15 фактов о свете: огонь изо льда, лазерные пистолеты и солнечные паруса

Учёные любят говорить, что любая теория чего-то стоит, если её можно изложить простым, доступным для мало-мальски подготовленного обывателя языком. Камень падает на землю по такой-то дуге с такой-то скоростью, говорят они и их слова подтверждаются практикой. Вещество Х добавленное в раствор Y, окрасит его в синий цвет, а вещество Z, добавленное в тот же раствор, даст зелёную окраску. В конце концов, практически всё, что окружает нас в повседневной жизни (за исключением ряда совсем необъяснимых явлений), либо объяснено с точки зрения науки, либо и вовсе, как, например, любая синтетика, является её продуктом.

А вот с таким фундаментальным явлением, как свет, всё не так просто. На первичном, бытовом уровне вроде бы всё просто и ясно: вот свет, а его отсутствие — темнота. Преломляясь и отражаясь, свет бывает разных цветов. При ярком и при малом освещении предметы видятся по-разному.

Но если копнуть чуть глубже, оказывается, что природа света пока неясна. Физики долго спорили, а потом пришли к компромиссу. Он называется «Корпускулярно-волновой дуализм». В народе о таких вещах говорят «ни мне, ни тебе»: одни считали свет потоком частиц-корпускул, другие думали, что свет это волны. В какой-то мере обе стороны были и правы, и неправы. В результате получился классический тянитолкай — иногда свет это волна, иногда — поток частиц, разбирайтесь сами. Когда Альберт Эйнштейн поинтересовался у Нильса Бора, чем является свет, тот предложил поставить этот вопрос перед правительством. Постановят, что свет — это волна, придётся запрещать фотоэлементы. Решат, что свет — поток частиц, значит, вне закона окажутся дифракционные решётки.

Приведенная ниже подборка фактов уточнить природу света, конечно, не поможет, но это и не всё объясняющая теория, а лишь некая простейшая систематизация знаний о свете.

1. Из школьного курса физики многие помнят, что скорость распространения света или, точнее, электромагнитных волн в вакууме составляет 300 000 км/с (на самом деле 299 793 км/с, но такая точность не нужна даже в научных расчётах). Эта скорость для физики как Пушкин для литературы — наше всё. Тела не могут передвигаться быстрее скорости света, завещал нам великий Эйнштейн. Если вдруг некое тело позволит себе превысить скорость света хоть на метр в час, оно нарушит тем самым принцип причинности — постулат, согласно которому будущее событие не может влиять на предшествующее. Специалисты признают, что до сих пор принцип этот не доказан, замечая при этом, что на сегодняшний день он неопровержим. А другие специалисты годами сидят в лабораториях и получают результаты, в корне опровергающие фундаментальную цифру.

2. В 1935 году постулат о невозможности превзойти скорость света критиковал выдающийся советский учёный Константин Циолковский. Теоретик космонавтики изящно обосновал свой вывод с точки зрения философии. Он писал, что выведенная Эйнштейном цифра подобна библейским шести дням, понадобившимся на создание мира. Она только подтверждает отдельно взятую теорию, но никак не может быть основой мироздания.

3. Ещё в 1934 году советский учёный Павел Черенков, излучая свечение жидкостей под воздействием гамма-излучения, обнаружил электроны, скорость движения которых превышала фазовую скорость света в данной среде. В 1958 году Черенков совместно с Игорем Таммом и Ильёй Франком (считается, что двое последних помогли Черенкову теоретически обосновать открытое явление) получили нобелевскую премию. Не теоретические постулаты ни открытие, ни премия не повлияли никак.

4. Понятие о том, что у света есть видимые и невидимые компоненты, окончательно сформировалось лишь в XIX веке. К тому времени главенствовала волновая теория света, и физики, разложив по частотам видимую глазом часть спектра, пошли дальше. Сначала были открыты инфракрасные лучи, а затем и ультрафиолетовые.

5. Как бы скептически мы не относились к словам экстрасенсов, человеческое тело действительно излучает свет. Правда, он настолько слаб, что увидеть его невооружённым глазом невозможно. Такое свечение называется сверхмалым свечением, оно имеет тепловую природу. Однако зафиксированы случаи, когда всё тело или отдельные его части светились так, что это было видно окружающим людям. В частности, в 1934 году врачи наблюдали у англичанки Анны Монаро, страдавшей астмой, свечение в области грудной клетки. Свечение обычно начиналось во время кризиса. После его окончания свечение исчезало, у больной на короткое время учащался пульс и повышалась температура. Такое свечение обусловлено биохимическими реакциями — свечение летающих жуков имеет такую же природу — и пока не имеет научного объяснения. А для того, чтобы увидеть сверхмалое свечение обычного человека, мы должны видеть в 1 000 раз лучше.

