Джон Тиндаль

«Фрагменты науки: серия отдельных эссе, обращений и обзоров»

Страница 2 из 30 · 55 289 зн. · 64 мин. чтения

Таковы изменения, распознаваемые разумом в самой проволоке, как совпадающие со зрительными изменениями, происходящими в глазу. Но что связывает проволоку с этим органом? Каким образом она посылает такие сведения о своем изменяющемся состоянии зрительному нерву? Поскольку теплота, как определил Локк, есть «очень быстрое движение нечувствительных частей объекта», легко представить, что при прикосновении к нагретому телу это движение может передаться соседним нервам и объявить себя им как свет или теплота. Но зрительный нерв не касается горячей платины, и отсюда уместность вопроса: с помощью какого агента вибрации проволоки передаются глазу?

Ответ на этот вопрос включает одну из самых важных физических концепций, которых разум человека еще достиг: концепцию среды, заполняющей пространство и механически приспособленной для передачи вибраций света и теплоты, как воздух приспособлен для передачи звука. Эта среда называется светоносным эфиром. Каждая вибрация каждого атома нашей платиновой проволоки поднимает в этом эфире волну, которая мчится через него со скоростью 186 000 миль в секунду.

Эфир не испытывает разрыва непрерывности на поверхности глаза, межмолекулярные пространства различных гуморов заполнены им; следовательно, волны, генерируемые светящейся платиной, могут пересекать эти гуморы и падать на зрительный нерв в задней части глаза. [Сноска: Описанное здесь действие аналогично прохождению звуковых волн через толстый войлок, промежутки которого заняты воздухом.] Таким образом, ощущение света сводится к восприятию движения. До этого момента мы имеем дело с чистой механикой; но последующий перевод удара эфирных волн в сознание ускользает от механической науки. Как весло, погружающееся в Кем, генерирует системы волн, которые, мчась от центра возмущения, наконец шевелят осоку на берегу реки, так и вибрирующие атомы генерируют в окружающем эфире волны, которые наконец шевелят нити сетчатки. Движение, таким образом сообщенное, передается с измеримой, и не очень большой скоростью в мозг, где посредством процесса, который наука механики даже не пытается разгадать, дрожание нервного вещества превращается в сознательное впечатление света.

Темноту можно было бы тогда определить как эфир в покое; свет как эфир в движении. Но в действительности эфир никогда не находится в покое, ибо в отсутствие световых волн через него всегда мчатся тепловые волны. В пространствах вселенной оба класса волн непрерывно смешиваются. Здесь волны, исходящие из бесчисленных центров, пересекаются, совпадают, противодействуют и проходят друг сквозь друга без путаницы или окончательного затухания. Каждая звезда видна сквозь запутанность волновых движений, произведенных всеми другими звездами. Именно непрерывный трепет, вызываемый этими далекими светилами коллективно в эфире, составляет то, что мы называем «температурой пространства». Как воздух комнаты приспосабливается к требованиям оркестра, передавая каждую вибрацию каждой трубы и струны, так и межзвездный эфир приспосабливается к требованиям света и теплоты. Его волны смешиваются в пространстве без беспорядка, каждая из них наделена индивидуальностью, столь же неразрушимой, как если бы только она одна нарушила всеобщий покой.

Всякая неясность в отношении использования терминов «излучение» и «поглощение» теперь исчезнет. Излучение — это сообщение вибрационного движения эфиру; и когда говорят, что тело охлаждается излучением, как, например, трава на лугу в звездную ночь, это означает, что молекулы травы потеряли часть своего движения, передав его среде, в которой они вибрируют. С другой стороны, волны эфира могут так ударяться о молекулы тела, подвергающегося их действию, что отдают свое движение последним; и в этом переносе движения от эфира к молекулам состоит поглощение лучистой теплоты. Все явления теплоты таким образом сводимы к обменам движения; и именно как получатели или доноры этого движения мы сами становимся сознательными действия теплоты и холода.

3. Атомная теория в отношении эфира.

