ конце 19 столетия полагали, что колебания электрических Рё магнитных полей световой волны должны СЃ необходимостью представлять колебания некоторой среды Рё что эта среда является знаменитым эфиром, уже введенным Декартом Рё Гюйгенсом. Рлектрические колебания эфира идентифицировались СЃРѕ светом, Рё возникала проблема установить свойства этого эфира. Если, например, источник света движется РїРѕ отношению Рє эфиру или наблюдатель движется РїРѕ отношению Рє нему, то это движение можно обнаружить. РќРѕ эксперимент Майкельсона Рё Морли показал, что никакой эффект такого движения РЅРµ обнаруживается. Ртот эксперимент является РѕРґРЅРѕР№ РёР· экспериментальных РѕРїРѕСЂ теории относительности, хотя представляется, что РѕРЅ РЅРµ повлиял РЅР° работу Рйнштейна РІ 1905 Рі. Вероятно, что РѕРЅ РЅРµ был известен ему РІ то время. Р’ 1921 Рі. Р”.РЎ. Миллер (18861941), который тогда был молодым сотрудником Майкельсона, поставил аналогичный эксперимент РЅР° РіРѕСЂРµ Маунт Вильсон РІ Калифорнии, РіРґРµ располагалась астрономическая обсерватория, Рё РѕР±СЉСЏРІРёР», что РѕРЅ СЃРјРѕРі наблюдать малые влияния движения Земли РЅР° скорость света. РћРЅ теоретизировал, что РЅР° СѓСЂРѕРІРЅРµ РјРѕСЂСЏ эфир увлекается Землей, Р° РЅР° больших высотах малый эффект эфирного ветра может сказаться РЅР° распространении света. Рти результаты РѕРЅ опубликовал несколькими годами позже. Р’ то время Рйнштейн посещал Принстон, Рё РєРѕРіРґР° РѕРЅ услышал РѕР± этом, сказал знаменитую фразу: Бог коварен, РЅРѕ РћРЅ РЅРµ злонамерен.

Результат Миллера вызвал РѕРіСЂРѕРјРЅСѓСЋ радость Сѓ врагов теории относительности. Германские реакционные РєСЂСѓРіРё РЅРёРєРѕРіРґР° РЅРµ признавали факт поражения военной машины Кайзера РІ Первой РјРёСЂРѕРІРѕР№ РІРѕР№РЅРµ Рё объясняли его как результат злобного заговора евреев Рё социалистов. Рйнштейн был РІ РёС… поле зрения. Его пацифистские Рё социалистские идеи были хорошо известны. РћРЅ отказался подписать декларацию немецких профессоров РІ поддержку вторжения РІ Бельгию Рё всегда призывал Рє заключению РјРёСЂР°, даже тогда, РєРѕРіРґР° казалась близкой победа Германии. Разумеется, результаты Миллера оказались ошибочными, что немедленно продемонстрировал Георг Йосс, который выполнил серию отличных экспериментов, подтверждающих предсказания Рйнштейна.