Текст книги "Космические сыщики"

Автор книги: Ник Горькавый

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 10 страниц) [доступный отрывок для чтения: 4 страниц]

Сказка о стекловаре Фраунгофере и таинственных пожирателях солнечного света

В конце XVIII века в Баварии в семье бедного стекольщика родился мальчик Йозеф. Он был одиннадцатым ребенком и, хотя очень любил учиться, книг не имел. Да и времени на учёбу не оставалось: мальчик весь день трудился в мастерской отца. В те времена стекольное производство было очень вредным – работа возле раскалённой печи быстро сокращала жизнь стеклодувов. Отец умер, когда Йозефу исполнилось всего одиннадцать лет, и мальчик попал в подмастерья к суровому владельцу стекольной фабрики. Тот запрещал ему заниматься чем-либо, кроме полировки линз, и загружал работой с утра до ночи.

Галатея удивилась:

– Мама, разве можно детям в одиннадцать лет работать? Ведь они должны только учиться!

– В конце XVIII века таких прав у детей бедняков не было. Они работали с юных лет и в ужасных условиях – на фабриках и даже в угольных шахтах. Жизнь подростков часто подвергалась смертельной опасности.

На стекольной фабрике жар от расплавленного стекла смешивался с ядовитыми парами соединений свинца. При полировке линз в легких оседала стеклянная пыль. Но стекло было для мальчика делом всей жизни: он родился и вырос в мире стекла, знал его секреты и ловко управлялся с цветной раскалённой патокой, которая, попадая в формы, послушно застывала и становилась похожей на разноцветные леденцы, иногда достававшиеся Йозефу на ярмарке.

Однажды утром четырнадцатилетний Йозеф, как обычно, пришёл на фабрику и стал разжигать стекольную печь, делать тысячу ежедневных дел. Вдруг раздался скрип, грохот, и ветхие стены фабрики обрушились, завалив мальчика тяжёлыми камнями и деревянными балками.

– Ой! – в страхе воскликнула Галатея.

– Город взволновался. К обрушившемуся зданию прибежали горожане, прибыл даже баварский принц Максимилиан I Иосиф, который стал лично руководить разбором завалов, чтобы найти тело мальчика. Как обрадовались люди, когда из-под обломков извлекли чудом уцелевшего Йозефа!

Галатея облегчённо вздохнула, а потом проворчала:

– Какие добрые люди – спасли ребенка, чтобы он и дальше тяжело работал…

Дзинтара добавила:

– Этот случай принёс мальчику удачу: принц стал ему покровительствовать, дал денег на книги и велел мастеру разрешить Йозефу учиться в свободное от работы время.

– Разрешил учиться в свободное от работы время? – не поверила своим ушам Галатея.

– Богатый горожанин Утцшнейдер, который присутствовал при разборе завалов стекольной фабрики и спасении Йозефа, тоже принял участие в судьбе мальчика. Когда Йозефу исполнилось 19 лет, он помог ему устроиться в Оптический институт, созданный при монастыре бенедиктинцев. Благодаря таланту и трудолюбию бедный подмастерье превратился в известного мастера-оптика, изготовителя лучших в мире линз. Впоследствии Фраунгофер стал директором Оптического института и вместе со своим покровителем создал процветающую фирму «Утцшнейдер и Фраунгофер». Она, например, изготовила линзы для телескопа Берлинской обсерватории, с помощью которых была открыта планета Нептун. Йозеф Фраунгофер стал почётным доктором Эрлангенского университета и академиком Баварской академии наук, а король Баварии наградил его Орденом почёта и возвёл в дворянство.

Однако самым главным в жизни Фраунгофера оставалось стекло – властелин солнечного света. Оно заставляло свет приближать далёкие предметы, собирало звёздное сияние в стеклянные плошки и направляло, отцеживало его в окуляр, к которому приникал любопытный глаз астронома. Стекло раскладывало лучи солнца в яркую радугу, раскрывая его тайны. Благодаря высокому качеству созданных оптических приборов Фраунгофер, обладавший редким сочетанием таланта мастера-оптика и внимательности учёного, сделал ряд удивительных открытий. Самое важное из них относится к радуге.

