В погоне за Солнцем - Ричард Коэн

В 1887 году Альберт Майкельсон (1852–1931), польский еврей, бежавший в США, модифицировал эксперимент Фуко и получил величину скорости света, равную 297 тыс. км / с – в двадцать раз точнее Фуко и достаточную для того, чтобы сделать ученого знаменитым[396]. В 1880-е годы полагали, что световые волны распространяются через “люминофорный” (светоносный) эфир, который считался невидимым и вездесущим. В сотрудничестве с химиком Эдвардом Морли (1838–1923) Майкельсон выдвинул гипотезу того, что свет не нуждается ни в какой среде, а его скорость постоянна и ни от чего не зависит: луч света фары движущегося поезда не будет двигаться быстрее, чем свет станционного фонаря. В этом он перестарался, и Эйнштейн потом доказал, что скорость все-таки может меняться: в глубоком космосе, в абсолютном вакууме и далеко от массивных тел свет будет двигаться медленнее, чем вблизи Земли или других крупных тел (но дело не только в массе – сквозь алмаз свет также движется почти в два раза медленнее).

До недавнего времени самая низкая скорость света была зафиксирована на отметке около 60 км / ч – медленнее, чем велогонщик, – при прохождении через натрий при температуре –272 °C. В 2000 году в Гарварде ученым удалось остановить свет посредством конденсата Бозе – Эйнштейна (агрегатное состояние вещества, состоящего из сильно охлажденных бозонов)[397]. Так что свет не только может перемещаться на разных скоростях, удивительным образом он может и вовсе остановиться.

В 1802 году, два года спустя после открытия Уильямом Гершелем инфракрасного излучения, английский физик Уильям Уолластон (1766–1828) обнаружил, что, если пропустить солнечный свет через тонкую щель, а затем через призму, полученный спектр обнаруживает серию параллельных черных линий, похожих на щели между клавишами фортепиано; не прошло и двенадцати лет, как Йозеф Фраунгофер показал, что разные длины волн порождают разные цвета, и сопоставил цвета с количественной мерой, что позволило “разметить” видимый спектр (слово принадлежало Ньютону). Цвет с самой короткой длиной волны был фиолетовым, с самой длинной – красным, остальное размещалось между этими двумя уходящими в невидимость крайностями[398].

Фраунгофер в отличие от своих предшественников заметил нечто неожиданное в призматическом спектре: “Почти бесконечное число широких и узких вертикальных линий, которые были темнее, чем остальное цветное изображение”. Удивленный этим открытием – некоторые линии казались абсолютно черными, – он убедился, что это не оптическая иллюзия, а “провалы” в солнечном спектре, указывающие на отсутствие определенных химических элементов в самом Солнце. Поскольку линии двух разных элементов никогда не совпадают, он смог исследовать отдельные спектры и таким образом идентифицировать элементы.

В 1854 году американец Дэвид Алтер довел эту мысль до логического завершения. Он предположил, что каждый элемент имеет собственную картину цветных линий, уникальную “подпись”. Историк науки Стюарт Кларк объясняет важность этого открытия: “Если бы астрономы знали, какие испарения какие линии спектра производят, они бы получили невероятный инструмент – способность определять химический состав небесных тел”[399]. Через несколько лет Густав Кирхгоф и Роберт Бунзен (навсегда прославившийся бунзеновой горелкой – не его изобретением, но названным в его честь)[400]объединили призму и телескоп в новый прибор, названный ими спектроскопом. Однажды по случайному капризу они направили его на пожар в соседнем Мангейме и обнаружили в огне присутствие бария и стронция. Но если они могли анализировать состав ближайшего пожара, почему нельзя было проанализировать солнечную поверхность? Еще несколько экспериментов, и они это сделали. Они предположили, что черные линии Фраунгофера происходят от поглощения отдельных волн солнечной атмосферой, а поверхность Солнца состоит из раскаленной жидкости, изучение которой позволит узнать ее состав[401]. Они добились того, что Конт считал невозможным, – исследовали химический состав объектов, не отщипнув у них ни кусочка для анализа[402].

Назовите это “Астрономия за пределами видимого спектра”

В то же время, когда Кирхгоф и Бунзен были заняты развитием идей Фраунгофера, Джон Тиндаль (1820–1839), еще одна крупная фигура физики XIX века, обнаружил, что, когда луч проходит через чистую жидкость, содержащую взвесь маленьких частичек, короткие синие волны рассеиваются сильнее, чем длинные красные: чистое безоблачное дневное небо выглядит голубым потому, что частицы воздуха рассеивают синий свет сильнее, чем красный[403].