Слово «атомы» не раз употреблялось в этом дискурсе. Химики научили нас, что вся материя сводима к определенным элементарным формам, которым они дают это имя. Эти атомы наделены силами взаимного притяжения, и при подходящих обстоятельствах они сливаются, образуя соединения. Таким образом, кислород и водород являются элементами, когда они разделены или просто смешаны, но их можно заставить соединиться так, чтобы образовать молекулы, каждая из которых состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. В этом состоянии они составляют воду. Так же хлор и натрий являются элементами, первый — едкий газ, второй — мягкий металл; и они соединяются вместе, образуя хлорид натрия или поваренную соль. Таким же образом элемент азот соединяется с водородом в пропорции одного атома первого к трем атомам второго, образуя аммиак. Представляя в воображении атомы элементарных тел как маленькие сферы, молекулы сложных тел должны представляться как группы таких сфер. Это атомная теория, как ее задумал Дальтон. Теперь, если эта теория имеет какое-либо основание в фактах, и если теория эфира, пронизывающего пространство и составляющего носитель атомного движения, основана на фактах, то, безусловно, интересно исследовать, изменяются ли вибрации элементарных тел актом соединения — как в отношении излучения и поглощения, или, другими словами, будет ли поведение несвязанных атомов отличаться от поведения связанных.

4. Поглощение лучистой теплоты газами.

Мы должны теперь подвергнуть эти соображения единственному испытанию, которым их можно проверить, а именно — эксперименту. Эксперимент хорошо определяется как вопрос, заданный Природе; но, чтобы избежать риска спросить неверно, мы должны очистить вопрос от всех дополнений, которые не обязательно принадлежат к нему. Было показано, что материя состоит из элементарных составляющих, путем соединения которых производятся все ее разновидности. Но помимо химических союзов, которые они образуют, как элементарные, так и сложные тела могут соединяться другим и менее тесным способом. Газы и пары агрегируют в жидкости и твердые тела без какого-либо изменения их химической природы. Мы еще не знаем, как на передачу лучистой теплоты может повлиять запутанность, обусловленная сцеплением; и, поскольку наша цель сейчас — исследовать влияние только химического союза, мы сделаем наши эксперименты более чистыми, освободив атомы и молекулы полностью от связей сцепления и используя их в газообразной или парообразной форме.

Давайте постараемся получить совершенно ясный мысленный образ проблемы, стоящей перед нами. Ограничивая в первую очередь наши исследования явлениями поглощения, мы должны представить себе последовательность волн, исходящих из лучистого источника и проходящих через газ; некоторые из них ударяются о газообразные молекулы и отдают свое движение последним; другие скользят вокруг молекул или проходят через межмолекулярные пространства без видимого препятствия. Проблема перед нами состоит в том, чтобы определить, имеют ли такие свободные молекулы какую-либо способность вообще останавливать волны теплоты; и если да, то обладают ли разные молекулы этой способностью в разной степени.

При исследовании проблемы давайте обратимся к реальной работе, выбрав в качестве источника наших тепловых волн медную пластину, против задней стороны которой позволено играть устойчивому пламени. При выходе из меди волны в первом случае проходят через пространство, лишенное воздуха, а затем входят в полый стеклянный цилиндр длиной три фута и шириной три дюйма. Два конца этого цилиндра закрыты двумя пластинами из каменной соли, твердого вещества, которое представляет едва ощутимое препятствие для прохождения калорических волн. После прохождения через трубку лучистая теплота падает на переднюю грань термоэлектрического столбика [Сноска: В приложении к первой главе «Теплоты как способа движения» конструкция термоэлектрического столбика полностью объяснена.], который мгновенно превращает теплоту в электрический ток. Этот ток, проведенный вокруг магнитной стрелки, отклоняет ее, и величина отклонения является мерой теплоты, падающей на столбик. Этот знаменитый инструмент, а не обычный термометр, — это то, что мы будем использовать в этих исследованиях, но мы будем использовать его несколько новым способом. Пока две противоположные грани термоэлектрического столбика поддерживаются при одной и той же температуре, как бы высока она ни была, ток не генерируется. Ток является следствием разности температур между двумя противоположными гранями столбика. Следовательно, если после того, как передняя грань получила теплоту от нашего излучающего источника, второму источнику, который мы можем назвать компенсирующим источником, позволено излучать против задней грани, это последнее излучение будет стремиться нейтрализовать первое. Когда нейтрализация совершенна, магнитная стрелка, соединенная со столбиком, больше не отклоняется, а указывает на ноль градуированного круга, над которым она висит.

