Страница:
Вуд рассказывает:
«Чтобы избежать частых недоразумений с полицией, я соорудил пустой трехдюймовый стальной барабан, который плотно входил в длинную стальную трубу и имел два небольших отверстия для входа и выхода пучка цветных лучей. Перед установкой в большую трубу барабан был на три четверти наполнен натрием, и теперь можно было работать около ста часов, прежде чем становилось необходимо чистить трубу и закладывать натрий.
Солнечный свет, отраженный гелиостатом на раме окна, фокусировался на щели монохроматора, и цветные лучи, выходившие из второй его щели, фокусировались на отверстии барабана, образуя окрашенное пятно флуоресценции в месте, где они входили в пары натрия, истекавшие из отверстия. Изображение этого пятна попадало на щель моего нового спектрографа с помощью зеркала и линзы конденсора. Спектр можно было наблюдать визуально или фотографировать, и изменения в распределении интенсивности при повороте призм монохроматора, изменяющем цвет пучка, посылаемого в трубу, были очень хорошо заметны. При «голубом» возбуждении флуоресценции спектр состоял из двух или трех узких желтых полос, но при изменении цвета на сине-зеленый, а затем на зеленый в спектре флуоресценции появлялись новые полосы, которые быстро заполняли зеленую сторону, пока не встречались с узкой полоской возбуждающего света, после чего простирались за нее, в сторону коротких волн — очевидное нарушение закона флуоресценции Стокса. Грубые теории, существовавшие. до этого времени, были в этом случае бессильны; физические процессы в случае флуоресценции были гораздо более сложными, чем это предполагалось.
А затем произошло самое главное и важное открытие. Наблюдая распространение спектра флуоресценции от желтого через зеленый, к синему цвету, при медленном изменении возбуждающих лучей от синих к зеленым, я заметил, как мне показалось, некоторое расплывание в наиболее широких зеленых полосах. Сужая щель монохроматора, что делало возбуждающий cвет более однородным до предела, когда спектр флуоресценции был едва заметным, я покрыл свою голову и спектрограф черной тканью и, к изумлению своему, обнаружил, на месте более или менее непрерывного спектра из широких полос, серию узких резких линий на правильных интервалах, вроде делений на линейке. Медленно поворачивая винт монохроматора, вращавший призмы и этим менявший цвет возбуждающих лучей, я увидел как бы колебательное движение или вибрацию линий спектра флуоресценции вправо и влево. Это походило на отражение лунного света в ряби на поверхности воды.
Увидеть спектр с линиями, колеблющимися вправо и влево, было так же невероятно, как если бы вдруг деления на обычной линейке стали двигаться и прыгать. При более внимательном наблюдении обнаружилось, что линии на самом деле не движутся, а пропадают на одном месте и появляются в другом. Теперь у меня был способ вызывать отдельные группы широко разделенных линий в сложном «полосатом» спектре, состоящие из тысяч сдвинутых линий, — метод, который сильно упрощал исследование этих весьма мало изученных и понятых нами спектров. Если привести аналогию из акустики, это было подобно тому, как если бы кто-нибудь пробовал изучить устройство рояля, слушая звук, производимый при ударе сразу по всем клавишам, и вдруг обнаружил, что на них можно нажимать по очереди или по группам [28]».
Вуд торжествовал, как Архимед. У него только не было ванны, чтобы выскочить из нее. Но он хотел отпраздновать свое открытие и сделал это удивительным способом, который поверг в ужас очевидцев и обратил в паническое бегство возчика.
«Никогда раньше, — говорит Вуд, — никто не видел, чтобы линии спектра „играли“ таким образом. Как раз в этот момент черная туча закрыла солнце, и раздался отдаленный раскат грома. Гроза быстро надвигалась, и через несколько минут стало так темно, что во многих окнах на другой стороне улицы зажглись огни. Затем пошел сильный дождь, и скоро потоки мутной воды потекли вниз под гору во всю ширину улицы. Целая толпа народа укрылась от дождя в широком подъезде МакКой-Холла на противоположной стороне улицы, и я вдруг придумал великолепный способ отпраздновать мое открытие.
Раскаты грома следовали за молнией всего через секунду или две. Из банки с металлическим натрием я вынул кусок величиной с куриное яйцо, и открыв окно, подождал следующей молнии. Негр ехал на телеге в гору против ветра и потока воды по улице, погоняя кнутом свою клячу. Вдруг сверкнула огромная молния. Я бросил металлический «мячик» вниз, и он упал посреди улицы, взорвавшись с гигантским желтым языком пламени и грохотом, который в точности совпал с ударом грома. Толпа в подъезде в панике бросилась в здание, а негр торопливо повернул лошадь и телегу и умчался галопом вниз по холму, с ужасом оглядываясь через плечо на вулкан желтого огня, который плыл по воде, преследуя его».
В 1905 году семья Вудов опять проводила лето во Франции. Как раз, когда они собирались уезжать из Парижа в Бретань, из Нью-Йорка пришла огромная кипа гранок. Вуд запихал их в свой «Даррак», чтобы корректировать и отсылать по дороге. Компания Макмиллен вполне справедливо претендовала на первую официальную публикацию, но книга «появилась» раньше — сериями, не защищенными никакими законами. В нее с удивлением заглядывали туристы, хозяева гостиниц и домов в Бретани и Нормандии. Не желая возиться с дубликатом гранок, Вуд набивал ими корзинки для мусора в отелях, в то же время отправляя правленые листы по почте в Нью-Йорк. Возвращаясь той же дорогой на автомобиле в Париж через два месяца, они находили большие листы «Физической оптики» на гвозде в самых неподходящих местах трактиров, где они останавливались.
