В ноябре 1895 года немецкий физик Вильгельм Рентген, затемнив комнату и обернув чёрной бумагой трубку Крукса, которая испускала электроны, с удивлением обнаружил, что стоявший неподалёку экран, покрытый цианоплатинитом бария, вдруг стал светиться. Это означало только одно: рождавшиеся в трубке лучи способны беспрепятственно проходить сквозь плотную бумагу! Они проникали даже сквозь руку, если она оказывалась на их пути, и отбрасывали тень с обозначением костных тканей!
Рентген назвал открытые им лучи Х-лучами, то есть неизвестными. Но благодарное человечество стало именовать их лучами Рентгена или рентгеновскими лучами, и торжественно наградило учёного: в 1903 году Вильгельм Рентген стал лауреатом Нобелевской премии по физике.
На этом череда необыкновенных «лучистых» открытий не прекратилась. В следующем (то есть в 1896-ом) году, мир узнал о ещё более удивительном явлении. Французский физик Анри Беккерель обнаружил, что элемент уран и его соединения испускают невидимые глазу лучи. Притом без всякой видимой причины!
Учёный мир был сильно озадачен.
Но вскоре супругам Пьеру и Марии Кюри, тоже жившим и работавшим во Франции, улыбнулась удача. Они разобрались с лучистым феноменом, подмеченным Беккерелем, назвав это явление «радиоактивностью» — всё от того же латинского слова «радиус» («луч»). Заодно физики Кюри открыли и два новых элемента: 84-ый (полоний) и 88-ой (радий, что на русский язык можно перевести как «лучистый»). При этом выяснилось, что радиоактивными, то есть испускающими невидимые лучи, являются все девять последних элементов периодической системы Менделеева — от 84-го до 92-го.
Неожиданно обнаружилось, что радиоактивные вещества весьма опасны и требуют большой осторожности в обращении. Первым обратил на это внимание всё тот же Беккерель. Он носил в жилетном кармане крупицы радиевого соединения, и у него на груди образовалась рана, потребовавшая продолжительного лечения.
Итак, учёные установили, что тяжёлые элементы, находящиеся в самом конце периодической таблицы, испускают лучи. Но почему это происходит, было непонятно.
Что заставляет лучи двигаться?
Как перемещаются они в пространстве?
Классическая физика дать объяснений не могла. Многие аспекты загадочного «лучистого» явления были просто недоступны для пони мания.
Попытки разгадать загадку
14 декабря 1900 года в одной из аудиторий Берлинского университета перед членами немецкого физического общества выступил 40-летний физик Макс Планк. Он изложил новый взгляд на древнее, как мир, понятие — «движение». Свою гипотезу Планк весьма изящно обосновал с помощью выведенной им формулы излучения.
Со времён великих Лейбница и Ньютона в основе науки физики лежал один из основополагающих законов, который гласил: «Natura non facit saltus» — «природа не делает скачков». А Генрих Герц в своей «Механике», вышедшей в 1893 году, особо подчёркивал значение принципа непрерывности как непременной основы любого природного явления.
Планк же дерзнул ниспровергнуть всеми признанный закон, утверждая, что не всё в этом мире происходит непрерывно и плавно. Что иногда случаются скачки и взрывы. И они прекрасно согласуются с открытым им, Планком, «элементарным квантом действия» или «элементом действия» — «h» (эту величину вскоре назовут константой или постоянной Планка).
Учёный мир встретил сообщение Макса Планка с недоверием, если не сказать, с большим неодобрением. А его теорию квантов, которая не вписывалась в законы классической физики, взрывая традиционные представления о природных процессах, было предложено рассматривать как рабочую гипотезу.
Много лет спустя другой физик, француз Луи де Бройль, скажет о Планке, что он выступил «… как возмутитель спокойствия, принуждая физиков решительно пересмотреть и переосмыслить свои взгляды на природу вещей».
Научный мир, как ни сопротивлялся, был всё же вынужден многое «пересмотреть» и «переосмыслить». Потому что формула, предложенная Планком, давала возможность узнать невозможное! Например, определить вес атома. И даже вычислить, сколько атомов содержится в том или ином количестве вещества! «Уже в этом, — скажет через десятилетия немецкий физик Вернер Гейзенберг, — первый неоспоримый успех квантовой механики».
Одним из тех, кто сразу и безоговорочно поверил Планку, был Альберт Эйнштейн. Поверил и пошёл дальше, выведя на основе положений квантовой механики свою теорию света, согласно которой свет представляет собой сплошной дождь быстро движущихся квантов (или фотонов).