А теперь предположим, что стеклянная трубка, через которую проходят волны от нагретой медной пластины, откачивается воздушным насосом, причем два источника теплоты действуют одновременно на две противоположные грани столбика. Когда с помощью регулирующего экрана на две грани передаются совершенно равные количества теплоты, стрелка указывает на ноль. Пусть теперь любой газ войдет в откачанную трубку; если его молекулы обладают какой-либо способностью перехватывать калорические волны, равновесие, существовавшее ранее, будет разрушено, компенсирующий источник восторжествует, и отклонение магнитной стрелки будет немедленным следствием. Из отклонений, таким образом произведенных разными газами, мы можем легко вывести относительные количества волнового движения, которые перехватывают их молекулы.

Таким образом были исследованы вещества, упомянутые в следующей таблице, причем в стеклянную трубку допускалась лишь небольшая часть каждого из них. Количество, допущенное в каждом случае, было как раз достаточным, чтобы опустить столбик ртути, связанный с трубкой, на один дюйм: другими словами, газы исследовались при давлении в одну тридцатую атмосферы. Числа в таблице выражают относительные количества волнового движения, поглощенного соответствующими газами, причем количество, перехваченное воздухом, принято за единицу.

Излучение через газы.

Название газа

Относительное поглощение

Воздух

Кислород

Азот

Водород

Окись углерода

750

Углекислый газ

972

Хлористоводородная кислота.

1,005

Окись азота

1,590

Закись азота

1,860

Сероводород

2,100

Аммиак

5,460

Олефиновый газ

6,030

Сернистый газ

6,480

Каждый газ в этой таблице совершенно прозрачен для света, то есть все волны в пределах видимого спектра проходят через него без препятствий; но для волн более медленного периода, исходящих от нашей нагретой медной пластины, проявляются огромные различия в поглощающей способности. Эти различия самым неожиданным образом иллюстрируют влияние химического соединения. Так, элементарные газы — кислород, водород и азот — и смесь атмосферного воздуха оказываются практически вакуумом для лучей теплоты; ибо на каждый луч, или, точнее говоря, на каждую единицу волнового движения, которую перехватывает любой из них, совершенно прозрачный аммиак перехватывает 5460 единиц, олефиновый газ — 6030 единиц, в то время как сернистый газ поглощает 6480 единиц. Что становится с волновым движением, таким образом перехваченным? Оно применяется к нагреванию поглощающего газа. Через воздух, кислород, водород и азот волны эфира проходят без поглощения, и эти газы не меняются ощутимо в температуре под действием самых мощных калорических лучей. Положение закиси азота в вышеприведенной таблице заслуживает особого внимания. В этом газе мы имеем те же атомы в состоянии химического союза, которые существуют в несвязанном виде в атмосфере; но поглощение соединения в 1800 раз больше, чем у воздуха.

5. Формирование невидимых фокусов.

Это необычайное поведение элементарных газов естественно направило внимание на элементарные тела в других состояниях агрегации. Некоторые результаты Меллони теперь приобрели новое значение. Этот знаменитый экспериментатор обнаружил, что кристаллы серы высокопроницаемы для лучистой теплоты; он также доказал, что ламповая сажа и черное стекло (которое обязано своей чернотой элементу углероду) в значительной степени прозрачны для калорических лучей низкой преломляемости. Эти факты, столь поразительно гармонирующие с поведением простых газов, подсказали дальнейшее исследование. Сера, растворенная в сероуглероде, оказалась почти совершенно диатермичной. Плотный и глубоко окрашенный элемент бром был исследован и оказался способным отсекать свет наших самых ярких пламен, в то время как он пропускал невидимые калорические лучи с чрезвычайной свободой. Йод, элемент-компаньон брома, был следующим, о ком подумали, но оказалось непрактичным исследовать это вещество в его обычном твердом состоянии. Однако он свободно растворяется в сероуглероде. Между жидкостью и йодом нет химического союза; это просто случай раствора, в котором несвязанные атомы элемента могут действовать на лучистую теплоту. Когда им позволили это сделать, было обнаружено, что слой растворенного йода, достаточно непрозрачный, чтобы отсечь свет полуденного солнца, был почти абсолютно прозрачен для невидимых калорических лучей. [Сноска: Профессору Дьюару недавно удалось создать среду, высоконепрозрачную для света и высокопрозрачную для темной теплоты, путем сплавления серы и йода.]