Необычайные отклонения в сторону, тревоги и приключения продолжали сопутствовать Вуду, когда он возвратился в Балтимору, несмотря на одновременное серьезное продвижение вперед его научной работы. Один из случаев произошел, когда богатый инженер из Балтиморы, по имени Отто Луйтьес, решил приложить к практике принцип геликоптера и пригласил теперь уже знаменитого профессора из университета Дж. Гопкинса помочь ему в вопросах теории. Так как Луйтьес оплачивал все расходы опытов, Вуд с удовольствием согласился снабдить его всеми «теориями», которыми он сам обладал.
«В этот период (рассказывает Вуд) тома сочинений лорда Рэлея были моей Библией. Он показал теоретически, что вес, поднимаемый мотором данной мощности , можно увеличивать неограниченно, если увеличивать диаметр пропеллера. Я проверил эти предположения, установив большой электромотор с вертикальной осью на площадку весов и закрепляя на оси винты (пропеллеры из тонкого дерева) различных диаметров. Лопасти самого большого из них еле помещались в комнате и давали при вращении наибольшую подъемную силу. Маленькие модели с резиновыми ленточками сами поднимались в воздух и потом планировали по горизонтали».
Вскоре Луйтьес построил аппарат, горизонтальный пропеллер которого напоминал гигантскую мельницу около двадцати футов диаметром. Установлен был мотор в двадцать пять лошадиных сил, и в мае 1907 года машину вывезли на Спэрроу Пойнт для пробного полета. Вуд спросил: «А кто же полетит?» Луйтьес ответил: «Не я. Я нанял парашютиста, который согласен делать что угодно за пятьдесят долларов.» Пропеллер был затянут полотном как крылья голландской мельницы, или парус яхты. Когда подошел парашютист, Вуд спросил у него: «Вы действительно решились, сделать это?» — «Конечно», — ответил тот спокойно. — «За полтораста долларов я сделаю спуск даже с бомбой». Вуд заинтересовался, как это делается, и прыгун рассказал: «Я подымаюсь на воздушном шаре, прыгаю оттуда с парашютом, а у меня под ногами на веревке около сорока футов длиной взрывается бутылка, с порохом. Один раз веревка запуталась, бомба разорвалась у меня между ног, — посмотрите на шрамы. И все равно за полтораста долларов я согласен спускаться с бомбой; так отчего же мне не испробовать этот аппарат за пятьдесят?».
Геликоптер установили на вагонные весы, и парашютист забрался в него. Запустили двигатель. «Паруса» винта надулись. Вуд говорит, что это было очень красиво и похоже на карусель. Наконец, аппарат задрожал, и стрелка весов упала на сто фунтов, но потом остановилась. Вуд говорит, что прыгун получил свои пятьдесят долларов, но сам он чувствует, что с ним поступили менее честно. Когда геликоптер вот-вот должен был взлететь, это была машина Луйтьеса, а Вуд являлся только «теоретическим консультантом». Но когда о неудаче опыта написали в газетах Балтиморы, там ясно говорилось, что машина Вуда не смогла оторваться от земли.
Кроме этого, Вуд принимал участие еще в нескольких из многих более серьезных, иногда удачных, а иногда кончавшихся трагически опытов с полетами в эти первые дни авиации. Один из них производился его другом, лейтенантом Томасом Селфриджем, который вскоре после этого погиб при неудачном полете у форта Майер с Орвилем Райтом, осенью 1908 года — через неделю после того, как Селфридж был гостем семьи Вудов в их летнем доме на Лонг Айленд. По приглашению Селфриджа Вуд съездил с ним в Хэмондспорг (штат Нью-Йорк), где Александр Грэхем Белл финансировал опыты Глена Кертисса, Селфриджа и Мак-Карди по конструированию аэроплана. Они только что закончили постройку «Майского жука» и производили на нем короткие полеты по прямой каждый день. Они еще не летали по кругу, главным образом потому, что двигатель воздушного охлаждения, поставленный на «Майском жуке», слишком быстро перегревался. Вуд, вспомнив, свои лабораторные методы охлаждения раскаляющихся докрасна трубок с парами натрия, сказал им, что если обложить цилиндры мокрой хлопчатобумажной тканью, то двигатель сможет работать дольше. Кертисс решил, что идея абсурдна, даже как временное средство, в запретил следовать совету Вуда. Тот, как всегда очень настойчивый в вопросах, где считал себя правым, доказал правильность своей точки зрения на моторе шестицилиндрового гоночного мотоцикла Кертисса, в его лаборатории. Но прежде чем они успели применить метод к «Майскому жуку», была изобретена система водяного охлаждения, сделавшая возможным более длинные полеты по кругу. Вуд, который летал на планере Лилиенталя, хотел на этот раз совершить самостоятельный полет на «Майском жуке», но самолет был неустойчив, а Кертисс совсем не желал, чтобы его аэродром был усеян костями знаменитостей.
Другой «посторонней», но в данном случае вполне удавшейся научной «шуткой» этого периода было изобретение фотокамеры с так называемой «рыбьей точкой зрения». Много лет назад, гуляя под водой в примитивном водолазном шлеме, который Вуд сделал из деревянной бадьи, он вдруг сказал себе: «Интересно, на что похож мир рыб?»
Рассказывая о преломлении света в своих лекциях по оптике, он всегда разбирал вид, который открывается пловцу, нырнувшему под воду и смотрящему вверх через ее спокойную поверхность. Кажется, что смотришь на темный потолок с круглым ярким окном прямо над головой. Все небо, от горизонта до горизонта, зажато в это окно, и предметы, окружающие пруд — деревья, дома, рыболовы — будут казаться находящимися по краям круга. Однако при погружении пловца в воду на ней образуются волны и рябь, и глаза его плохо фокусируют, так что невозможно увидеть резкую, хотя и искаженную картину, охватывающую угол в 180°. Вуд безуспешно пытался увидеть ее в своем деревянном шлеме в Кэтоумет много лет назад, забывая в то время, что лучи от горизонта, которые преломляются под большим углом, попадая в воду, принимают свое первоначальное направление, выходя сквозь стеклянное окошечко внутрь шлема.