6. Идее о том, что солнечный свет обладает импульсом, то есть способен воздействовать на тела физически, скоро исполнится 150 лет. В 1619 году Иоганн Кеплер, наблюдая кометы, подметил, что у любой кометы хвост всегда направлен строго в сторону, противоположную Солнцу. Кеплер предположил, что хвост кометы отклоняют назад некие материальные частицы. Лишь в 1873 году один из главных исследователей света в истории мировой науки Джеймс Максвелл предположил, что на хвосты комет воздействует солнечный свет. Это предположение долгое время оставалось астрофизической гипотезой — учёные констатировали факт наличия у солнечного света импульса, но подтвердить его на могли. Лишь в 2018 году учёным из Университета Британской Колумбии (Канада) удалось доказать наличие импульса у света. Для этого им понадобилось создать большое зеркало и поместить его в изолированное от всех внешних воздействий помещение. После того, как зеркало подсветили лазерным лучом, датчики показали, что зеркало вибрирует. Вибрация было крохотной, её даже не удалось замерить. Однако наличие давления света было доказано. Высказываемая фантастами с середины ХХ века идея совершения космических полётов с помощью гигантских тончайших солнечных парусов, в принципе, может быть реализована.

7. Свет, точнее, его цвет, воздействует даже на абсолютно слепых людей. Американскому врачу Чарльзу Цейслеру после нескольких лет исследований понадобились ещё пять лет на то, чтобы пробить брешь в стене редакторов научных изданий и опубликовать работу, посвящённую этому факту. Цейслеру удалось выяснить, что в сетчатке человеческого глаза кроме обычных клеток, отвечающих за зрение, есть клетки, связанные непосредственно с областью мозга, заведующую суточным ритмом. Пигмент, содержащийся в этих клетках, чувствителен к синему цвету. Поэтому освещение синего тона — по температурной классификации света это свет интенсивностью выше 6 500 К — действует на слепых людей так же усыпляющее, как и на людей с нормальным зрением.

8. Человеческий глаз имеет абсолютную чувствительность к свету. Это громко выражение обозначает, что глаз реагирует на минимально возможную порцию света — один фотон. Эксперименты, проведённые в 1941 году в Кембриджском университете, показали, что люди даже со средним зрением реагировали на 5 из 5 фотонов, посланных в их направлении. Правда, для этого глаза должны были «привыкнуть» к темноте в течение нескольких минут. Хотя вместо «привыкнуть» в данном случае правильнее употреблять слово «приспособиться» — в темноте глазные колбочки, отвечающие за восприятие цветов, постепенно отключаются, и в дело вступают палочки. Они дают монохромное изображение, но обладают гораздо большей чувствительностью.

9. Свет — особо важное понятие в живописи. Упрощённо говоря, это оттенки в освещённости и затенённости фрагментов полотна. Самый ярких фрагмент картины — блик — место, от которого свет как бы отражается в глаза зрителя. Самой тёмное место — собственная тень изображаемого предмета или человека. Между этими крайностями есть несколько — выделяют 5 — 7 — градаций. Разумеется, речь идёт о предметной живописи, а не о жанрах, в которых художник стремится выразить свой собственный мир и т. п. Хотя от тех же импрессионистов начала ХХ века в традиционную живопись попали синие тени — до них тени писали чёрными или серыми. И ещё — в живописи считается дурным тоном делать что-либо светлым при помощи белил.

10. Существует очень любопытное явление, именуемое сонолюминесценцией. Это появление яркой вспышки света в жидкости, в которой создана мощная ультразвуковая волна. Это явление было описано ещё в 1930-х годах, но его суть поняли на 60 лет позже. Оказалось, что под воздействием ультразвука в жидкости создаётся кавитационный пузырёк. Какое-то время он увеличивается в размерах, а затем резко схлопывается. Во время этого схлопывания и выделяется энергия, дающая свет. Размер единичного кавитационного пузырька очень мал, но появляются они миллионами, давая устойчивое свечение. Долгое время исследования сонолюминесценции походили на науку ради науки — кому интересны источники света мощностью 1 кВт (а это в начале XXI века было большим достижением) с зашкаливающей себестоимостью? Ведь сам генератор ультразвука потреблял электричества в сотни раз больше. Непрерывные опыты с жидкими средами и длинами ультразвуковых волн постепенно довели мощность источника света до 100 Вт. Пока такое свечение длится очень короткое время, но оптимисты считают, что сонолюминесценция позволит не только получать источники света, но и запустить реакцию термоядерного синтеза.

