Обыкновенные и необыкновенные лучи
Оба вида излучения роднит не только способность проникать сквозь одежду, ткани, дерево, но и польза, которую они приносят медицине; рентгеновское и радиоактивное излучения обладают достаточной энергией, чтобы в одинаковой мере ионизировать воздух! Отрывая электроны от атомов газов, составляющих атмосферу Земли, эти излучения делают воздух немного проводящим, состоящим из заряженных ионов.
Первые исследователи замечали эту особенность новых невидимых лучей по опаданию листочков электроскопа — старинного прибора, легкие лепестки которого под влиянием трения о воздух и накопленного статического заряда поднимаются вверх. Как только воздух под действием лучей Рентгена или Беккереля становился проводящим, заряд с лепесточков прибора стекал на землю, и они опадали, будто признаваясь в своем бессилии перед могучим противником.
Все нагляднее проступало не только сходство невидимых лучей со светом, но и их связь с электрическими явлениями. Потоку электронов обязано рентгеновское излучение своим возникновением; движение электронов в газе, в воздухе, в твердом теле способно вызвать оно само…
О связи света и электричества ученые размышляли очень давно. Ломоносов в России и Юнг в Англии обдумывали схемы опытов, которые позволили бы однозначно доказать влияние света и электричества друг на друга. Ломоносов был даже убежден, что свет можно превратить в электричество. В его черновых заметках есть запись: «Отведать в фокусе зажигательного стекла или зеркала электрической силы». Опыт, который ученые успешно осуществят лишь через два века!
Особенно много поводов для таких размышлений давало открытое в 1670 году Эразмом Бартолином явление двойного лучепреломления света в природных кристаллах углекислого кальция, получивших название исландского шпата.
Большие прозрачные кристаллы этого минерала во времена Бартолина находили в Исландии, откуда он и получил свое название. Свет, проходя через эти кристаллы, давал не один, как обычно, а два преломленных луча!
Даже в том случае, когда луч света падал в направлении, перпендикулярном поверхности кристалла, внутри кристалла появлялись два луча: один луч, получивший название обыкновенного (он продолжал идти в том же направлении, что и падающий луч); второй луч — необыкновенный — заметно преломлялся и лишь по выходе из кристалла шел параллельно обыкновенному лучу.
По аналогии с цветами спектра ученые предположили, что оба луча содержатся в исходном свете и благодаря каким-то особым свойствам кристалла исландского шпата их удается разделить.
Ньютон, например, раздумывая над опытами Бартолина и Гюйгенса (тоже много экспериментировавшего с исландским шпатом), пришел к выводу, что частицы света, световые корпускулы, очень похожи на крохотные магнитики, обладающие полюсами. Свойства таких частиц, естественно, должны быть различными в направлении, параллельном полюсам и перпендикулярным к ним. Характеристики кристалла исландского шпата тоже зависят от направления прохождения света через него. Он обладает, как говорят кристаллографы, анизотропией. Именно поэтому исландский шпат может разделить луч света на две составляющие.
Задумчиво смотрят деревья в зеркальную воду маленького овального пруда. Ученые смогли доказать, что при отражении от поверхности воды и стекла свойства света значительно изменяются.
Ньютон больше не возвращался к вопросу о прохождении света через анизотропные кристаллы. Видимо, он считал, что фактов накоплено еще недостаточно для создания логичной теории двойного лучепреломления. Но конечно, не объясненное до конца явление не давало покоя ученым.
Сейчас нам кажется очень простым следующий шаг, который был сделан в изучении двойного лучепреломления. Если повернуть кристалл на определенный угол по отношению к падающему лучу, можно добиться положения, когда один из лучей совсем останется в веществе, а другой будет по-прежнему преломляться и «уйдет» из кристалла. Ведь обыкновенные и необыкновенные лучи по-разному преломляются!
Полное отражение света от границы раздела двух прозрачных сред обязано своим происхождением очень похожему явлению, как мы уже хорошо знаем.
Ведь именно оно позволило в середине XX века создать тончайшие волокна — стеклянные провода для света…
Однако почти 150 лет прошло со времени открытия Бартолина, прежде чем ученые обнаружили такую возможность.
Источник: Марк Колтун “Мир физики“.