Однажды во время лекции ему пришло в голову, что если погрузить фотокамеру, пластинку, объектив и все остальное в воду и подождать момента, когда рябь на поверхности успокоится, можно получить резкую фотографию этого явления. После предварительных опытов с жестяной банкой из-под сала, снабженной горизонтальной диафрагмой, он сконструировал то, что можно назвать «камерой с рыбьей точкой зрения». Был изготовлен латунный ящик, размером 6х5х2 дюйма. Пластинка вставлялась сквозь щель в его стороне, которая затем закрывалась резиновой прокладкой. Ящик наполняли водой сквозь маленькое отверстие, закрывавшееся плотной заглушкой на резьбе. Оптическая система состояла из маленького квадратика плоского стекла, покрытого непрозрачным слоем металлического серебра, лакированным сверху. В центре ее он сделал миниатюрное круглое «отверстие» для света, соскоблив пленку серебра. Пластинка была вделана в отверстие в середине одной из сторон ящика, стеклянной стороной наружу. Отверстие закрывалось крышечкой, на петлях, служившей затвором камеры. В этом случае поверхность пруда изображалась наружной стороной пластинки, а отверстие давало изображение на фотопластинке, которая была погружена в воду, заполнявшую ящик. Это была камера с полем зрения в 180°, и ее можно было направлять под любым углом — вверх, вниз или в сторону.
Первым объектом съемки он выбрал мост эстакады надземной железной дороги, по которому ее поезда проходили над депо у перекрестка Монумент-стрит. Это давало хорошую картину того, каким кажется мост рыбе, плавающей под ним в тихой речке. Положив угрожающе выглядевший ящик на землю, он увидел вдруг, что его окружила группа заинтересовавшихся негритят, которые увязались за ним, чтобы узнать, в чем дело. Так как они могли испортить снимок, он велел им уйти, на что они ответили веселым визгом. Необходима была экспозиция около минуты, и вдруг на Вуда нашло вдохновение. Он зажег спичку, приложил ее к ящику, и с криком «потушите, а то сейчас она взорвется!» (подняв при этом крышечку объектива), убежал в сторону. Толпа моментально разбежалась, а он через минуту вернулся, закрыл крышку и спокойно вернулся в лабораторию.
В то время как научное значение новой камеры стало известно миру из Philosophical Magazine и других научных журналов, наш Literary Digest и Illustrated London News обсуждали ее с точки зрения рыб — особенно тех из них, которые живут в аквариумах, и так же любят смотреть на нас, как мы на них — и, вероятно, считают нас очень странными существами.
В 1908 году Вуд купил старую ферму Миллера, с домом дореволюционной постройки, огромным сараем и пятью акрами земли, у морского побережья в Ист-Хэмптоне, на Лонг-Айденде. Историю дома можно проследить до 1771 года, а грубые, сделанные топором срубы остальных построек показывали, что они такие же старые.
Вуд превратил огромнейший сарай и прилегавший к нему коровник в Ист-Хэмптоне в летнюю лабораторию. И здесь, и у Дж. Гопкинса, все эти годы он был поглощен своей работой — опытами, открытиями и изобретениями — несмотря на развлечения и отклонения. Он изобрел и установил в коровнике ртутный телескоп, произведший сенсацию во всем мире; здесь же он построил величайшую в мире спектроскопическую камеру и очищал ее от паутины с помощью (но без согласия) кошки. Он получал аэрофотоснимки, поднимая камеру на змее и открывая ее затвор с помощью хлопушки. Он усовершенствовал метод съемки Луны в невидимых ультрафиолетовых лучах, над которым начал работать в 1903 году.
Он занялся также опровержением распространенной теории о причинах высоких температур, получаемых в парниках и оранжереях; теория эта попала почти во все учебники и книги, в которых затрагивается этот вопрос. Хорошо известно, что стекло совершенно непрозрачно для большей части солнечного спектра за красной границей, т. е. в области длинных волн. «Теория» считала, что видимый свет и коротковолновая часть теплового излучения проходят сквозь стекло и. нагревают землю. Предполагалось, что нагретый грунт при этом сам излучает волны такой большой длины, что они не могут обратно выйти сквозь стекло и таким образом оказываются «пойманными».
Теория Вуда была очень проста: стеклянная крышка пропускает лучи, нагревающие землю, которая в свою очередь согревает воздух. Этот теплый воздух заперт в парнике и не может подняться к облакам, как это происходит на открытой земле. Если вы откроете дверь оранжереи, что станет со старой теорией?
Он доказал свою правоту следующим простым опытом: сделав две коробки из черного картона, он покрыл одну из них стеклянной пластинкой, а другую — прозрачной пластинкой из каменной соли. В каждую коробку был помещен шарик термометра, и обе они выставлены на солнце. Температура поднялась до 130° Фаренгейта, почти в точности на одну и ту же величину в обеих коробках. Каменная соль прозрачна для очень длинных, волн, и, по старой теории, такая крышка не должна была дать эффекта оранжереи — т. е. здесь не могли «улавливаться» солнечные лучи, и температура должна была быть меньше. В декабре 1908 года Вуда пригласили прочесть публичную лекцию о цветах и о живописи. Частью — как демонстрацию для оживления лекции, а с другой стороны, думая, что его идея может быть полезна при освещении театральных декораций, он разработал оптический метод интенсификации освещения картин. Вуд сам писал маслом пейзажи для развлечения и часто замечал, что пятно солнечного света,, проходящего сквозь листву и падающего на зеленый луг, производит очень приятный эффект на картине. Он решил, что если усиление освещенности применить ко всем ярким местам картины, то она приобретет особый блеск и яркость. Самые яркие белила всего в шестьдесят раз ярче черной краски, употребляемой художниками, в то время как соотношение интенсивности освещения, скажем, залитой солнцем стены белого дома и темного подъезда может достигать тысячи к одному. Он нашел такой способ интенсификации световых контрастов: фотографировать оригинал, печатать с негатива диапозитив и проецировать его на картину с такого расстояния, чтобы изображение в точности с ней совпадало. При этом светлые пятна картины ярко освещались, а тени оставались затемненными, с правильной градацией всех тонов. Эффект в темном помещении получался поразительный — ландшафт сиял бликами солнечного света. Если смотреть на такую картину несколько минут, а потом выключить проектор и зажечь
свет в комнате, картина кажется такой, как будто бы ее несколько лет не очищали от пыли. Присутствовавшие очень веселились, когда новым способом был освещен портрет одного весьма авторитетного лица; Вуд показал, что, покачивая проекционный фонарь чуть-чуть из стороны в сторону, можно заставить зрачки глаз портрета очень оживленно поворачиваться. Вуд считал, что это изобретение можно успешно применить в освещении сцен театров, где задний план декорации можно осветить проектором из зала, поставив в него диапозитив этой самой декорации. Он думал, что особенно эффектны будут сцены, которые должны происходить при ярком свете солнца.