11. Казалось бы, что может быть общего между такими литературными персонажами, как полубезумный инженер Гарин из «Гиперболоида инженера Гарина» Алексея Толстого и практичный доктор Клоубонни из книги «Путешествия и приключения капитана Гаттераса» Жюля Верна? И Гарин, и Клоубонни искусно использовали фокусировку световых лучей для получения высокой температуры. Только доктор Клоубонни, вытесав линзу из ледяной глыбы, сумел получить огонь и с пас себя и спутников от голодной и холодной смерти, а инженер Гарин, создав сложный аппарат, слегка напоминающий лазер, уничтожил тысячи людей. Кстати, получить огонь с помощью ледяной линзы вполне возможно. Любой может повторить опыт доктора Клоубонни, заморозив лед в тарелке с вогнутым дном.

12. Как известно, первым разделил белый свет на цвета привычного нам ныне радужного спектра великий английский учёный Исаак Ньютон. Однако первоначально Ньютон насчитал в своём спектра 6 цветов. Учёный был специалистом во многих отраслях науки и тогдашней техники, и при этом страстно увлекался нумерологией. А в ней число 6 считается дьявольским. Поэтому Ньютон, после долгих размышлений Ньютон добавил в спектр цвет, который он называл «индиго» — мы называем его «фиолетовый», и в спектре стало 7 основных цветов. Семёрка — число счастливое.

13. В музее истории академии Ракетных войск стратегического назначения экспонируются действующий лазерный пистолет и лазерный револьвер. «Оружие будущего» было изготовлено в академии ещё в 1984 году. Группа учёных во главе с профессором Виктором Сулаквелидзе полностью справилась с поставленным созданием: изготовить лазерное стрелковое оружие нелетального типа, неспособное также пробить обшивку космического корабля. Дело в том, что лазерные пистолеты предназначались для обороны советских космонавтов на орбите. Они должны были ослеплять противников и поражать оптическое оборудование. Поражающим элементом был лазер оптической накачки. Патрон был аналогом лампы-вспышки. Свет от него поглощался волоконно-оптическим элементом, генерировавшим лазерный луч. Дальность поражения составляла 20 метров. Так что, вопреки поговорке, генералы не всегда готовятся только к прошедшим войнам.

14. Древние монохромные мониторы и традиционные приборы ночного видения давали зелёное изображение не по прихоти изобретателей. Всё было сделано по науке — цвет выбирался с тем расчётом, чтобы как можно меньше утомлять глаза, позволять человеку сохранять концентрацию, и, в то же время, давать наиболее чёткое изображение. По соотношению этих параметров и был выбран зелёный цвет. Заодно был заранее определён цвет инопланетян — во время реализации программы поиска инопланетного разума в 1960-х годах звуковое отображение радиосигналов, принимаемых из космоса, выводилось на мониторы в виде зелёных значков. Ушлые репортёры тут же придумали «зелёных человечков».

15. Свои жилища люди старались освещать всегда. Даже древним людям, поддерживавшим огонь на одном месте десятки лет, костёр служил не только для приготовления пищи и обогрева, но и для освещения. А вот для того, чтобы систематически централизованно освещать улицы, понадобились тысячелетия развития цивилизации. В XIV — XV веках власти некоторых крупных европейских городов стали обязывать горожан освещать улицу перед своим домом. Но первая по-настоящему централизованная система уличного освещения крупного города появилась только в 1669 году в Амстердаме. Тамошний житель Ян ван дер Хейден предложил поставить по краям всех улиц фонари, дабы народ меньше падал в многочисленные каналы и подвергался преступным посягательствам. Хейден был настоящим патриотом — несколько лет назад он предложил создать в Амстердаме пожарную команду. Инициатива наказуема — власти предложили Хейдену заняться новым хлопотным делом. В истории с освещением всё прошло как под копирку — Хейден стал организатором службы освещения. К чести городских властей нужно отметить, что в обоих случаях предприимчивый горожанин получал хорошее финансирование. Хейден не только установил в городе 2 500 фонарных столбов. Он ещё и изобрёл специальную лампу столь удачной конструкции, что в Амстердаме и других городах Европы лампы Хейдена использовались до середины XIX столетия.

x
Голосуй звездами!
ПлохоТак себе
НормальноХорошоОтлично! (Еще никто не голосовал)
Загрузка...
А что ты думаешь об этом? Комментируй!

Ваш e-mail не будет опубликован.

This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.