С помощью призматического анализа сэр Уильям Гершель отделил световые лучи от несамосветящихся лучей солнца, и он также стремился сделать темные лучи видимыми путем концентрации. Перехватывая световую часть своего спектра, он с помощью собирающей линзы свел ультракрасные лучи в фокус, но этим сгущением он не получил никакого света. Раствор йода предлагает средство фильтрации солнечного луча, или, если его нет, луча электрической лампы, что делает достижимыми гораздо более мощные фокусы невидимых лучей, чем те, которые можно было бы получить методом сэра Уильяма Гершеля. Ибо для формирования своего спектра он был вынужден воздействовать на солнечный свет, который прошел через узкую щель или через небольшое отверстие, количество темной теплоты было ограничено этим обстоятельством. Но с нашим непрозрачным раствором мы можем использовать всю поверхность самой большой линзы, и, таким образом сведя лучи, световые и несамосветящиеся, мы можем перехватить первые йодом и делать что угодно со вторыми. Эксперименты такого характера, не только с раствором йода, но также с черным стеклом и слоями ламповой сажи, были публично проведены в Королевском институте в начале 1862 года, и эффекты в фокусах невидимых лучей, полученные тогда, были такими, каких никогда не видели ранее.

В экспериментах, о которых здесь идет речь, для концентрации лучей использовались стеклянные линзы. Но стекло, хотя и высокопрозрачное для световых, в высокой степени непрозрачно для невидимых тепловых лучей электрической лампы, и поэтому большая часть этих лучей перехватывалась стеклом. Очевидное средство здесь — использовать линзы из каменной соли вместо стеклянных или полностью отказаться от использования линз и концентрировать лучи металлическим зеркалом. Оба этих улучшения были внедрены, и, как и ожидалось, невидимые фокусы стали благодаря этому более интенсивными. Способ действия остается, однако, тем же самым в принципе, что был обнародован в 1862 году. Тогда было обнаружено, что мгновенное воздействие передней части термоэлектрического столбика на фокус невидимых лучей яростно отбрасывало стрелки грубого гальванометра. Теперь обнаружено, что при замене передней части термоэлектрического столбика горючим телом невидимые лучи способны поджечь это тело.

6. Видимые и невидимые лучи электрического света.

Нам предстоит далее исследовать, какую долю несамосветящиеся лучи электрического света составляют по отношению к световым. Это позволяет нам сделать непрозрачный раствор йода с чрезвычайно близким приближением к истине.

Чистый сероуглерод, который является растворителем йода, совершенно прозрачен для световых и почти совершенно прозрачен для темных лучей электрической лампы. Предположим, что полное излучение лампы проходит через прозрачный сероуглерод, в то время как через раствор йода передаются только темные лучи. Если мы определим с помощью термоэлектрического столбика полное излучение и вычтем из него чисто темное, мы получим значение чисто светового излучения. Эксперименты, проведенные таким образом, доказывают, что если бы все видимые лучи электрического света были сведены в фокус ослепительной яркости, его теплота составила бы лишь одну восьмую от той, что производится в невидимом фокусе невидимых лучей.

