Мистер Томпкинс внутри самого себя - [50]

— 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 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 волны света. Такая разлинованная поверхность называется решеткой. Затем вы направляете на такую решетку под некоторым углом пучок света. Для простоты предположим, что свет монохроматический, т.е. состоит из волн одной длины, или имеет только один цвет. Когда свет падает на решетку, каждая точка между линиями действует как источник света. Если теперь мы воспользуемся линзой, чтобы образовать на экране изображение решетки, то на экране найдется точка, расстояния от которой до точек на решетке отличаются на целое число длин волн. Это означает, что гребни волн, приходящих от этих точек, усиливают друг друга, и мы получаем на экране яркое пятно. Разумеется, положение этого пятна зависит от длины волны света. Свет с другими длинами волн (других цветов) будет образовывать яркие пятна в других местах экрана, поэтому белый свет разложится в спектр, как при прохождении сквозь призму.

Зная угол отражения и расстояние между линиями решетки, мы легко можем определить длину волны света любого цвета. Именно так и была определена длина волны света. Голубой свет имеет длину волны около четырех стотысячных сантиметра, красный — примерно вдвое большую длину волны.

— Очень короткие волны по сравнению с радиоволнами, — счел нужным заметить мистер Томпкинс.

— А длины волн рентгеновского излучения еще гораздо короче, — подтвердил доктор Экскинс. — Когда немецкий физик Рентген в 1895 году открыл икс-лучи, природа загадочного излучения не была известна. Впоследствии было установлено, что оно в известной мере аналогично свету, но имеет намного более короткую длину волны. Чтобы доказать, что рентгеновское излучение аналогично свету, было необходимо продемонстрировать какое-нибудь интерференционое явление. Но если рентгеновское излучение имеет по сравнению со светом гораздо более короткую длину волны, то и линии на решетке должны располагаться гораздо теснее — намного ближе друг к другу, чем можно было изготовить. Возникло весьма затруднительное положение.

В 1912 году этой проблемой занялся немецкий физик Макс фон Лауэ. Из беседы с двумя другими учеными он узнал, что атомы в кристаллах расположены с удивительной правильностью на расстоянии примерно 10~8 см друг от друга, и понял, что кристалл — идеальная решетка, созданная самой природой!

Спешно вернувшись в свою лабораторию, фон Лауэ пропустил пучок рентгеновских лучей через кристалл сульфида цинка и обнаружил на фотопластинке, игравшей роль экрана, красивый узор из светлых пятен. Проблема была решена! Рентгеновское излучение действительно вело себя, как световые волны, только длина волны была намного короче. Что же касается длины волны рентгеновского излучения, то она была известна из других работ, равно как и расстояние между атомами. Оказалось, что длина волны рентгеновского излучения примерно в тысячу раз короче, чем у видимого света, и сравнима с расстоянием между атомами в кристалле.