Наиболее важная работа Вуда, однако, концентрировалась вокруг оптического исследования паров натрия. Изучая спектр поглощения паров в области ультрафиолетовых лучей, он увеличил число известных линий в главных спектральных сериях с восьми, известных до него, до пятидесяти. Это была — и остается — самая большая группа сериальных линий. Этот результат впоследствии Нильс Бор считал прекрасным доказательством своей квантовой теории атомов и спектров. Другой опыт Вуда, имеющий большое значение в современной теории атомов и молекул и спектров, это доказательство того, что свет флуоресценции паров натрия (а также паров калия и йода) поляризован. В то же время Вуд работал с одним из своих студентов» X.В. Спрингстином, над вопросом о действии магнитного поля на поляризованный свет, проходящий через пары натрия.
Несколькими годами, ранее итальянский физик Корбино заметил, что если поместить пламя натрия между полюсами электромагнита и пропустить сквозь него пучок поляризованного белого света, то плоскость поляризации в области желтого дублета поворачивается на несколько градусов. Вуд и Спрингстин, работая с металлическим натрием, нагреваемым в стеклянной трубке, вместо «натриевого» пламени получили величину поворота до 14° в желтом дублете и обнаружили меньшее вращение в других частях спектра. В дальнейшем Вуд продолжил эту работу с более сильными магнитами и совершенной аппаратурой, получив вращение на 1440°, т. е. на четыре полных оборота!
В 1909 году ожидалось противостояние Марса, и все астрономы были в сильном волнении по этому поводу. Вуд вынул шестидюймовый объектив своего большого спектроскопа в Ист Хэмптоне и установил его на цементной плите, на лужайке перед дверью лаборатории. Посеребренное зеркало отражало свет красной планеты сквозь объектив на окуляр, находившийся в сорока футах, в глубине темной лаборатории, где он наблюдал увеличенное изображение планеты, лежа с комфортом на полу на старом матраце.
В то же лето он возобновил опыты по фотографированию Луны в ультрафиолетовых лучах и показал возможность изучения строения скалистой поверхности Луны при помощи снимков, сделанных в монохроматическом свете. Его первая статья на. эту тему была сообщена Королевскому Астрономическому Обществу Великобритании сэром Робертом Баллом, королевским астрономом, и опубликована в Monthly Notices общества, откуда я и цитирую:
«Предварительные опыты были проделаны мною в летней лаборатории в Ист Хэмптоне Лонг-Айленд, штат Нью-Йорк, с помощью наскоро импровизированного прибора. Тонкий слой серебра, непрозрачный для видимого света, вполне свободно пропускает ультрафиолетовые лучи с длиной волны 3000 ангстрем, но зато эти лучи задерживает стекло — поэтому была необходима кварцевая линза. Фотографический телескоп был сделан из трехдюймовой кварцевой линзы, покрытой серебром, с фокусным расстоянием в шесть футов, смонтированной в конце печной трубы из оцинкованного железа, с адаптером для пластинок с другого конца. Все это было скреплено с пятифутовым телескопом, служившим для того, чтобы следовать за Луной в течение трехминутной экспозиции. Оба они были укреплены на экваториале из старой велосипедной рамы, поставленной на цементную плиту так, что ось передней вилки была направлена на Полярную звезду. Медленным движением мне удавалось добиться экспозиций в несколько минут, если они были необходимы. Более подробное описание инструмента последует в English Mechanics за 12 ноября 1914 г. Я открыл обширные залежи вещества, которое получается темным в ультрафиолетовых лучах, недалеко от кратера Аристарха. Эти залежи едва различимы на снимках, сделанных в желтом свете, и почти черны в снимках, сделанных в свете, ограниченном ультрафиолетовой областью длины волны около 3000 ангстрем. Параллельные опыты, проделанные в лаборатории, показали, что многие вещества, которые являются «белыми» в обычном свете, совершенно черны, если их фотографировать в этих коротковолновых лучах. Китайские белила (окись цинка) и многие белые цветы служат хорошим примером этого. Эти цвета были бы почти невидимы на фоне снега и не вышли бы на обычной фотографии, но появились бы вполне отчетливо на снимках, сделанных кварцевым объективом с серебряной пленкой на нем.
В том же 1909 году Американская Академия искусств и наук присудила Вуду золотую медаль Румфорда за его работы об оптических свойствах паров металлов, а Университет Кларка в Вустере (Массачусетс) сделал его почетным доктором права, вместе с другими известными американскими и европейскими учеными, включая Фрейда и Вольтерра, знаменитого итальянского математика. Вуд никогда не принимал почести особенно серьезно, и вот что он рассказывает об этом случае:
«Чтобы избежать частых недоразумений с полицией, я соорудил пустой трехдюймовый стальной барабан, который плотно входил в длинную стальную трубу и имел два небольших отверстия для входа и выхода пучка цветных лучей. Перед установкой в большую трубу барабан был на три четверти наполнен натрием, и теперь можно было работать около ста часов, прежде чем становилось необходимо чистить трубу и закладывать натрий.