Подвергая свои термометры воздействию последовательных цветов солнечного спектра, сэр Уильям Гершель определил нагревающую способность каждого из них, а также области за крайним красным. Затем, проведя прямую линию, чтобы представить длину спектра, он воздвиг в различных точках перпендикуляры, чтобы представить калорическую интенсивность, существующую в этих точках. Соединив концы всех своих перпендикуляров, он получил кривую, которая с первого взгляда показывала способ распределения теплоты в солнечном спектре. Профессор Мюллер из Фрайбурга с улучшенными инструментами впоследствии проделал аналогичные эксперименты и построил более точную диаграмму того же рода. Нам теперь предстоит исследовать распределение теплоты в спектре электрического света; и для этой цели мы будем использовать особую форму термоэлектрического столбика, разработанную Меллони. Его грань представляет собой прямоугольник, который с помощью подвижных боковых частей может быть сделан столь узким, как желательно. Мы можем, например, иметь грань столбика шириной в десятую, сотую или даже тысячную долю дюйма. С помощью бесконечного винта этот линейный термоэлектрический столбик может перемещаться через весь спектр, от фиолетового до красного, причем количество теплоты, падающей на столбик в каждой точке его пути, объявляется магнитной стрелкой, связанной со столбиком.

Когда этот инструмент подводится к фиолетовому концу спектра электрического света, теплота оказывается нечувствительной. По мере того как столбик постепенно перемещается от фиолетового конца к красному, теплота вскоре проявляется, увеличиваясь по мере приближения к красному. Из всех цветов видимого спектра красный обладает самой высокой нагревающей способностью. При продвижении столбика в темную область за красным теплота, вместо того чтобы исчезнуть, внезапно и чрезвычайно возрастает в интенсивности, пока на некотором расстоянии за красным она не достигает максимума. При дальнейшем движении столбика вперед тепловая мощность падает, несколько быстрее, чем она росла. Затем она постепенно затухает, но на расстоянии за красным, превышающем длину всего видимого спектра, могут быть обнаружены признаки теплоты.

Проведя линию отсчета и воздвигнув вдоль нее перпендикуляры, пропорциональные по длине тепловой интенсивности в соответствующих точках, мы получаем необычайную кривую, показанную на противоположной странице, которая демонстрирует распределение теплоты в спектре электрического света. В области темных лучей, за красным, кривая взлетает к B в крутой и массивный пик — своего рода Маттерхорн теплоты, который затмевает часть диаграммы C D E, представляющую световое излучение. Действительно, идея, навязываемая разуму этой диаграммой, заключается в том, что световые лучи являются лишь незначительным придатком к тепловым лучам, представленным областью A B C D, добавленным, так сказать, природой для целей зрения.

Рисунок 1. Спектр электрического света.

Диаграмма, нарисованная профессором Мюллером для представления распределения теплоты в солнечном спектре, отнюдь не так поразительна, как только что описанная, и причина, несомненно, в том, что до достижения Земли солнечные лучи должны пройти через нашу атмосферу. Рассеянным там водяным паром вершина пика, представляющего невидимое излучение солнца, срезается. Подобное понижение горы невидимой теплоты наблюдается, когда лучам от электрического света позволено пройти через пленку воды, которая действует на них так же, как атмосферный пар действует на лучи солнца.

7. Сжигание невидимыми лучами.

Невидимые лучи солнца далеко превосходят видимые по нагревающей способности, так что если бы предполагаемые действия Архимеда во время осады Сиракуз имели какое-либо основание в фактах, темные солнечные лучи были бы главными агентами сжигания философа. В малом масштабе мы можем легко произвести с помощью чисто невидимых лучей электрического света все то, что Архимед, как говорят, совершил с полным излучением солнца. Поместив за электрическим светом небольшое вогнутое зеркало, лучи сводятся в фокус, причем конус отраженных лучей и точка их схождения становятся ясно видимыми благодаря пыли, всегда плавающей в воздухе. Поместив между световым фокусом и источником лучей наш раствор йода, свет конуса полностью отсекается; но невыносимая теплота, ощущаемая, когда рука помещается даже на мгновение в темный фокус, показывает, что калорические лучи проходят беспрепятственно через непрозрачный раствор.

