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
них может излучать только стандартную порцию - квант энергии, величина которой зависит от частоты п и равна
Е = hv,
где h постоянная величина (постоянная Планка, равная h=6,626 10*34Втс2). На основе этой гипотезы Планку удалось вывести искомую функцию распределения энергии: по достижении максимума кривая распределения загибается вниз, принимая колоколообразную форму, точно совпадающую с экспериментальной кривой.
В 1905 г. Эйнштейн опубликовал три свои знаменитые работы; одна из них относилась к внешнему фотоэлектрическому эффекту - явлению, которое ему удалось убедительно объяснить на основе гипотезы квантов. По его гипотезе свет распространяется квантами (фотонами), и если фотон точно попадет на конкретный атом и энергия фотона превышает определенный порог, то атом испускает электрон.
Так была подтверждена гипотеза квантов, давшая начало новому направлению в физике - квантовой механике.
4.1.6. Оптика движущихся тел
Оптика движущихся тел также выродилась в самостоятельную область физики. Первым наблюденным явлением в этой области, отмеченным в 1725 г. английским астрономом Джеймсом Брадлеем (1693-1762), было явление аберрации «неподвижных звезд» , т.е. обнаружение небольшого различия их угловых положений, связанного с движением Земли относительно направления светового луча. Брадлей правильно понял это явление, связав его с конечностью скорости распространения света, в результате чего ему удалось определить последнюю. К этой же области относятся и другие явления. Френель первым заинтересовался увлечением света движущимися телами и показал, что световой эфир участвует в движении со скоростью, которая меньше скорости движущихся тел. Затем Физо экспериментально продемонстрировал такое частичное увлечение света в опыте с текущей водой. Христиан Доплер (1803-1853) исследовал эффекты, связанные с движением источника света или наблюдателя, и сформулировал хорошо известный принцип, названный его именем.
До той поры пока теория упругого светового эфира считалась верной, а область исследований и точность измерений были невелики, идея Френеля о частичном увлечении света была способна объяснить все наблюдаемые явления. Электромагнитная же теория света встретилась здесь с трудностями фундаментального характера. Герц первым попытался обобщить уравнения Максвелла на случай движущихся тел. Однако его формулы противоречили некоторым магнитным и оптическим измерениям.
Огромную роль сыграла теория нидерландского физика Гендрика Антона Лоренца (1853-1928), который предположил, что абсолютно неподвижный в пространстве эфир является носителем электромагнитного поля. Лоренц вывел
