переменным магнитным полем, эти поля неотделимы друг от друга и поляризованы взаимно перпендикулярно. Эти колебания распространяются в пространстве с определенной скоростью и образуют поперечную электромагнитную волну, электрические и магнитные колебания в каждой точке происходят перпендикулярно направлению распространения волны.
Максвелл сформулировал систему уравнений, наиболее важным их следствием оказалась возможность существования электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света. Отсюда Максвелл заключил, что свет представляет собой электромагнитные волны.
Электромагнитная теория света на основе заключений Максвелла оказалась способной объяснить многие явления, связанные с распространением света, но она не смогла описать процессы излучения и поглощения, связанные с взаимодействием вещества и поля. Немецким физиком Йозефом Фраунгофером( 1787-1826) в 1814 г. были открыты и описаны темные линии в солнечном спектре, а их интерпретация как линий поглощения была дана в 1861 г. Робертом Бунзеном (1811-1899) и Густавом Кирхгофом (1824-1887).
Солнечный свет, обладающий непрерывным спектром, проходя через более холодные газы солнечной атмосферы, поглощается ими именно на тех длинах волн, которые излучают сами газы. Это открытие положило начало спектральному анализу в основе которого лежит утверждение, что все газообразные химические элементы обладают характерным линейчатым спектром. Изучение этих спектров было и остается главной задачей физических исследований. Но вопрос об излучении и поглощении света атомами относится не к одной только оптике, в него входит механика самого атома, а спектральные закономерности раскрывают не столько природу света, сколько структуру излучающих частиц. Таким образом, спектроскопия из части оптики постепенно превратилась в самостоятельную дисциплину, дающую экспериментальное обоснование атомной и молекулярной физике.
4.1.4. Давление света
В 1884 г. Генрих Герц (1857-1894), бывший ученик и ассистент Гельмгольца, приступил к изучению теории Максвелла. Одной из целей исследований была проверка возможности получения электромагнитных волн и их интерпретации на основе теории Максвелла. Герцу удалось показать, что электрический разряд вызывает в пространстве волны, состоящие из двух колебаний - электрического и магнитного, поляризованных перпендикулярно друг другу. Он установил также отражение и преломление этих волн, показав, что все результаты этих опытов полностью объяснимы теорией Максвелла.
По пути, открытому Герцем, устремились многие экспериментаторы. Итальянскому физику Аугусто Риги (1850-1920) удалось создать генератор, возбуждающий волны длиной в 10,6 см, создать аналоги оптических приборов и воспроизвести основные оптические явления. В 1897 г. вышла его книга «Оптика электрических колебаний», одно лишь название которой выражает содержание целой эпохи в истории физики.
В 1891 г. русский ученый П.Н.Лебедев (1866-1912) приступил к изучению свойств света на основе теории Максвелла. Его статья «Об отталкивающей силе лучеиспускающих тел» начиналась словами: «Максвелл показал, что световой или тепловой луч, падая на поглощающее тело, производит на него давление в направлении падения...». Исследование светового давления стало делом всей его короткой жизни.
Из теории Максвелла следовало, что световое давление на тело равно плотности энергии электромагнитного поля. Экспериментальная проверка этого положения представляла большую трудность, т.к. давление очень мало, мешает к тому же нагрев тела падающим излучением. Кроме того, возникают конвекционные потоки газа, искажающие результаты. Лебедев с непревзойденным мастерством преодолел эти трудности. Он создал крутильные весы, в которых платиновые крылышки подвеса имели толщину порядка 0,01 мм, что приводило к быстрому выравниванию температуры, а воздух был откачан с помощью нагретой ртути, которая вытесняла воздух, а затем охлаждалась, и ртутные пары замораживались.
Итоги работы были изложены в 1900 г. на Всемирном конгрессе физиков, а в 1901 г. в немецком журнале «Annalen der Physik» была напечатана его работа «Опытное исследование светового давления», получившая высочайшую оценку ученых. Из факта светового давления следовало, что электромагнитные волны обладают импульсом, а значит, и массой, и, следовательно, электромагнитное поле материально. Это был важнейший вывод.
4.1.5. Квантовая теория света
Несмотря на блестящие успехи электродинамики Максвелла-Герца, в конце XIX столетия оставалась неразрешенной проблема, связанная с тепловым излучением черного тела. Под этим термином понимают тело, полностью поглощающее все длины волн падающего на него излучения. Однако черное тело также способно к самостоятельному излучению: оно испускает в окружающее пространство непрерывный спектр волн, определяемый температурой тела. При этом возникает вопрос, как распределяется интенсивность излучения черного тела между волнами различной длины. Измерение спектра показало, что распределение выглядит как асимметричная кривая и напоминает распределение скоростей молекул газа.
Когда два английских ученых Дж.Р.Рэлей и Дж.Джинс вычислили энергию, приходящуюся на определенный интервал частот, они получили неожиданный результат: плотность энергии излучения полости должна возрастать пропорционально квадрату частоты. Тогда любая печь была бы накопителем смертоносного ультракоротковолнового излучения. Разумеется, подобный вывод резко противоречил жизненному опыту.
Однако 14 декабря 1900 г. Макс Планк на собрании Немецкого общества выдвинул совершенно новую идею. Он рассматривал внутренние стенки излучающей полости как содержащие бесчисленное множество крошечных осцилляторов, которые действуют как источники излучения, причем каждый из