Почти все, что может совершить обычный огонь, может быть достигнуто в фокусе невидимых лучей; воздух в фокусе остается в то же время совершенно холодным из-за своей прозрачности для тепловых лучей. Воздушный термометр с полым баллоном из каменной соли не подвергся бы воздействию теплоты фокуса: не было бы расширения, а на открытом воздухе нет конвекции. Эфир в фокусе, а не воздух, является веществом, в котором воплощена теплота. Блок дерева, помещенный в фокус, поглощает теплоту, и плотные объемы дыма быстро поднимаются вверх, показывая способ, которым сам воздух поднимался бы, если бы невидимые лучи были способны нагреть его. В совершенно темном фокусе сухая бумага мгновенно воспламеняется: щепки дерева быстро сгорают: свинец, олово и цинк плавятся: и диски обугленной бумаги доводятся до яркого накала. Можно было бы предположить, что темные лучи не проявили бы предпочтения черного перед белым; но они проявляют предпочтение, и для получения быстрого сжигания тело, если оно еще не черное, должно быть почернено. Когда металлы должны быть сожжены, необходимо почернить или иным образом потускнить их, чтобы уменьшить их отражательную способность. Почерненная цинковая фольга при внесении в фокус невидимых лучей мгновенно вспыхивает и горит своим специфическим пурпурным светом. Магниевая проволока, сплющенная, или потускневшая магниевая лента также вспыхивают. Куски древесного угля, подвешенные в приемнике, полном кислорода, также поджигаются, когда на них падает невидимый фокус; темные лучи, пройдя через приемник, все еще обладают достаточной силой, чтобы воспламенить уголь и тем самым инициировать атаку кислорода. Если вместо погружения в кислород уголь подвесить в вакууме, он немедленно светится в месте, куда падает фокус.

8. Трансмутация лучей: калоресценция.

[Сноска: Я заимствую этот термин у профессора Чаллиса, «Философский журнал», том xii, стр. 521.]

Выдающиеся экспериментаторы долго были заняты демонстрацией существенного тождества света и лучистой теплоты, и у нас теперь есть средства предложить новое и поразительное доказательство этого тождества. Вогнутое зеркало создает за объектом, который оно отражает, перевернутое и увеличенное изображение объекта. Убрав, например, наш раствор йода, мы получим интенсивно светящееся перевернутое изображение угольных стержней электрического света в фокусе зеркала, используемого в предыдущих экспериментах. Когда раствор вставлен и свет отсечен, что становится с этим изображением? Оно исчезает из виду; но остается невидимый термограф, и только особое устройство наших глаз лишает нас возможности видеть картину, образованную калорическими лучами. Падая на белую бумагу, изображение обугливает себя: падая на черную бумагу, в ней пробиваются два отверстия, соответствующие изображениям двух кокс-стержней: но падая на тонкую пластинку углерода в вакууме или на тонкий лист платинированной платины, либо в вакууме, либо в воздухе, лучистая теплота превращается в свет, и изображение запечатлевает себя в ярком накале как на углероде, так и на металле. Результаты, подобные тем, что были получены с электрическим светом, были также получены с невидимыми лучами известкового света и солнца.

