Страница 23 из 72
Когда Вуд появился на сцене, в конце девятнадцатого столетия, физическая оптика переживала этап весьма бурного развития, как и вся, впрочем, физика в целом. Роль Вуда — смелый эксперимент: его работы нередко бросали вызов формулам теоретиков или же, наоборот, блестяще подтверждали их. Его первая работа по физической оптике дает этому блестящий пример, поясняя также исключительную широту его «специальной» науки. Вот рассказ Вуда:
«Полное солнечное затмение 28 мая 1900 года поставило передо мной задачи, решение которых можно рассматривать как мой первый вклад в физическую оптику. То, что было до этого, шло более по линии демонстраций или истолкований. Морская обсерватория в Вашингтоне пригласила меня принять участие в ее экспедиции по наблюдению затмения, и я расположился с группой в Пайнхерсте (Северная Каролина), около середины пояса полного затмения, где его продолжительность была наибольшей. Здесь я впервые наблюдал солнечную корону и красные языки раскаленного водорода, которые полыхали на краю солнечного диска. Меня особенно интересовал их спектр. Как раз перед полным затмением, когда край солнца вот-вот исчезнет за Луной, можно секунду или две наблюдать огненный полумесяц, который, если его рассматривать с помощью призмы или дифракционной решетки, распадается на спектр цветных полумесяцев, разделенных темными интервалами разной ширины. Это — так называемый спектр „вспышки“ хромосферы, т.е. оболочки светящихся раскаленных паров металлов, которой окружено солнце. Поглощение этой атмосферой накаленных паров еще более интенсивного и яркого излучения поверхности жидкого „ядра“ солнца дает в солнечном спектре темные линии, видимые в спектроскоп. Эти линии — не совершенно черные, а содержат менее яркий свет раскаленного пара.
По возвращении в Мэдисон осенью я прочел в октябрьском номере Astrophysical Journal статью Юлиуса, голландского астронома, выдвигавшего смелую теорию о том, что спектр вспышки хромосферы вызывается аномальной дисперсией белого света, излучаемого жидкой поверхностью солнца. Я сразу же начал опыты, целью которых было — получить подобный спектр в условиях лаборатории. Перед Рождеством я уже послал в Astrophysical Journal отчет об успешном экспериментальном подтверждении теории Юлиуса. Для этого понадобилось создать над белой поверхностью атмосферу паров натрия, в которой плотность изменялась бы чрезвычайно быстро с удалением от поверхности. Я нагревал металлический натрий в железной ложке под куском белого гипса, ожидая, что конденсация пара на холодной поверхности даст необходимое падение плотности с расстоянием. Белая поверхность гипса, ограничивавшая атмосферу натрия, была освещена сильным пучком солнечного света, собранным большой линзой. Освещенный таким образом гипс изображал раскаленную добела поверхность Солнца, а пары натрия — хромосферу. Наблюдая белое пятно через телескоп и призму прямого зрения и передвигая инструмент вверх, можно было растянуть пятно в линию; при этом появлялся темный солнечный спектр поглощения, подобно тому, как это происходит во время затмения, когда диск солнца почти закрыт Луной. С приближением спектроскопа к плоскости освещенной поверхности солнечный спектр исчез, и на его месте внезапно появились две узкие желтые линии, соответственно прежним линиям поглощения. Юлиус сразу же написал мне письмо, выражая свое удовлетворение результатами опыта, так хорошо подтверждавшими его теорию. После этой удачи я понял, что изучение оптических свойств плотных поглощающих свет паров металлического натрия может дать важные результаты для подтверждения существовавших тогда оптических теорий, и я решил начать исследование дисперсии света в этих парах».
Перед нами блестящий пример широкого кругозора Вуда в области физики. Человек воспроизводит в своей лаборатории модель того, что происходит от него за девяносто два миллиона миль, и умножает наши сведения о нашем основном источнике света. Опыт интересен и с другой стороны, он показывает характерные черты экспериментальной техники Вуда — остроумное применение самого простого оборудования. Об этом еще не раз придется говорить: старые железные трубы, выброшенные части велосипеда, домашний «хлам» — все это играет некоторую роль в самых важных и значительных работах Вуда. Он обладает особым талантом — использовать в своих целях все, что попадется под руку.