Солнечный свет, отраженный гелиостатом на раме окна, фокусировался на щели монохроматора, и цветные лучи, выходившие из второй его щели, фокусировались на отверстии барабана, образуя окрашенное пятно флуоресценции в месте, где они входили в пары натрия, истекавшие из отверстия. Изображение этого пятна попадало на щель моего нового спектрографа с помощью зеркала и линзы конденсора. Спектр можно было наблюдать визуально или фотографировать, и изменения в распределении интенсивности при повороте призм монохроматора, изменяющем цвет пучка, посылаемого в трубу, были очень хорошо заметны. При «голубом» возбуждении флуоресценции спектр состоял из двух или трех узких желтых полос, но при изменении цвета на сине-зеленый, а затем на зеленый в спектре флуоресценции появлялись новые полосы, которые быстро заполняли зеленую сторону, пока не встречались с узкой полоской возбуждающего света, после чего простирались за нее, в сторону коротких волн — очевидное нарушение закона флуоресценции Стокса. Грубые теории, существовавшие. до этого времени, были в этом случае бессильны; физические процессы в случае флуоресценции были гораздо более сложными, чем это предполагалось.
А затем произошло самое главное и важное открытие. Наблюдая распространение спектра флуоресценции от желтого через зеленый, к синему цвету, при медленном изменении возбуждающих лучей от синих к зеленым, я заметил, как мне показалось, некоторое расплывание в наиболее широких зеленых полосах. Сужая щель монохроматора, что делало возбуждающий cвет более однородным до предела, когда спектр флуоресценции был едва заметным, я покрыл свою голову и спектрограф черной тканью и, к изумлению своему, обнаружил, на месте более или менее непрерывного спектра из широких полос, серию узких резких линий на правильных интервалах, вроде делений на линейке. Медленно поворачивая винт монохроматора, вращавший призмы и этим менявший цвет возбуждающих лучей, я увидел как бы колебательное движение или вибрацию линий спектра флуоресценции вправо и влево. Это походило на отражение лунного света в ряби на поверхности воды.
Увидеть спектр с линиями, колеблющимися вправо и влево, было так же невероятно, как если бы вдруг деления на обычной линейке стали двигаться и прыгать. При более внимательном наблюдении обнаружилось, что линии на самом деле не движутся, а пропадают на одном месте и появляются в другом. Теперь у меня был способ вызывать отдельные группы широко разделенных линий в сложном «полосатом» спектре, состоящие из тысяч сдвинутых линий, — метод, который сильно упрощал исследование этих весьма мало изученных и понятых нами спектров. Если привести аналогию из акустики, это было подобно тому, как если бы кто-нибудь пробовал изучить устройство рояля, слушая звук, производимый при ударе сразу по всем клавишам, и вдруг обнаружил, что на них можно нажимать по очереди или по группам [28]».
Вуд торжествовал, как Архимед. У него только не было ванны, чтобы выскочить из нее. Но он хотел отпраздновать свое открытие и сделал это удивительным способом, который поверг в ужас очевидцев и обратил в паническое бегство возчика.
«Никогда раньше, — говорит Вуд, — никто не видел, чтобы линии спектра „играли“ таким образом. Как раз в этот момент черная туча закрыла солнце, и раздался отдаленный раскат грома. Гроза быстро надвигалась, и через несколько минут стало так темно, что во многих окнах на другой стороне улицы зажглись огни. Затем пошел сильный дождь, и скоро потоки мутной воды потекли вниз под гору во всю ширину улицы. Целая толпа народа укрылась от дождя в широком подъезде МакКой-Холла на противоположной стороне улицы, и я вдруг придумал великолепный способ отпраздновать мое открытие.
Раскаты грома следовали за молнией всего через секунду или две. Из банки с металлическим натрием я вынул кусок величиной с куриное яйцо, и открыв окно, подождал следующей молнии. Негр ехал на телеге в гору против ветра и потока воды по улице, погоняя кнутом свою клячу. Вдруг сверкнула огромная молния. Я бросил металлический «мячик» вниз, и он упал посреди улицы, взорвавшись с гигантским желтым языком пламени и грохотом, который в точности совпал с ударом грома. Толпа в подъезде в панике бросилась в здание, а негр торопливо повернул лошадь и телегу и умчался галопом вниз по холму, с ужасом оглядываясь через плечо на вулкан желтого огня, который плыл по воде, преследуя его».
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
Большая работа и большое веселье у Джона Гопкинса в период 1905 — 1910 гг.
В начале 1905 года Вуд окончил первый вариант своего основного труда по физической оптике, который сделал его выдающимся авторитетом во всем, что было связано со светом. Рукопись «Физической оптики» находилась у издательства «Макмиллан», и книга должна была официально появиться осенью того же года, но здесь произошла забавная «преждевременная публикация». Вот как обстояло дело.В 1905 году семья Вудов опять проводила лето во Франции. Как раз, когда они собирались уезжать из Парижа в Бретань, из Нью-Йорка пришла огромная кипа гранок. Вуд запихал их в свой «Даррак», чтобы корректировать и отсылать по дороге. Компания Макмиллен вполне справедливо претендовала на первую официальную публикацию, но книга «появилась» раньше — сериями, не защищенными никакими законами. В нее с удивлением заглядывали туристы, хозяева гостиниц и домов в Бретани и Нормандии. Не желая возиться с дубликатом гранок, Вуд набивал ими корзинки для мусора в отелях, в то же время отправляя правленые листы по почте в Нью-Йорк. Возвращаясь той же дорогой на автомобиле в Париж через два месяца, они находили большие листы «Физической оптики» на гвозде в самых неподходящих местах трактиров, где они останавливались.
