Знаменательное "облачко"

Читатель, который на протяжении всей этой длинной главы уже, вероятно, устал удивляться бесконечному разнообразию проявлений электромагнетизма, проникающего даже в такую деликатную область, как парфюмерия, мог бы прийти к выводу, что нет на свете более благополучной теории, чем эта. Правда, некоторая заминка получилась при разговоре о строении атома. В остальном же электродинамика кажется безупречной и неуязвимой.

Такое ощущение огромного благополучия возникло у физиков в конце прошлого века, когда строение атома еще не было известно. Это ощущение было настолько полным, что знаменитый английский физик Томсон на рубеже двух веков имел, казалось, основание говорить о безоблачном научном горизонте, на котором его взор усматривал только два «маленьких облачка». Речь шла об опытах Майкельсона по измерению скорости света и о проблеме теплового излучения. Результаты опытов Майкельсона легли в основу теории относительности. О тепловом излучении поговорим подробно.

0247.gif

Физиков не удивляло, что все нагретые тела излучают электромагнитные волны. Нужно было только научиться количественно описывать это явление, опираясь на стройную систему максвелловских уравнений и законы механики Ньютона. Решая эту задачу, Рэлей и Джине получили удивительный и парадоксальный результат. Из теории с полной непреложностью следовало, например, что даже человеческое тело с температурой 36,6°С должно было бы ослепительно сверкать, неминуемо теряя при этом энергию и быстро охлаждаясь почти до абсолютного нуля.

Здесь не надо никаких тонких экспериментов, чтобы убедиться в явном конфликте, теории с действительностью. И вместе с тем, повторяем, вычисления Рэлея и Джинса не вызывали никаких сомнений. Они были прямым следствием самых общих утверждений теории. Никакие ухищрения не могли спасти положение.

То, что многократно проверенные законы электромагнетизма забастовали, как только их попытались применить к проблеме излучения коротких электромагнитных волн, настолько ошеломило физиков, что они стали говорить об «ультрафиолетовой катастрофе» *). Ее-то и имел в виду Томсон, говоря об одном из «облачков». Почему же только «облачко»? Да потому, что физикам в то время казалось, что проблема теплового излучения — маленький частный вопрос, не существенный на фоне общих гигантских достижений.

Однако этому «облачку» суждено было разрастаться и, превратившись в гигантскую тучу, заслонить весь научный горизонт, пролиться невиданным ливнем, который размыл весь фундамент классической физики. Но одновременно он же вызвал к жизни новое физическое миропонимание, которое мы сейчас кратко обозначаем двумя словами — «квантовая теория».

Прежде чем рассказывать о том новом, что в значительной мере перевернуло наши представления как об электромагнитных силах, так и о силах вообще, обратим наш взор назад и попробуем с той высоты, на которую мы поднялись, отчетливо представить себе, почему же электромагнитные силы играют в природе столь выдающуюся роль.

 

*) «Катастрофа» была названа ультрафиолетовой, так как неприятности были связаны с излучением очень коротких волн.