Развитие науки знало периоды затишья и времена революционных прорывов. Последние были часто связаны с постепенным развитием приборов, в определённый момент приобретавших способность показывать нечто качественно новое. Микроскопы существовали и до Левенгука, но лишь он, создав более совершенный прибор, совершил прорыв и открыл мир микробов, ранее неизвестный людям. Такой же прорыв в науке посчастливилось сделать баварскому оптику Йозефу Фраунгоферу. Ещё древние римляне могли призмой разложить солнечный свет в радугу. Это занятие любил великий Ньютон, который назвал многоцветную полосу, выходящую из стеклянной треугольной призмы, спектром. Фраунгофер пошёл дальше всех и благодаря качеству своих призм создал совершенный спектрограф, позволивший открыть удивительную тайну солнечной радуги.

Когда Йозеф решил испытать новый прибор на солнечном свете, он не поверил своим глазам: на хорошо знакомой цветной радуге, полученной из солнечного света, появились странные тёмные полосы! Словно таинственные существа выгрызали в солнечном спектре тёмные щели, поедая свет с определённой длиной волн.

– Кем были эти таинственные существа? – заинтересованно спросила Галатея.

– Эти существа были атомами, которые обладали «аппетитом» к волнам определённой длины.

– А почему атомы интересовались только волнами конкретной длины?

– Об этом мы обязательно поговорим, но позднее, когда дойдём до изучения атомов, которое фактически началось с небольшого прибора, созданного Йозефом Фраунгофером. Обнаружив эти линии, учёный открыл дверь в мир атомов и одновременно – в мир звёзд.

Йозеф понимал, что полосы что-то говорят о химическом составе Солнца, но расшифровать световую тайнопись не мог. Зато он составил список из 574 линий, введя их классификацию. Фраунгофер показывал свой прибор другим оптикам и учёным, опубликовал статью о наблюдениях спектра – так его открытия стали достоянием науки.

– А почему Фраунгофер решил изучить спектр Солнца? Вряд ли такое желание возникало у других стекловаров! – сказал Андрей.

– Он был пытливым человеком. Всё началось с того, что с помощью своего прибора Фраунгофер изучил спектр свечи и заметил в нём яркую жёлтую линию натрия – вездесущего элемента, который спектроскописты в будущем назовут «проходимцем», потому что он встречался почти в каждом спектре.

– А почему он такой… распространённый? – удивилась Галатея.

– Двойная линия натрия очень сильная, а сам натрий входит в состав соли, которую можно найти везде. Даже солёный пот с рук исследователя вносит вклад в измеряемые спектры.

В работе 1815 года Фраунгофер написал: «Я решил выяснить, можно ли видеть подобную светящуюся линию в солнечном спектре. И с помощью телескопа я обнаружил не одну линию, а большое количество вертикальных линий, резких и слабых. Слабые оказались темнее остальной части спектра, а некоторые из них – почти совершенно чёрными…»

Одна из тёмных линий в спектре Солнца в точности совпала по длине волны с яркой жёлтой линией натрия в спектре свечи. Этот факт – что спектральная линия, в зависимости от условий, может быть и тёмной, и яркой – оказался очень важен. Работа Фраунгофера дала будущим исследователям возможность разгадать многие секреты звёздного света. Солнечный свет не только освещал и согревал – он был посланием, содержащим информацию о сокровенных тайнах Солнца и звёзд, и эта информация ждала своего расшифровщика.

Фраунгофер сумел выделить несколько сотен линий, а сейчас их известно несколько миллионов! Он снял спектр ярких звёзд и установил, что спектр Сириуса отличается от спектра Солнца. Тем самым Фраунгофер заложил основы звёздной спектроскопии.