Необычайные отклонения в сторону, тревоги и приключения продолжали сопутствовать Вуду, когда он возвратился в Балтимору, несмотря на одновременное серьезное продвижение вперед его научной работы. Один из случаев произошел, когда богатый инженер из Балтиморы, по имени Отто Луйтьес, решил приложить к практике принцип геликоптера и пригласил теперь уже знаменитого профессора из университета Дж. Гопкинса помочь ему в вопросах теории. Так как Луйтьес оплачивал все расходы опытов, Вуд с удовольствием согласился снабдить его всеми «теориями», которыми он сам обладал.
«В этот период (рассказывает Вуд) тома сочинений лорда Рэлея были моей Библией. Он показал теоретически, что вес, поднимаемый мотором данной мощности , можно увеличивать неограниченно, если увеличивать диаметр пропеллера. Я проверил эти предположения, установив большой электромотор с вертикальной осью на площадку весов и закрепляя на оси винты (пропеллеры из тонкого дерева) различных диаметров. Лопасти самого большого из них еле помещались в комнате и давали при вращении наибольшую подъемную силу. Маленькие модели с резиновыми ленточками сами поднимались в воздух и потом планировали по горизонтали».
Вскоре Луйтьес построил аппарат, горизонтальный пропеллер которого напоминал гигантскую мельницу около двадцати футов диаметром. Установлен был мотор в двадцать пять лошадиных сил, и в мае 1907 года машину вывезли на Спэрроу Пойнт для пробного полета. Вуд спросил: «А кто же полетит?» Луйтьес ответил: «Не я. Я нанял парашютиста, который согласен делать что угодно за пятьдесят долларов.» Пропеллер был затянут полотном как крылья голландской мельницы, или парус яхты. Когда подошел парашютист, Вуд спросил у него: «Вы действительно решились, сделать это?» — «Конечно», — ответил тот спокойно. — «За полтораста долларов я сделаю спуск даже с бомбой». Вуд заинтересовался, как это делается, и прыгун рассказал: «Я подымаюсь на воздушном шаре, прыгаю оттуда с парашютом, а у меня под ногами на веревке около сорока футов длиной взрывается бутылка, с порохом. Один раз веревка запуталась, бомба разорвалась у меня между ног, — посмотрите на шрамы. И все равно за полтораста долларов я согласен спускаться с бомбой; так отчего же мне не испробовать этот аппарат за пятьдесят?».
Геликоптер установили на вагонные весы, и парашютист забрался в него. Запустили двигатель. «Паруса» винта надулись. Вуд говорит, что это было очень красиво и похоже на карусель. Наконец, аппарат задрожал, и стрелка весов упала на сто фунтов, но потом остановилась. Вуд говорит, что прыгун получил свои пятьдесят долларов, но сам он чувствует, что с ним поступили менее честно. Когда геликоптер вот-вот должен был взлететь, это была машина Луйтьеса, а Вуд являлся только «теоретическим консультантом». Но когда о неудаче опыта написали в газетах Балтиморы, там ясно говорилось, что машина Вуда не смогла оторваться от земли.
Кроме этого, Вуд принимал участие еще в нескольких из многих более серьезных, иногда удачных, а иногда кончавшихся трагически опытов с полетами в эти первые дни авиации. Один из них производился его другом, лейтенантом Томасом Селфриджем, который вскоре после этого погиб при неудачном полете у форта Майер с Орвилем Райтом, осенью 1908 года — через неделю после того, как Селфридж был гостем семьи Вудов в их летнем доме на Лонг Айленд. По приглашению Селфриджа Вуд съездил с ним в Хэмондспорг (штат Нью-Йорк), где Александр Грэхем Белл финансировал опыты Глена Кертисса, Селфриджа и Мак-Карди по конструированию аэроплана. Они только что закончили постройку «Майского жука» и производили на нем короткие полеты по прямой каждый день. Они еще не летали по кругу, главным образом потому, что двигатель воздушного охлаждения, поставленный на «Майском жуке», слишком быстро перегревался. Вуд, вспомнив, свои лабораторные методы охлаждения раскаляющихся докрасна трубок с парами натрия, сказал им, что если обложить цилиндры мокрой хлопчатобумажной тканью, то двигатель сможет работать дольше. Кертисс решил, что идея абсурдна, даже как временное средство, в запретил следовать совету Вуда. Тот, как всегда очень настойчивый в вопросах, где считал себя правым, доказал правильность своей точки зрения на моторе шестицилиндрового гоночного мотоцикла Кертисса, в его лаборатории. Но прежде чем они успели применить метод к «Майскому жуку», была изобретена система водяного охлаждения, сделавшая возможным более длинные полеты по кругу. Вуд, который летал на планере Лилиенталя, хотел на этот раз совершить самостоятельный полет на «Майском жуке», но самолет был неустойчив, а Кертисс совсем не желал, чтобы его аэродром был усеян костями знаменитостей.
Другой «посторонней», но в данном случае вполне удавшейся научной «шуткой» этого периода было изобретение фотокамеры с так называемой «рыбьей точкой зрения». Много лет назад, гуляя под водой в примитивном водолазном шлеме, который Вуд сделал из деревянной бадьи, он вдруг сказал себе: «Интересно, на что похож мир рыб?»
Рассказывая о преломлении света в своих лекциях по оптике, он всегда разбирал вид, который открывается пловцу, нырнувшему под воду и смотрящему вверх через ее спокойную поверхность. Кажется, что смотришь на темный потолок с круглым ярким окном прямо над головой. Все небо, от горизонта до горизонта, зажато в это окно, и предметы, окружающие пруд — деревья, дома, рыболовы — будут казаться находящимися по краям круга. Однако при погружении пловца в воду на ней образуются волны и рябь, и глаза его плохо фокусируют, так что невозможно увидеть резкую, хотя и искаженную картину, охватывающую угол в 180°. Вуд безуспешно пытался увидеть ее в своем деревянном шлеме в Кэтоумет много лет назад, забывая в то время, что лучи от горизонта, которые преломляются под большим углом, попадая в воду, принимают свое первоначальное направление, выходя сквозь стеклянное окошечко внутрь шлема.