Работы Вуда с парами натрия и их оптическими свойствами, которые начались с этого эксперимента, продолжались в течение почти всей его жизни. Возможно, что в нем все еще был жив мальчик, которого когда-то поразило свойство этого металла — взрываться от соприкосновения с водой. Во всяком случае, он поставил себе задачу раскрыть все секреты натрия. Выполняя ее, он сделал ценные вклады в современную теорию природы вещества.
Вуд скоро получил неизвестные доселе виды спектров паров натрия, — а также паров ртути и йода. Его результаты сразу же повергли физиков-теоретиков в ужас и смятение. Не спросив у них разрешения, молодой и беспокойный экспериментатор увеличил число спектральных линий в основных сериях натрия с восьми, известных тогда, до сорока восьми и нашел широкую полосу поглощения в ультрафиолетовой области. По теориям конца девятнадцатого века, каждая спектральная линия излучалась отдельным «вибратором» в атоме, и последний, как выразился Дарроу [21], казался похожим на колокольню или орган. Сам Роуланд однажды сказал, что атом гораздо более сложен, чем большой рояль. Результаты Вуда еще более усложнили его, и они не могли быть объяснены, пока Нильс Бор не формулировал в 1913 году основы современной теории атома. В первой своей статье по этому, предмету Бор говорил, что работы Вуда с натрием — самое совершенное подтверждение его теории атомного излучения.
Здесь же, в Мэдисоне, Вуд начал другую область работ, которая также продолжается в течение всей его жизни. Он заинтересовался изготовлением и применением дифракционных решеток. Это — стеклянные или металлические пластинки, на которых проведено большое количество очень тонких линий (иногда до тридцати тысяч на дюйм). Дифракционные решетки выполняют ту же функцию, что и призмы, разлагая свет на его компоненты, и для многих областей спектроскопии имеют большие преимущества по сравнению с последними. Конечно, изготовление их очень точная и тонкая работа. Знаменитый Роуланд делал лучшие решетки своего времени в лаборатории университета Дж. Гопкинса. Вуд продолжал и улучшил методы Роуланда. В то время, как я пишу эту книгу, он готовится отправиться в Калифорнию со своим новым шедевром в этой области!
Работа Вуда с дифракционными решетками имела один побочный результат, который дал ему широкую известность, когда он еще был в Мэдисоне, — изобретение нового процесса цветной фотографии. Это произошло странным образом. Профессор Сноу пригласил Вуда на собрание в «Клуб Города и Мантии» (Town and Gown Club) — избранное общество местных властей и представителей университета, которое собиралось раз в месяц и терпеливо прослушивало скучную часовую лекцию. Быть членом этого клуба — считалось в Мэдисоне высшей почестью, и даже приглашение в качестве гостя было честью. Очевидно, впрочем, что Вуд этого не почувствовал, просидев всю лекцию с трубкой в зубах, думая о своих делах.
По дороге домой, когда он и Сноу пробирались по глубокому снегу, Вуд внезапно сказал: «Я разработал во всех деталях совершенно новый процесс цветной фотографии. Если вы возьмете дифракционную решетку, поставите ее против объектива на фоне света и будете смотреть с места положения зеленого цвета спектра, то все покажется Вам зеленым. Если на ее место поставить более „грубую“ решетку с большим просветом, она засияет красным светом…» И всю дорогу до дома, идя сквозь снежный буран, Вуд продолжал описывать во всех деталях процесс, который он изобрел с начала до конца за время лекции в клубе. [22]
Весной 1899 года Буду пришло в голову, что можно изучать световые волны по их аналогии со звуковыми и что эти последние можно проецировать на кинематографический экран. В современном смысле этого слова, кино в то время еще не было, но примитивный аппарат уже был сконструирован, и Вуд первый сразу понял возможность «оживления» рисунков и чертежей [23]).
21
Современный американский физик-популяризатор. Ред.
22
Дифракционная цветная фотография Вуда широкого распространения не получила и применяется в наше время только как одна из красивых лекционных демонстраций из области дифракции. Ред.
23
Ученые коллеги Вуда часто называют его «дедушкой Микки-Мауса» (герой многочисленных американских цветных киномультипликаций), и совсем недавно (в 1940 г.) случилось интересное происшествие, связанное с этим. Один журнал поместил статью о том, как профессор в Уэлсли «применил искусство и технику Уолта Диснея» к изображению «живых» математических построений и кривых. «Техника Микки-Мауса» совершила полный круг — начавшись с научной абстракции и вернувшись, через комедии Диснея, к своему первоисточнику.