С помощью своих волшебных стёкол Йозеф Фраунгофер заглянул в сердце звёзд, дал ключ к тайне, которую Огюст Конт считал неразрешимой, – к тайне химического состава звёзд. Через 45 лет учёные сумели соотнести основные линии Фраунгофера с конкретными химическими элементами. Эти линии стали основой измерения на расстоянии химического состава, температуры, массы и движения звёзд, наличия у них магнитного поля, планет и дисков.

Йозеф Фраунгофер умер в 39 лет из-за отравления парами тяжёлых металлов, унёся с собой в могилу самые ценные рецепты варки стекла. Но он навсегда остался в истории оптики и астрофизики: изучение линий Фраунгофера до сих пор является мощным инструментом изучения космоса.

Галатея спросила:

– Баварский принц дал Йозефу денег на книги. Но как же остальные мальчики-бедняки, жившие в то время? Кто им помог с учёбой?

– Обычно – никто. История хранит рассказы лишь о тех, кому повезло.

– Это несправедливо! – разгорячилась Галатея.

– Это не только несправедливо, но и глупо. Страна, в которой дети хотят учиться, но не могут из-за отсутствия денег, обкрадывает себя. Деньги, которые принц дал Йозефу, принесли Баварии мировое лидерство в оптике на несколько веков. Благодаря многочисленным изобретениям Фраунгофера, Бавария обогнала Англию по качеству оптических линз. Учёный прославил свою страну. Сейчас в Германии есть Общество Фраунгофера, объединяющее 67 научных институтов в области оптики и прикладной физики, где работают более 20 000 человек.

Фраунгофер основал новую науку – спектроскопию, которая изучает спектры разных объектов. Серьёзный вклад в эту науку внесли немецкие учёные Бунзен (все химики знают горелку Бунзена) и Кирхгоф. Последний сформулировал три правила – так называемые правила Кирхгофа, ставшие основой спектроскопии:

1. Раскалённые твёрдые тела, жидкости и газы при большом давлении испускают непрерывный спектр.

2. Раскалённый газ при низком давлении излучает яркие, так называемые эмиссионные, линии.

3. Холодный газ при низком давлении, размещённый между горячим телом и наблюдателем, вызывает тёмные линии поглощения в непрерывном спектре горячего тела. (Именно такие тёмные линии, вызванные существованием в горячей атмосфере Солнца более холодного слоя, и обнаружил Фраунгофер.)

Кирхгоф родился в Кёнигсберге через 20 лет после смерти Канта и, кроме трёх правил спектроскопии, открыл широко известные сейчас законы для расчёта электрических схем (законы Кирхгофа). Если вспомнить, что этот город дал миру ещё и гения астрономии Региомонтана, можно сказать, что на мировой карте науки Кёнигсберг (современный Калининград) выделен крупным шрифтом.

Правила Кирхгофа отражают принципиальную разницу между излучением твёрдого тела и газа.

– А почему они отличаются? – поинтересовалась Галатея.

Дзинтара пояснила:

– Каждый атом – как крошечный гном с набором колокольчиков, каждый из которых звенит своей нотой. В твёрдом теле атомам-гномам тесно, они толкают друг друга и мешают колокольчикам звенеть. В результате наружу из твёрдого тела выходит не музыка, а шум. В разреженном газе колокольчики звенят свободно, и снаружи слышна гармоничная музыка из нескольких нот – регистрируются узкие спектральные линии.

Из правил Кирхгофа следует удивительный факт: длины волны ярких эмиссионных линий и тёмных линий поглощения практически одинаковы для одного и того же газа.

– Значит, атомы-гномики не только звенят своими колокольчиками, но и ловят ими нужные ноты? – спросил Андрей.