Однажды во время лекции ему пришло в голову, что если погрузить фотокамеру, пластинку, объектив и все остальное в воду и подождать момента, когда рябь на поверхности успокоится, можно получить резкую фотографию этого явления. После предварительных опытов с жестяной банкой из-под сала, снабженной горизонтальной диафрагмой, он сконструировал то, что можно назвать «камерой с рыбьей точкой зрения». Был изготовлен латунный ящик, размером 6х5х2 дюйма. Пластинка вставлялась сквозь щель в его стороне, которая затем закрывалась резиновой прокладкой. Ящик наполняли водой сквозь маленькое отверстие, закрывавшееся плотной заглушкой на резьбе. Оптическая система состояла из маленького квадратика плоского стекла, покрытого непрозрачным слоем металлического серебра, лакированным сверху. В центре ее он сделал миниатюрное круглое «отверстие» для света, соскоблив пленку серебра. Пластинка была вделана в отверстие в середине одной из сторон ящика, стеклянной стороной наружу. Отверстие закрывалось крышечкой, на петлях, служившей затвором камеры. В этом случае поверхность пруда изображалась наружной стороной пластинки, а отверстие давало изображение на фотопластинке, которая была погружена в воду, заполнявшую ящик. Это была камера с полем зрения в 180°, и ее можно было направлять под любым углом — вверх, вниз или в сторону.
Первым объектом съемки он выбрал мост эстакады надземной железной дороги, по которому ее поезда проходили над депо у перекрестка Монумент-стрит. Это давало хорошую картину того, каким кажется мост рыбе, плавающей под ним в тихой речке. Положив угрожающе выглядевший ящик на землю, он увидел вдруг, что его окружила группа заинтересовавшихся негритят, которые увязались за ним, чтобы узнать, в чем дело. Так как они могли испортить снимок, он велел им уйти, на что они ответили веселым визгом. Необходима была экспозиция около минуты, и вдруг на Вуда нашло вдохновение. Он зажег спичку, приложил ее к ящику, и с криком «потушите, а то сейчас она взорвется!» (подняв при этом крышечку объектива), убежал в сторону. Толпа моментально разбежалась, а он через минуту вернулся, закрыл крышку и спокойно вернулся в лабораторию.
В то время как научное значение новой камеры стало известно миру из Philosophical Magazine и других научных журналов, наш Literary Digest и Illustrated London News обсуждали ее с точки зрения рыб — особенно тех из них, которые живут в аквариумах, и так же любят смотреть на нас, как мы на них — и, вероятно, считают нас очень странными существами.
В 1908 году Вуд купил старую ферму Миллера, с домом дореволюционной постройки, огромным сараем и пятью акрами земли, у морского побережья в Ист-Хэмптоне, на Лонг-Айденде. Историю дома можно проследить до 1771 года, а грубые, сделанные топором срубы остальных построек показывали, что они такие же старые.
Вуд превратил огромнейший сарай и прилегавший к нему коровник в Ист-Хэмптоне в летнюю лабораторию. И здесь, и у Дж. Гопкинса, все эти годы он был поглощен своей работой — опытами, открытиями и изобретениями — несмотря на развлечения и отклонения. Он изобрел и установил в коровнике ртутный телескоп, произведший сенсацию во всем мире; здесь же он построил величайшую в мире спектроскопическую камеру и очищал ее от паутины с помощью (но без согласия) кошки. Он получал аэрофотоснимки, поднимая камеру на змее и открывая ее затвор с помощью хлопушки. Он усовершенствовал метод съемки Луны в невидимых ультрафиолетовых лучах, над которым начал работать в 1903 году.
Он занялся также опровержением распространенной теории о причинах высоких температур, получаемых в парниках и оранжереях; теория эта попала почти во все учебники и книги, в которых затрагивается этот вопрос. Хорошо известно, что стекло совершенно непрозрачно для большей части солнечного спектра за красной границей, т. е. в области длинных волн. «Теория» считала, что видимый свет и коротковолновая часть теплового излучения проходят сквозь стекло и. нагревают землю. Предполагалось, что нагретый грунт при этом сам излучает волны такой большой длины, что они не могут обратно выйти сквозь стекло и таким образом оказываются «пойманными».
Теория Вуда была очень проста: стеклянная крышка пропускает лучи, нагревающие землю, которая в свою очередь согревает воздух. Этот теплый воздух заперт в парнике и не может подняться к облакам, как это происходит на открытой земле. Если вы откроете дверь оранжереи, что станет со старой теорией?
