же методом воспользовались микроскописты для наблюдения биологических объектов. Прозрачный объект, отдельные части которого различаются только величиной показателя преломления, на Тёплеровской установке «проявится» во всех деталях.
У некоторых читателей, наверное, возник вопрос: а как же справлялся Левенгук в те времена, когда такой установки еще не было? Ведь он как раз и наблюдал бактерии и инфузории, а большинство из них — прозрачные слабоокрашенные объекты. Левенгук ничего не знал о природе света и о процессе возникновения оптического изображения. Как же он видел то, что не должно быть видимо без принятия неведомых ему мер?
Левенгук был прирожденным экспериментатором. Изготовив свой микроскоп, он убедился в том, что хорошие изображения получаются только при очень ярком освещении. Для получения требуемой яркости он направлял на объект свет солнца или свечи, сконцентрированный при помощи вогнутого зеркала. Наилучшее изображение получалось, когда свет падал на объект сзади, под углом около 45°. С зеркалами, изготовленными Левенгуком, как раз и реализовались условия Тёплеровского метода. Описания вида некоторых бактерий и красных кровяных шариков, направленные Левенгуком в Лондонское королевское общество, подтверждают, что он, не подозревая этого, наблюдал рефракционные эффекты. К сожалению, Левенгук хранил методы наблюдения в тайне. Потомкам пришлось повторить все сначала, правда, на совершенно новом уровне.
Вперед с предельной осторожностью
Дальнейший прогресс микроскопии связан с отказом не только от видимого света, но и от использования невидимых ультрафиолетовых и еще более коротких электромагнитных волн. Настала— очередь применения частиц вещества. Но возможность создать микроскоп, работающий при помощи частиц, возникла только в результате длительного развития науки в направлении, не имеющем ничего общего с микроскопом. Она возникла после того, как удалось разобраться в важнейшей проблеме естествознания — проблеме взаимоотношений частиц и волн.
И тут мы должны вернуться из двадцатых годов к началу века, к истокам квантовой науки, к Эйнштейну, которого глубоко тревожило разделение оптических явлений на две категории. Одни из этих явлений легко объяснялись волновой теорией и были совершенно непонятны с квантовой точки зрения. Другие, совершенно непонятные с волновой точки зрения, непринужденно вытекали из квантового подхода. Какая загадка скрывалась под этим противоречием?
В течение десяти лет Эйнштейн настойчиво стремился понять суть дела. Нет, он не пытался построить новую теорию, способную устранить противоречия и все объяснить. Он понимал сложность проблемы, чувствовал, что время окончательных выводов еще не пришло. Эйнштейн был гением, и его гениальность проявилась в том, что он с самого начала принял реальность внутреннего единства волновых и корпускулярных свойств света, понял, что квантовая структура излучения — неизбежное следствие двуединой природы света. И, подобно Ньютону, предоставив будущим исследователям изучение сущности этого единства, показал, как при помощи фотонов (частиц, или квантов света, введенных им в 1905 году) можно объяснить то, что невозможно объяснить лишь на основе однобоких — волновых или примитивных корпускулярных — представлений.
За период с 1905 по 1916 год ему удалось привлечь кванты для решения загадки теплоемкости и спасения кинетической теории от груза противоречий, внести ясность в тайну магнетизма и в поведение вещества при температуре, близкой к абсолютному нулю. 1916 год стал кульминацией его творчества.
Этот год может сравниться по результативности только с 1905 годом, когда Эйнштейн сделал нечеловеческий рывок: в течение нескольких месяцев подарил науке специальную теорию относительности, теорию квантов света и флуктуационную теорию движения молекул. Теперь он в течение одного года завершил общую теорию относительности, теорию тяготения, потребовавшую для своего создания величайших интеллектуальных усилий. Но мысли о квантовой структуре вещества и излучения не оставляли его.
Продолжая изучать процесс взаимодействия излучения с веществом, Эйнштейн делает два важнейших открытия. Значение первого было впервые оценено лишь через 30 лет молодым советским физиком Фабрикантом, но еще около 10 лет ждало всеобщего признания. После этого оно легло в основу новой области науки — квантовой радиофизики и новой области техники — квантовой электроники, привело к изобретению мазеров и лазеров и их многочисленным применениям. Речь идет об открытии особого механизма взаимосвязи между поглощением и излучением света веществом.
Рассматривая, как атом реагирует на падающий на него свет, Эйнштейн обнаружил, что возможны два родственных, но противоположных процесса. Атом может поглотить порцию энергии, ослабив падающий свет на величину этой порции — на один квант, или отдать падающему свету часть своей внутренней энергии, испустив квант света — фотон, тем самым усилив падающий свет на точно такую же порцию энергии. При этом испущенный фотон будет близнецом тех, которые вызвали его излучение. Близнецом по величине энергии. Пока речь шла только об энергии.
Второе открытие связано с первым и тоже родилось от потребности глубже понять существо квантовых свойств излучения. Эйнштейн снова пристально всматривается в фундамент, на котором покоится квантовая теория, и обращает внимание на то, что все рассуждения были основаны на законе сохранения энергии. Правильно ли это, вернее, достаточно ли обоснованно? Нет, он не ставит под сомнение справедливость этого подхода. Он хочет знать, как изменится теория, если наряду с законом сохранения энергии принять во внимание второй закон сохранения — закон сохранения импульса или, иными словами, закон сохранения количества движения. В механике эти законы глубоко связаны. При соударении упругие шары одновременно обмениваются и энергией и импульсом. Если один бильярдный шар ударяет второй, точно такой же неподвижный шар, то под влиянием отдачи первый шар останавливается, а второй как бы принимает на себя его движение. Если наблюдатель пропустит момент удара, он может вообразить, что первый шар попросту прошел сквозь второй, никак не воздействовав на него.
Эйнштейн ставит вопрос предельно просто: испытывает ли молекула отдачу при поглощении или испускании световой энергии? Ответ можно получить двумя путями — спросив волновую теорию или квантовую.
Волновая теория отвечает: молекула, как точечный источник, излучает совершенно симметричную сферическую волну. Энергия в ней разбегается одинаково во все стороны. Значит, отдачи нет. Точно так же остается неподвижным шар, если в него одновременно с четырех сторон с одинаковой скоростью ударяются четыре одинаковых шара. Они отражаются каждый в свою сторону, обменявшись между собой импульсами через неподвижный шар, который не сдвинется с места.
Эйнштейн уверен — с квантовой точки зрения такого не может быть. Если происходит испускание единичных фотонов, то каждый из них уносит не только энергию, но и импульс. Из закона сохранения следует, что излучающая молекула должна испытать отдачу, как ружье, из которого вылетела пуля. Неважно, что толкает пулю — пороховые газы, сжатый воздух или пружина. Ружье получает тот же импульс, что и пуля, но он направлен в противоположную сторону.
Какую точку зрения
