Наблюдения и озарения или Как физики выявляют законы природы - страница 7

Эта теория Эйнштейна была улучшена П. Дебаем, затем М. Борном и Т. фон Карманом и вылилась в теорию фононов, фактически, с нее началась квантовая теория твердых тел, занимающая сейчас по своему объему большую часть публикаций по физике.

Оказалось, что многие процессы в кристаллах (и не только) можно рассматривать так, как будто вся энергия, полученная ими, состоит из квантов, распределение по энергии которых определяются формулами Планка, а в выражении для импульса скорость света заменена скоростью звука (отсюда и их название фонон, введенное И. Е. Таммом): дело в том, что частота их колебаний, со скоростью звука, ограничивается расстоянием между соседними атомами кристалла. Они, конечно, не могут существовать вне кристалла, и поэтому их называют квазичастицами. А такие процессы как прохождение зарядов или тепловых волн можно рассматривать как взаимодействие фононов с электронами или друг с другом.

Доказать существование фононов прямым опытом, аналогичным опыту Комптона, удалось намного позже. Для этого рассматривалось рассеяние нейтронов внутри кристалла: поскольку нейтрон не имеет электрического заряда, он не взаимодействует с электронами, и только незначительная часть нейтронов проникает так глубоко в атом, чтобы рассеяться на ядрах. Анализ этого рассеяния показал, что для него законы сохранения энергии и импульса выполняются так, как если бы энергия и импульс фонона определялись формулами Планка и Эйнштейна. (Эти эксперименты провели Б. Н. Брокхауз (р. 1918) и К. Г. Шалл (р. 1915), удостоенные Нобелевской премии в 1994 г.)

Антуан-Анри Беккередь (1852–1908, Нобелевская премия 1903 г.) был физиком в третьем поколении: его дед и отец были членами Французской академии и даже, как позже и он сам, занимали некоторое время должность ее президента. Физиками стали позже его сын и внучка, и все пять поколений исследовали явления люминесценции (от латинского «люмен» — свет, светимость тел, вызываемая различными физическими причинами).

Когда в 1895 г. были открыты рентгеновские лучи, то, поскольку катодные лучи вызывают также люминесценцию катода, покрытого подходящим веществом, можно было предположить, что люминесценция и рентгеновские лучи создаются одним и тем же механизмом. Беккерель решил выяснить, не сопровождается ли, наоборот, люминесценция рентгеновским излучением, поэтому он поместил на фотопластинки, завернутые в плотную черную бумагу, люминесцентный материал, имевшийся у него под рукой — соль урана, и несколько часов держал этот пакет на ярком солнечном свете.

Оказалось, что излучение прошло сквозь бумагу и засветило фотопластинку — вывод был очевидным: соль урана испускает и видимый свет, и рентгеновские лучи после солнечного облучения. Но вдруг, к удивлению Беккереля, оказалось, что пластинки, на которых лежали соли урана, засвечиваются и без облучения солнечным светом: это обнаружилось случайно — он решил проверить качество пластинок, пролежавших несколько дней в шкафу из-за пасмурной погоды. Следовательно, их засвечивали не рентгеновские лучи, а что-то иное. Беккерель пробовал класть на пластинки и всякие другие вещества — люминесцентные и нелюминесцентные: пластинки засвечивались только при наличии урана и тем сильнее, чем ближе они были к нему (май 1896 г.).

Интересно заметить, что совершенно разные явления, радиоактивность и радиосвязь, были открыты почти одновременно и поэтому получили такие близкие названия: оба, как и радиус в геометрии, от латинского «луч».

Так была открыта радиоактивность.