Он доказал свою правоту следующим простым опытом: сделав две коробки из черного картона, он покрыл одну из них стеклянной пластинкой, а другую — прозрачной пластинкой из каменной соли. В каждую коробку был помещен шарик термометра, и обе они выставлены на солнце. Температура поднялась до 130° Фаренгейта, почти в точности на одну и ту же величину в обеих коробках. Каменная соль прозрачна для очень длинных, волн, и, по старой теории, такая крышка не должна была дать эффекта оранжереи — т. е. здесь не могли «улавливаться» солнечные лучи, и температура должна была быть меньше. В декабре 1908 года Вуда пригласили прочесть публичную лекцию о цветах и о живописи. Частью — как демонстрацию для оживления лекции, а с другой стороны, думая, что его идея может быть полезна при освещении театральных декораций, он разработал оптический метод интенсификации освещения картин. Вуд сам писал маслом пейзажи для развлечения и часто замечал, что пятно солнечного света,, проходящего сквозь листву и падающего на зеленый луг, производит очень приятный эффект на картине. Он решил, что если усиление освещенности применить ко всем ярким местам картины, то она приобретет особый блеск и яркость. Самые яркие белила всего в шестьдесят раз ярче черной краски, употребляемой художниками, в то время как соотношение интенсивности освещения, скажем, залитой солнцем стены белого дома и темного подъезда может достигать тысячи к одному. Он нашел такой способ интенсификации световых контрастов: фотографировать оригинал, печатать с негатива диапозитив и проецировать его на картину с такого расстояния, чтобы изображение в точности с ней совпадало. При этом светлые пятна картины ярко освещались, а тени оставались затемненными, с правильной градацией всех тонов. Эффект в темном помещении получался поразительный — ландшафт сиял бликами солнечного света. Если смотреть на такую картину несколько минут, а потом выключить проектор и зажечь
свет в комнате, картина кажется такой, как будто бы ее несколько лет не очищали от пыли. Присутствовавшие очень веселились, когда новым способом был освещен портрет одного весьма авторитетного лица; Вуд показал, что, покачивая проекционный фонарь чуть-чуть из стороны в сторону, можно заставить зрачки глаз портрета очень оживленно поворачиваться. Вуд считал, что это изобретение можно успешно применить в освещении сцен театров, где задний план декорации можно осветить проектором из зала, поставив в него диапозитив этой самой декорации. Он думал, что особенно эффектны будут сцены, которые должны происходить при ярком свете солнца.
Наиболее важная работа Вуда, однако, концентрировалась вокруг оптического исследования паров натрия. Изучая спектр поглощения паров в области ультрафиолетовых лучей, он увеличил число известных линий в главных спектральных сериях с восьми, известных до него, до пятидесяти. Это была — и остается — самая большая группа сериальных линий. Этот результат впоследствии Нильс Бор считал прекрасным доказательством своей квантовой теории атомов и спектров. Другой опыт Вуда, имеющий большое значение в современной теории атомов и молекул и спектров, это доказательство того, что свет флуоресценции паров натрия (а также паров калия и йода) поляризован. В то же время Вуд работал с одним из своих студентов» X.В. Спрингстином, над вопросом о действии магнитного поля на поляризованный свет, проходящий через пары натрия.
Несколькими годами, ранее итальянский физик Корбино заметил, что если поместить пламя натрия между полюсами электромагнита и пропустить сквозь него пучок поляризованного белого света, то плоскость поляризации в области желтого дублета поворачивается на несколько градусов. Вуд и Спрингстин, работая с металлическим натрием, нагреваемым в стеклянной трубке, вместо «натриевого» пламени получили величину поворота до 14° в желтом дублете и обнаружили меньшее вращение в других частях спектра. В дальнейшем Вуд продолжил эту работу с более сильными магнитами и совершенной аппаратурой, получив вращение на 1440°, т. е. на четыре полных оборота!
В 1909 году ожидалось противостояние Марса, и все астрономы были в сильном волнении по этому поводу. Вуд вынул шестидюймовый объектив своего большого спектроскопа в Ист Хэмптоне и установил его на цементной плите, на лужайке перед дверью лаборатории. Посеребренное зеркало отражало свет красной планеты сквозь объектив на окуляр, находившийся в сорока футах, в глубине темной лаборатории, где он наблюдал увеличенное изображение планеты, лежа с комфортом на полу на старом матраце.
В то же лето он возобновил опыты по фотографированию Луны в ультрафиолетовых лучах и показал возможность изучения строения скалистой поверхности Луны при помощи снимков, сделанных в монохроматическом свете. Его первая статья на. эту тему была сообщена Королевскому Астрономическому Обществу Великобритании сэром Робертом Баллом, королевским астрономом, и опубликована в Monthly Notices общества, откуда я и цитирую:
«Предварительные опыты были проделаны мною в летней лаборатории в Ист Хэмптоне Лонг-Айленд, штат Нью-Йорк, с помощью наскоро импровизированного прибора. Тонкий слой серебра, непрозрачный для видимого света, вполне свободно пропускает ультрафиолетовые лучи с длиной волны 3000 ангстрем, но зато эти лучи задерживает стекло — поэтому была необходима кварцевая линза. Фотографический телескоп был сделан из трехдюймовой кварцевой линзы, покрытой серебром, с фокусным расстоянием в шесть футов, смонтированной в конце печной трубы из оцинкованного железа, с адаптером для пластинок с другого конца. Все это было скреплено с пятифутовым телескопом, служившим для того, чтобы следовать за Луной в течение трехминутной экспозиции. Оба они были укреплены на экваториале из старой велосипедной рамы, поставленной на цементную плиту так, что ось передней вилки была направлена на Полярную звезду. Медленным движением мне удавалось добиться экспозиций в несколько минут, если они были необходимы. Более подробное описание инструмента последует в English Mechanics за 12 ноября 1914 г. Я открыл обширные залежи вещества, которое получается темным в ультрафиолетовых лучах, недалеко от кратера Аристарха. Эти залежи едва различимы на снимках, сделанных в желтом свете, и почти черны в снимках, сделанных в свете, ограниченном ультрафиолетовой областью длины волны около 3000 ангстрем. Параллельные опыты, проделанные в лаборатории, показали, что многие вещества, которые являются «белыми» в обычном свете, совершенно черны, если их фотографировать в этих коротковолновых лучах. Китайские белила (окись цинка) и многие белые цветы служат хорошим примером этого. Эти цвета были бы почти невидимы на фоне снега и не вышли бы на обычной фотографии, но появились бы вполне отчетливо на снимках, сделанных кварцевым объективом с серебряной пленкой на нем.
В том же 1909 году Американская Академия искусств и наук присудила Вуду золотую медаль Румфорда за его работы об оптических свойствах паров металлов, а Университет Кларка в Вустере (Массачусетс) сделал его почетным доктором права, вместе с другими известными американскими и европейскими учеными, включая Фрейда и Вольтерра, знаменитого итальянского математика. Вуд никогда не принимал почести особенно серьезно, и вот что он рассказывает об этом случае: