Каскад сенсационных открытий окончательно подорвал претензии классической физики на полное знание и объяснение физической действительности. Неспособность истолковать наблюдаемые на опыте особенности распространения света дополнялась теперь отсутствием каких-либо представлений о природе вновь открытых явлений. Экспериментальная физика обрела могущество, развеяв миф о полноте и близком завершении физики.
Одна из острейших проблем того времени была поставлена самой теоретической физикой. Расчеты распределения энергии в спектре излучения
Одна из острейших проблем того времени была поставлена самой теоретической физикой. Расчеты распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела приводили к явно несуразному результату. В теоретически рассчитанном спектре энергия излучения неограниченно возрастала с уменьшением длины испускаемой волны. Это означало, что вся энергия нагретого тела должна была уходить в коротковолновое излучение. Неприемлемость такого теоретического предсказания была очевидна и без обращения к специальному опыту. Над решением этой проблемы, получившей название ультрафиолетовой катастрофы, безрезультатно бились крупнейшие физики мира.
Все эти вставшие перед физикой проблемы настоятельно требовали выработки новых физических понятий и представлений и создания на их основе теоретического обобщения всей совокупности недавно полученных экспериментальных данных.
Успех неподтвердившейся гипотезы
В последние дни февраля парижское солнце, не ведая о том, что его включили в состав действующего экспериментального оборудования, спряталось за плотной завесой облаков. Это срывало план исследований, намеченный Анри Беккерелем. Не оставалось ничего иного, как положить приготовленные материалы в ящик стола и терпеливо дожидаться солнечных дней. Беккерель даже не подозревал, что, поступая таким образом, он начинает новую серию интереснейших опытов, далеко не самых сложных и мудреных, но, безусловно, наиболее значительных из всех экспериментальных работ, проводившихся в то время. Для него это был только досадный перерыв в столь успешно разворачивающемся исследовании.
Сумрачные, серые дни не портили ему настроения. Главной цели он все-таки достиг: блестяще подтвердилась смелая гипотеза Пуанкаре. Беккерель вновь обращается мыслями к памятному разговору с прославленным коллегой по Академии наук. Когда 20 января 1896 года на очередном заседании академии Пуанкаре сделал сообщение об открытии Рентгеном невидимых глазу всепроникающих лучей, он был поражен не меньше других и долго разглядывал только что повторенные в Париже снимки просвеченной кисти руки человека. Потом докладчик показывал полученный им в начале января отдельный выпуск "Известий Вюрцбургского физико-математического общества", в котором Рентген в лаконичной форме тезисов сообщал "о новом роде лучей". Таинственные «х-лучи», как их назвал автор, свободно проходили сквозь непрозрачные предметы и, вызывая почернение фотопластинки, давали изображение внутренних, скрытых деталей. В статье утверждалось, что новое излучение возникает при работе разрядных трубок, а для его обнаружения достаточно иметь обычную фотопластинку, завернутую в светонепроницаемую бумагу.
Разрядные трубки не были к тому времени экспериментальной новинкой. Вот уже около сорока лет буквально во всех европейских университетах студентам демонстрировалось эффектное и поучительное зрелище свечения газового разряда в этих запаянных вытянутых стеклянных колбах с двумя электродами. Удивительно, что никому еще до сих пор не приходилось наблюдать это необычное излучение. Можно понять ту торопливость, с которой Рентген поспешил оповестить всех видных ученых других стран о своем приоритете.[37] Просто не верилось, что такое потрясающее открытие могло быть сделано со столь скромной экспериментальной техникой. Беккерель, конечно, не мог знать, что ему предстоит совершить не менее значительное открытие с помощью еще более простых экспериментальных средств.
После заседания Пуанкаре просит Беккереля немного задержаться. Раскрыв выпуск вюрцбургских «Известий», он перевел ему отмеченный на полях абзац: "…наиболее сильно флуоресцирующее место стенки разрядной трубки является также и главным исходным пунктом расходящихся во все стороны х-лучей".
— Как, по-вашему, не может ли быть какой-нибудь глубокой связи между новым излучением и этим флуоресцирующим пятном на стенке трубки? — слышит Беккерель обращенный к нему вопрос.
В последовавшем затем обмене мнений Пуанкаре посвятил Беккереля в свое предположение о том, что незримые лучи являются компонентой излучения, сопровождающей флуоресценцию или фосфоресценцию.[38]
— Не хотите ли проверить мою гипотезу? — предлагает он, уже прощаясь.
Пуанкаре совсем не случайно обратился именно к Беккерелю. Продолжая семейные традиции академической династии Беккерелей, Анри был известным специалистом по флуоресценции и фосфоресценции. Его дед, член Парижской академии, заинтересовавшись этими явлениями, создал при Музее естественной истории специальную лабораторию для их исследования. Отец Анри, тоже известный физик и член академии, разработал классификацию процессов фосфоресценции, установил ряд закономерностей этого явления и изучил фосфоресценцию многих веществ, в том числе урановых соединений. Унаследовав от них увлеченность "холодным свечением", Анри Беккерель с первых же шагов своей научной карьеры занялся исследованиями в этой области физики. Идея Пуанкаре сразу же захватила его воображение, и он решает проверить, не испускаются ли х-лучи обычными веществами при их фосфоресценции. К опытам можно было приступить незамедлительно, благо в лаборатории Беккерелей была богатая коллекция минералов. Появившаяся в конце января статья Пуанкаре, в которой он высказывал то же самое предположение тесной связи между фосфоресценцией и рентгеновскими лучами и ставил вопрос о проведении необходимых экспериментов, только подстегнула его рвение.
Первые опыты с различными фосфоресцирующими веществами не дали никаких результатов в пользу гипотезы Пуанкаре. Тогда он решает испробовать свой любимый фосфоресцирующий объект — урановые соли, дающие наиболее яркое свечение. Но имевшиеся у него кристаллы двойного сульфата уранила и калия незадолго до этого были переданы им для исследований в одну из лабораторий Сорбонны. Некоторое время проходит в нетерпеливом ожидании, и только месяц спустя после беседы с Пуанкаре он смог приступить к решающему, как показали последующие события, эксперименту. На бромосеребряную фотопластинку Люмьера, обернутую двойным слоем плотной черной бумаги, Беккерель насыпает порошок из кристаллов уранокалиевой соли и в течение нескольких часов облучает их солнечным светом. Когда после этого он проявил фотопластинку, на ней проступило слабое почернение, имеющее контуры насыпанного на нее порошка. Беккереля охватило волнение, не меньшее, чем когда он рассматривал на заседании академии фотопластинку со снимком просвеченной кисти руки человека. Сомнений быть не может: тайна рентгеновских лучей раскрыта. Они сами запечатлели разгадку своего происхождения на этой фотопластинке. Простые кристаллики фосфоресцирующего вещества испускают те же самые х-лучи, что и разрядные трубки. Насколько проницательным оказался Пуанкаре! Беккерель срочно пишет ему записку, извещая о своем и его успехе. А в ближайший же понедельник, 24 февраля, он сообщает членам Академии наук об удивительном свойстве фосфоресцирующей соли излучать рентгеновские лучи. Беккерель и Пуанкаре принимают поздравления. Академики расходятся с заседания весьма довольные: лучи, которые удалось обнаружить немецкому физику, не менее эффектно переобнаружили французский теоретик и французский экспериментатор. Никто не сомневался, что сделан крупнейший вклад в познание х-лучей.