– Да, эти колокольчики похожи на идеальные камертоны, звучащие в тон приходящему звуку и испускающие волны той же частоты. Фраунгофер открыл в солнечном спектре тёмные линии, вызванные поглощением света атомами, а в наземных спектрах позже были зарегистрированы аналогичные по длине волны яркие эмиссионные линии.

Шведский учёный Ангстрем в 1862 году показал, что в спектре Солнца есть водород, так что утверждение Огюста Конта о невозможности узнать состав звёзд оказалось неверным уже через двадцать лет. Линии водорода в спектре Солнца видны сквозь забор линий железа и других металлов. Итальянский астроном Секки выделил на небе класс белых звёзд, в спектре которых виден практически один водород. То, что это именно водород, стало известно из эмиссионного спектра, полученного в лаборатории: в нём светлые линии располагались там же, где тёмные прорези в звёздных спектрах. В 1868 году Ангстрем опубликовал свой атлас солнечного спектра, а Секки – первую спектральную классификацию звёзд, за что его назвали «отцом современной астрофизики».

Одним из первых спектроскопистов, изучившим спектры многих небесных объектов, стал английский астроном Уильям Хаггинс. Он наблюдал небо на своей частной обсерватории в Лондоне и обнаружил, что галактика Туманность Андромеды даёт сплошной радужный спектр, похожий на спектры звёзд. Когда в 1864 году Хаггинс навёл свой телескоп с присоединённым к нему спектроскопом на красивую туманность Кошачий Глаз в созвездии Дракона, к своему удивлению, получил на выходе не типичную светящуюся радугу, а тёмный фон с тремя яркими линиями. Это означало, что, в отличие от плотных звёзд, дающих сплошной спектр, туманности состоят из разреженного газа, который светится в отдельных линиях.

Позже Уильям Хаггинс женился на ирландской девушке Маргарет, которая с детства увлекалась звёздами и сама конструировала спектроскопы. Супруги Хаггинс выпустили каталог небесных спектров туманностей, звёзд и галактик, где показали отличие спектра галактики Туманность Андромеды от спектров отдельных звёзд.

Открытие спектров в видимой области света стало началом изучения космических спектров. Далее исследователи двинулись в области более длинных и более коротких волн. Загадки открываемых спектров множились. Как показали швейцарский математик Бальмер и шведский физик Ридберг, длины волн отдельных линий подчиняются простым числовым соотношениям. Эта загадка была решена, лишь когда физики построили правильную модель атома. Линии, открытые Фраунгофером, повели учёных и внутрь крошечных атомов, и вдаль, к огромным звёздам.

Примечания для любопытных

Йозеф Фраунгофер (1787–1826) – знаменитый баварский оптик и механик. Открыл линии Фраунгофера и дифракцию Фраунгофера.

Принц Максимилиан (1756–1825) – принц Баварии (1799–1805), первый король Баварии Максимилиан I Иосиф (1806–1825).

Спектр (излучения) – зависимость интенсивности свечения объекта от длины волны. Спектр может быть линейчатым (состоящим из отдельных линий), полосатым (многочисленные линии сливаются в полосы) или сплошным (зависимость яркости объекта от длины волны представляет собой плавную линию), а для сложных объектов из нескольких компонент – сплошным с дополнительными тёмными и светлыми линиями.

Антони ван Левенгук (1632–1723) – знаменитый нидерландский натуралист, конструктор микроскопов, открывший мир микроорганизмов.

Роберт Бунзен (1811–1899) – известный немецкий химик-экспериментатор, вместе с Кирхгофом разработавший в 1860 году основы нового экспериментального метода – спектрального анализа.

Густав Кирхгоф (1824–1887) – знаменитый немецкий физик, родившийся в Кёнигсберге и оставивший след во многих областях физики. Основатель спектрального анализа.

Региомонтан (Иоганн Мюллер) (1436–1476) – выдающийся немецкий астроном, выходец из Кёнигсберга. Гений. Перевёл с греческого на латынь «Альмагест» Птолемея (100–170), заново рассчитал движения звёзд и планет, в 1474 году выпустил «Эфемериды» – первые напечатанные типографским способом астрономические таблицы, которые использовали Колумб, Васко да Гама и другие мореплаватели.

