ØÊÎËÀ Íåáî ñèíåå, Ñîëíöå êðàñíîå À.ÑÒÀÑÅÍÊÎ Íè ïóñòîòû, íè òüìû íàì íå äàíî: Åñòü âñþäó ñâåò, ïðåäâå÷íûé è âåëèêèé È.Áóíèí Ê ÀÊ ÈÇÂÅÑÒÍÎ, ÀÍÒÅÍÍÛ ÑÎÇÄÀÍÛ ÄËß ÒÎÃÎ, ×ÒÎ- áû èçëó÷àòü è ïðèíèìàòü ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû. Îòäåëüíûé àòîì òîæå èçëó÷àåò, ïåðåõîäÿ â áîëåå íèçêîå ýíåðãåòè÷åñêîå ñîñòîÿíèå. Íî îí ìîæåò è ïðèíèìàòü ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû îïðåäåëåííûõ ÷àñòîò, âîçáóæäàÿñü ïðè ýòîì, ò.å. ïåðåõîäÿ â ñîñòîÿíèå ñ áîëüøåé ýíåðãèåé. Òàê ÷òî àòîì â êàêîé-òî ìåðå åñòü ìàëåíüêàÿ àíòåííà. Òîëüêî â àòîìå, ñîãëàñíî êëàññè÷åñêîé ìîäåëè, ýëåêòðîíû äâèæóòñÿ ïî çàìêíóòûì òðàåêòîðèÿì, â ïðîñòåéøåì ñëó÷àå ïî îêðóæíîñòÿì. À äâèæåíèå ïî îêðóæíîñòè (ñ ðàäèóñîì à) ìîæíî ïðåäñòàâèòü êàê ñóììó äâóõ ãàðìîíè÷åñêèõ êîëåáàíèé, ïðîèñõîäÿùèõ â òîé æå ïëîñêîñòè, íî âî âçàèìíî ïåðïåíäèêóëÿðíûõ íàïðàâëåíèÿõ è ñî ñäâèãîì ôàç 90° (ðèñ.1,à):  «ÊÂÀÍÒÅ» 37 íåíèé Ìàêñâåëëà, à â ñëó÷àå ðåàëüíîãî ìèêðîîáúåêòà (àòîìà) è êâàíòîâóþ ôèçèêó. Îäíàêî, ýòèì ëó÷øå çàíÿòüñÿ, ïîñòóïèâ â Ìîñêîâñêèé ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò (èëè â Ìîñêîâñêèé óíèâåðñèòåò). Ñåé÷àñ æå ïîñòàðàåìñÿ ñäåëàòü íåêîòîðûå ïðèáëèæåííûå îöåíêè, îïèðàÿñü íà òåîðèþ ðàçìåðíîñòåé è ñâåäåíèÿ îá ýëåêòðîìàãíåòèçìå èç øêîëüíîé ôèçèêè. Äëÿ óäîáñòâà äàæå ïåðåíóìåðóåì íåîáõîäèìûå íàì êà÷åñòâåííûå ñîîáðàæåíèÿ. 1) Íåïîäâèæíûé çàðÿä íå èçëó÷àåò ýíåðãèþ. Òî æå î÷åâèäíî è â îòíîøåíèè çàðÿäà, äâèæóùåãîñÿ ñ ïîñòîÿííîé ñêîðîñòüþ (ðàâíîìåðíî è ïðÿìîëèíåéíî). Èíà÷å åãî èçëó÷åíèå ìîæíî áûëî áû èñïîëüçîâàòü, ñêàæåì, äëÿ îïðåäåëåíèÿ òîãî, êàêàÿ èç èíåðöèàëüíûõ ñèñòåì îòñ÷åòà äâèæåòñÿ, à êàêàÿ íåïîäâèæíà, ÷òî çàïðåùåíî â ôèçèêå. Èòàê, èçëó÷àòü ýíåðãèþ ìîæåò òîëüêî çàðÿä, äâèæóùèéñÿ óñêîðåííî. Íàïðèìåð, çàðÿä, êîëåáëþùèéñÿ ïî óïîìÿíóòîìó âûøå ãàðìîíè÷åñêîìó çàêîíó x t = a cos ωt , çàâåäîìî äâèæåòñÿ óñêîðåííî,è åãî óñêîðåíèå ðàâíî x ¢¢ = - ω2 x t . 2) Ýíåðãèÿ, èçëó÷àåìàÿ óñêîðåííî äâèæóùèìñÿ çàðÿäîì, òå÷åò â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè (íå îáÿçàòåëüíî ðàâíîìåðíî ïî âñåì íàïðàâëåíèÿì; ðèñ.2). Ïðè ýòîì ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî èçëó÷åíèå ðàññìàòðèâàåòñÿ íà áîëüøèõ ðàññòîÿíèÿõ, íàìíîãî ïðåâûøàþùèõ àìïëèòóäó êîëåáàíèé à. c E x = a cos ωt , y = a sin ωt , + x 2 + y 2 = a 2 cos2 ωt + sin 2 ωt = a2 . Ðàññìîòðèì ïîýòîìó äâèæåíèå çàðÿäîâ òîëüêî âäîëü îäíîé îñè, íàïðèìåð õ. Âîîáðàçèì ïðîñòåéøóþ «àíòåííó» â âèäå äâóõ òî÷å÷íûõ îäèíàêîâûõ ïî ìîäóëþ è ïðîòèâîïîëîæíûõ ïî çíàêó çàðÿäîâ ± q , ðàññòîÿíèå ìåæäó êîòîðûìè â äàííûé ìîìåíò ðàâíî x t (ðèñ.1,á). Ýòà ñèñòåìà çàðÿäîâ äèïîëü ýëåêòðè÷åñêè íåéòðàëüíà, òåì íå ìåíåå ïðè ïîñòîÿííîì çíà÷åíèè õ y x +y =a a ωt x = y=a sin Mt a x=a cosMt a a + a a) á) B∼E E x(t) Ðèñ. 1 (ïëå÷î äèïîëÿ) îíà ñîçäàåò ýëåêòðè÷åñêîå äèïîëüíîå ïîëå, êîòîðîå óáûâàåò ñ ðàññòîÿíèåì áûñòðåå, ÷åì ïîëå òî÷å÷íîãî çàðÿäà. Ìîæíî ïîêàçàòü, ÷òî ìîäóëü íàïðÿæåííîñòè äèïîëüíîãî ïîëÿ ïðîïîðöèîíàëåí r - 3 , íî íàñ ñåé÷àñ ýòî ñòàòè÷åñêîå ïîëå íå èíòåðåñóåò. Ïóñòü ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä íåïîäâèæåí (íàïðèìåð, òÿæåëîå ÿäðî àòîìà), à îòðèöàòåëüíûé («öåíòð òÿæåñòè» ýëåêòðîíà èëè ýëåêòðîííîãî îáëàêà) äâèæåòñÿ îòíîñèòåëüíî íåãî. ×òîáû òî÷íî îïèñàòü âîçíèêàþùåå ïåðåìåííîå ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå, íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü ñèñòåìó óðàâ- B B r + 0 _ a H?= Ðèñ. 2 Êðîìå òîãî, ýíåðãèÿ òå÷åò îò èçëó÷àþùåãî çàðÿäà, íåçàâèñèìî îò òîãî, äâèæåòñÿ ëè îí âïðàâî èëè âëåâî îò ïîëîæåíèÿ ðàâíîâåñèÿ. Çíà÷èò, ïîòîê ýíåðãèè äîëæåí çàâèñåòü îò ÷åòíîé ñòåïåíè óñêîðåíèÿ. Êàêîé èìåííî? Íó êîíå÷íî, âòîðîé, ïîñêîëüêó 3) Ïëîòíîñòü ïîòîêà ýíåðãèè ýëåêòðîìàãíèòíîé âîëíû ïðîïîðöèîíàëüíà ïðîèçâåäåíèþ ýëåêòðè÷åñêîãî è ìàãíèòíîãî ïîëåé, à ïîñëåäíèå ïðîïîðöèîíàëüíû äðóã äðóãó, â ñèëó ëèíåéíîñòè óðàâíåíèé ýëåêòðîìàãíåòèçìà. Óæå òî, ÷òî ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ ïðîïîðöèîíàëüíà ÷åòâåðòîé ñòåïåíè ÷àñòîòû ( W : x ¢¢2 : ω4 ), ïîçâîëÿåò îáúÿñíèòü òàêîé êðàñèâûé ôàêò ïðèðîäû, êàê ãîëóáèçíà íåáà. Äåëî â òîì, ÷òî Ñîëíöå èçëó÷àåò äîâîëüíî øèðîêèé ñïåêòð äëèí ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí λ (ðèñ.3). Íàø ãëàç ïðèñïîñîáèëñÿ âèäåòü îñíîâíóþ, íàèáîëåå ýíåðãåòè÷íóþ ÷àñòü, çàêëþ÷åííóþ â ïðåäåëàõ λ = 0, 4 - 0,8 ìêì. Êîðîòêèå âîëíû ñîîòâåòñòâóþò ôèîëåòîâîìó êîíöó ýòîãî ñïåêòðà, äëèííûå êðàñíîìó. Íî ÷åì ìåíüøå äëèíà âîëíû, òåì âûøå ÷àñòîòà ω = 2πc λ . È, ñîãëàñíî ïîëó÷åííîìó âûøå ñîîòíîøåíèþ, êîðîòêèå (èëè âûñîêî÷àñòîòíûå) âîëíû, âîçáóæäàÿ ÷àñòèöû àòìîñôåðû (è òàêèì îáðàçîì ïðåâðàùàÿ èõ â èçëó÷àþùèå