Огюст Конт (1798–1857) – выдающийся французский философ, основоположник социологии как самостоятельной науки.

Андерс Ангстрем (1814–1874) – известный шведский учёный-астрофизик, один из основателей спектрального анализа. Изучил 1000 спектральных линий. В 1862 году обнаружил водород на Солнце. Его именем названа единица «ангстрем» – одна десятимиллионная доля миллиметра.

Анджело Пьетро Секки (1818–1878) – выдающийся итальянский астроном, священник, директор обсерватории Папского Григорианского университета. Пионер звёздной спектроскопии.

Камертон – металлический инструмент в виде двузубой вилки для воспроизведения определённой частоты звука. Камертон изобрёл английский музыкант Джон Шор в 1711 году.

Уильям Хаггинс (1824–1910) – видный английский астроном, первым измеривший спектры многих космических объектов. Президент Королевского общества в 1900–1905 годах.

Маргарет Хаггинс (1848–1915) – ирландский астроном-спектроскопист, супруга Уильяма Хаггинса.

Кошачий Глаз – туманность в созвездии Дракона на расстоянии 3300 световых лет от Земли. Образована взрывом звезды 1000 лет назад (начало расширения для земного наблюдателя; в реальности взрыв произошёл 3300 + 1000 = 4300 лет назад).

Туманность Андромеды – ближайшая к нашей Галактике спиральная галактика. Движется к нам со скоростью 110 км в секунду и столкнётся с Млечным Путём через 4 миллиарда лет. Только не надо паниковать – время у нас ещё есть!

Сказка о первом радиоприёмнике и физике Герце

За семейным столом сидел новый гость – высокий мужчина со спокойным лицом. Галатея выждала удобную минуту и спросила его:

– Дядя Джерри, а вы знаете какую-нибудь сказку?

Джерри усмехнулся и сказал:

– Я наслышан про коварные обычаи этого дома: кто сюда войдёт, без сказки живым не выйдет. Причем сказки нужны не обычные волшебные, а особенные – научные.

Галатея, как истинная принцесса, уверенно воскликнула:

– Тогда вы наверняка приготовили какую-нибудь историю! Вы же хотите выйти отсюда живым!

Джерри кивнул:

– Я готов рассказать вам историю про первый радиоприёмник. Кто-нибудь знает, как он был устроен?

Галатея заерзала:

– Ой… радиотехника – это так сложно!

Дзинтара сказала одобрительно:

– Правильно, Джерри, заставь этих шалопаев шевелить мозгами!

Старший, Андрей, нахмурился и сказал:

– Первые приёмники были на специальных радиолампах. Их так и называли – ламповые приёмники.

Джерри покачал головой:

– Нет, первый радиоприёмник возник гораздо раньше радиоламп. Он выглядел… он выглядел как… чем объяснять, я его лучше соберу.

Мужчина порылся в карманах, достал кусок проволоки и пару металлических бусин. Он надел бусины на концы проволоки и согнул её кольцом – так, чтобы бусины располагались близко друг к другу, но не соприкасались.

– Вот таким был первый радиоприёмник в мире!

Галатея широко раскрыла глаза:

– И это всё? Ни транзисторов, ни этих конди… конденсаторов… ничего такого?

Андрей удивлённо спросил:

– И как же он работал без динамиков?

Галатея поддержала брата:

– Да, как этот приёмник пел и разговаривал?

Джерри усмехнулся:

– Этот радиоприёмник не пел, а искрил. Когда он ловил радиоволну, в контуре-кольце возникал электрический ток, и между этими близкими шариками проскакивала искра.

Галатея удивлённо протянула:

– Оказывается, радиотехника – это просто! Первым радиоприёмником был радиоискрильник…

Андрей спросил:

– А каким же тогда был первый радиопередатчик?

– Он был посложнее – в нём имелась батарея, пара катушек и конденсатор. При генерации радиоволны он тоже создавал искру между двумя более крупными шарами, включёнными в электрическую цепь. На радиоприёмнике, не связанном проводами с передатчиком, возникала искра в тот же момент, что и на передатчике. Это означало, что между ними возникла беспроводная связь, или радиосвязь.

– Всё-таки обычно радиоприёмники поют или говорят… – не унималась Галатея.

– Дальнейшие усовершенствования радиоприёмника были принципиально несложными: слабый ток в антенне усилили, сделав его регулятором движения сильного тока…

– Это как? – спросила Галатея.

– Слабый ток в антенне может включать и выключать сильный ток в другой цепи, тем самым радиосигнал будет управлять гораздо более мощным процессом, чем он сам. Ребёнок не может сам выкорчевать пень, зато может ключом зажигания завести трактор, который это сделает.

– Это понятно даже ребёнку! – заявила девочка.

– А сильный ток может делать сотни вещей, в том числе заставить мембрану динамика колебаться – вот усовершенствованный приёмник и зазвучал!

– В радиотехники, что ли, пойти, раз там всё так просто… – пробормотала Галатея.

– А кто сделал первый приёмник? – спросил Андрей.

Джерри откинулся на стуле и начал обо всём рассказывать по порядку:

– Великий шотландец Максвелл в 1865 году доказал с помощью математических уравнений, что должны существовать электромагнитные волны, вызываемые ускорением зарядов. Эти волны могут распространяться даже в пустоте и невидимы, но описываются теми же уравнениями, что и свет, являющийся колебанием электромагнитного поля более высокой частоты, а значит, электромагнитной волной с короткой длиной волны.

В 1879 году знаменитый физик Гельмгольц предложил своему ученику – двадцатидвухлетнему студенту Генриху Герцу – выбрать темой диссертации экспериментальное подтверждение теории Максвелла о существовании длинных электромагнитных волн, которые распространяются со скоростью света. После долгих раздумий Герц отказался от этой темы, выбрав задачу, которую он знал как решать.

– Как подтвердить теорию Максвелла, он не знал? – спросил Андрей.

– Да, Герц не понимал, какой прибор нужно сделать, чтобы поймать невидимые электромагнитные волны большой длины. Он полагал, что прибор будет сложным, это его пугало, и в итоге Герц защитил диссертацию по более понятной теме.

Прошло семь лет, Герц стал профессором в университете Карлсруэ. Однако настоящий учёный никогда не расстаётся с нерешённой проблемой. Как-то Герц заметил, что искры, вызываемые в контуре с источником энергии, неожиданно порождают слабые искры в соседнем контуре, который не связан с первым и не имеет источников энергии.

– Как этот приёмник из проволочного кольца? – указал Андрей на рамку.

– Да. Это наблюдение дало Герцу ключевую идею нового прибора, который мог доказать существование электромагнитных волн.

– Значит, его открытие было случайным? – протянула Галатея.

– Нет. Герц всегда помнил о проблеме, поставленной Гельмгольцем, и всегда, может и неосознанно, искал её решение. Возникновение искр во втором контуре было свидетельством электромагнитной связи между двумя контурами, но эту связь мог заметить лишь тот, кто её искал.

Герц создал простой генератор низкочастотных электромагнитных колебаний, излучавший электромагнитные волны с длиной волны в десятки сантиметров, и исключительно простой приёмник этих волн, который принимал сигнал на расстоянии трёх метров.

– Да уж, проще не бывает, – сказала Галатея, разглядывая проволочную рамку.

– С помощью этих простейших устройств Герц сделал целую серию фундаментальных открытий. Он измерил скорость распространения новой электромагнитной волны, которую впоследствии стали называть радиоволной, – она оказалась равной скорости света. Учёный показал, что радиоволна может отражаться металлическим отражателем, как свет – зеркалом. Пытаясь улучшить видимость слабой искры в приёмнике, Герц поместил его в тёмную коробку и обнаружил, что искра от этого ещё больше слабеет. Он поэкспериментировал с разными коробками и узнал, что некоторые материалы не пропускают новые волны, другие пропускают, но ослабленными, третьи – отражают. Тем самым Герц заложил основы радиолокации. Его передатчик использовал конденсаторы, и в процессе опытов Герц открыл, что облучение ультрафиолетовым светом способствует разрядке конденсаторов. Тем самым Герц открыл фотоэффект, который позднее был объяснён Эйнштейном, получившим за это Нобелевскую премию.

– И всё это было сделано с помощью вот такой рамки?! – восхитилась Галатея.

– Герц умер от болезни в 36 лет, но оставил ярчайший след в науке и технологии. Из его простого прибора выросли радио и телевидение, авиационные радары и мобильные телефоны, радиотелескопы и межпланетная связь.

Интересно, что сам Герц скептически относился к возможностям практического применения своих открытий – считал, что его открытия интересны лишь для развития теоретической науки, как и теория Максвелла: «Это абсолютно бесполезно. Это только эксперимент, который доказывает, что маэстро Максвелл был прав. Мы всего-навсего имеем таинственные электромагнитные волны, которые не можем видеть глазом, но они есть». Когда Герца спросили: «И что же дальше?» – он пожал плечами и ответил: «Я предполагаю – ничего». На самом деле учёный совершил одно из важнейших открытий в истории человечества, которое вскоре изменило многие области технологии и науки, в том числе астрономию, где возникло новое направление – радиоастрономия.

Фраунгофер показал, что всем знакомый и хорошо видимый солнечный свет несёт информацию о химическом составе звёзд. Герц доказал существование гораздо более длинных электромагнитных волн – радиоволн и повёл наступление на загадки космоса с другой стороны, расширив электромагнитный спектр с видимого диапазона длин волн до более длинноволновой части спектра – радиодиапазона. Радиоволны тоже могут много рассказать о жизни звёзд и туманностей.

В конце короткой жизни Герц вместе со своим студентом Ленардом занялся катодными лучами.

– Это что за лучи? – поинтересовалась Галатея.

– В XIX веке учёные, исследовавшие прохождение электрического тока через воздух, столкнулись с загадкой: если включить в электрическую цепь стеклянную трубку или колбу с двумя электродами – отрицательно заряженным катодом и положительным анодом, – ток по цепи продолжает идти. Правда, для этого нужно откачать воздух из баллона, что требовало от исследователя немалой физической силы.

– Физической силы? – удивилась Галатея.

– В те времена, чтобы получить хороший вакуум, требовалось много раз поднять и опустить сосуд с несколькими килограммами ртути – так был устроен тогдашний вакуумный насос.

Во время эксперимента с вакуумной разрядной трубкой наблюдалось таинственное свечение её стеклянных стенок. Свободный исследователь, англичанин Крукс, провёл в своей частной лаборатории ряд замечательных опытов, которые показали: с катода вылетают потоки таинственной отрицательно заряженной материи, которые стали называть «катодными лучами».

– А как он понял, что материя катодных лучей заряжена отрицательно? – спросил Андрей.

– Он поднёс к трубке магнит, и катодные лучи искривились в том направлении, в каком должны были отклониться отрицательные частицы. Крукс поместил в трубку легкую вертушку, и она завертелась, показав, что катодные лучи обладают механическим действием. Потом разместил в потоке этих лучей металлический крест и увидел, как на флуоресцирующей стенке колбы появилось его изображение. Точнее говоря, тень, потому что металл поглотил катодные лучи.

– Что же это были за лучи? – взмолилась Галатея. – Открой тайну, дядя Джерри!

– Хорошо, не буду вас больше интриговать: катодные лучи были потоком электронов, которые вырывались с поверхности катода и летели к аноду под воздействием электрического поля. Фактически Крукс заложил основы современного телевидения, показав, что потоком электронов, вызывающих свечение экрана, можно рисовать разные картины, управляя движением электронов с помощью магнитного поля. Но тогда учёные ещё не открыли такую частицу, как электрон. Это позднее, в 1897 году, сделал Джозеф Джон Томсон – с помощью усовершенствованной трубки Крукса.

А пока на дворе был 1892 год, и в команду исследователей катодных лучей включились Герц с Ленардом. Герцу удалось показать, что катодные лучи могут проникать сквозь тонкую алюминиевую фольгу. Ленард создал трубку, в которой часть стекла была заменена на алюминиевую пластинку, скорее алюминиевую фольгу толщиной в пять микрон или пять тысячных миллиметра. Из трубки с алюминиевым окошком катодные лучи могли выходить наружу, что было очень полезно в ряде исследований. Ленард заметил, что катодные лучи засвечивают фотопластинки, даже закрытые картоном. В 1894 году в берлинских «Анналах физики и химии» он написал: «Катодные лучи являются фотоактивными.

При достаточно долгой экспозиции можно вполне наблюдать их действие на фотографическую пластинку. На пластинке, помещённой под листом картона, видны чётко очерченные зоны почернения. Над картоном помещались различные металлические пластины, которые в зависимости от степени их проницаемости для катодных лучей казались на фотопластинке более или менее тёмными. Только там, где металлическая пластина имела достаточную толщину, фотопластинка оказывалась незасвеченной. Таким образом, установлено, что катодные лучи проходят сквозь картон и металл».

Ленард ошибался.

– Как можно ошибаться в эксперименте? Это же факт! – удивился Андрей.

Джерри пояснил:

– Ленард неправильно интерпретировал свои бесспорно верные наблюдения, тем самым лишив их истинной ценности. На самом деле, сталкиваясь с веществом разрядной трубки, поток электронов порождал другое излучение – очень короткие, гораздо более короткие, чем свет, электромагнитные волны, в будущем ставшие не менее ценным источником информации о Вселенной. Именно эти лучи засвечивали фотопластинки Ленарда, но он этого не понял, и невидимые лучи получили название «рентгеновских», по имени человека, который год спустя правильно расшифровал их природу.

– А вы расскажете про этого человека? – с просительной интонацией сказала Галатея. – Вы же остаётесь у нас до завтра?

– Договорились. Расскажу! – улыбнулся гость.

Примечания для любопытных

Генрих Герц (1857–1894) – великий немецкий физик, первооткрыватель радиоволн.

Катод – электрод, подсоединённый к отрицательному полюсу батареи.

Анод – электрод, подсоединённый к положительному полюсу батареи.

Герман Гельмгольц (1821–1894) – выдающийся немецкий физик и врач. Сформулировал закон сохранения энергии, открыл неустойчивость Кельвина-Гельмгольца, развивающуюся на границе двух взаимно движущихся сред (типичный пример: волны, растущие на границе воды и воздуха под воздействием ветра).

Фотоэффект – эффект выбивания электронов с поверхности вещества при облучении его светом или любым другим электромагнитным излучением.

Альберт Эйнштейн (1879–1955) – великий физик-теоретик, создатель специальной и общей теории относительности. Объяснил явление фотоэффекта и получил за это Нобелевскую премию (1921).

Уильям Крукс (1832–1919) – видный физик-исследователь, создатель разрядных трубок Крукса. Был президентом Королевского общества.

Филипп Ленард (1862–1947) – немецкий физик, исследовал катодные лучи в разрядных трубках. Лауреат Нобелевской премии по физике (1905).

Джозеф Джон Томсон (1856–1940) – видный английский физик, открыл электрон и создал первую модель атома. Лауреат Нобелевской премии по физике (1906).