Перед кембриджской аудиторией едва ли необходимо ссылаться на превосходные исследования профессора Стокса на противоположном конце спектра. Вышеприведенные результаты составляют своего рода дополнение к его открытиям. Профессор Стокс назвал явления, которые он открыл и исследовал, флуоресценцией; для новых явлений, описанных здесь, я предложил термин калоресценция. Он, путем вставки подходящей среды, настолько понизил преломляемость ультрафиолетовых лучей спектра, что сделал их видимыми. Здесь, путем вставки платиновой фольги, преломляемость ультракрасных лучей настолько повышается, что делает их видимыми. Глядя через призму на раскаленное изображение угольных стержней, свет изображения разлагается, и получается полный спектр. Невидимые лучи электрического света, переформированные атомами платины, сияют таким образом видимым образом; ультракрасные лучи превращаются в красные, оранжевые, желтые, зеленые, синие, индиго, фиолетовые и ультрафиолетовые. Могли бы мы, кроме того, поднять первоначальный источник лучей до достаточно высокой температуры, мы могли бы не только получить из темных лучей такого источника одно раскаленное изображение, но из темных лучей этого изображения мы могли бы получить второе, из темных лучей второго — третье и так далее — ряд полных изображений и спектров, извлеченных таким образом из невидимого излучения первоначального источника. [Сноска: При исследовании калоресценции, произведенной лучами, прошедшими через стекла различных цветов, было обнаружено, что в случае определенных образцов синего стекла платиновая фольга светилась розовым или пурпурным светом. Эффект не был субъективным, и соображения очевидного интереса подсказываются им. Различные виды черного стекла заметно различаются по своей способности пропускать лучистую теплоту. Когда они тонкие, некоторые описания окрашивают солнце в зеленоватый оттенок: другие заставляют его казаться светящимся красным без всякого следа зеленого. Последние гораздо более диатермичны, чем первые. Фактически, углерод, когда он идеально растворен и включен в хорошее белое стекло, высокопрозрачен для калорических лучей, и при использовании его в качестве поглотителя явления «калоресценции» могут быть получены, хотя и в менее поразительной форме, чем с йодом. Черное стекло, выбранное для термометров и предназначенное для полного поглощения солнечной теплоты, может полностью не справиться с этой задачей, если стекло, в которое включен углерод, бесцветно. Чтобы сделать баллон термометра идеальным поглотителем, стекло должно быть в первую очередь зеленым. Вскоре после открытия флуоресценции покойный доктор Уильям Аллен Миллер указал на известковый свет как на иллюстрацию повышенной преломляемости. Прямые эксперименты с тех пор полностью подтвердили точку зрения, выраженную на странице 210 его работы по «Химии», опубликованной в 1855 году.]

9. Нечувствительность зрительного нерва к калорическим лучам.

Слой йода, использованный в предыдущих экспериментах, перехватывал лучи полуденного солнца. Никакого следа света от электрической лампы не было видно в самой темной комнате, даже когда белый экран был помещен в фокус зеркала, используемого для концентрации света. Однако возникла мысль, что если бы сама сетчатка была внесена в фокус, ощущение света могло бы быть испытано. Опасность этого эксперимента была двоякой. Если бы темные лучи поглощались в высокой степени гуморами глаза, альбумин гуморов мог бы коагулировать вдоль линии лучей. Если бы, напротив, такого высокого поглощения не происходило, лучи могли бы достичь сетчатки с силой, достаточной для ее разрушения. Чтобы проверить вероятность этих результатов, были проведены эксперименты на воде и на растворе квасцов, и они показали, что очень маловероятно, чтобы за короткое время, необходимое для эксперимента, мог быть нанесен какой-либо серьезный ущерб. Поэтому глаз заставили приблизиться к темному фокусу, причем никакой защиты в первом случае не было предусмотрено; но теплота, действующая на части, окружающие зрачок, не могла быть перенесена. Поэтому в металлической пластине было проделано отверстие, и глаз, помещенный за отверстием, заставили приблизиться к точке схождения невидимых лучей. Фокус был достигнут сначала зрачком, а затем сетчаткой. Убрав глаз, но позволив металлической пластине остаться, лист платиновой фольги был помещен в положение, занимаемое сетчаткой мгновением ранее. Платина стала раскаленной докрасна. Никакого ощутимого ущерба глазу этим экспериментом нанесено не было; никакого впечатления света не было произведено; зрительный нерв даже не осознавал теплоты.

Однако известно, что глазные среды в значительной степени непроницаемы для невидимых калорических лучей, и поэтому возникает вопрос: «Доходило ли вообще излучение в предыдущем эксперименте до сетчатки?» Ответ заключается в том, что лучи частично передавались на сетчатку, а частично поглощались глазными средами. Эксперименты на глазу быка показали, что доля невидимых лучей, достигавших сетчатки, составляла 18 процентов от общего излучения, тогда как световое излучение от электрического света составляет не более 10 процентов от того же общего количества. Если бы чисто световые лучи электрической лампы были сведены нашим зеркалом в фокус, не могло бы быть никаких сомнений относительно участи сетчатки, помещенной туда. Ее разрушение было бы неизбежным; и все же это было бы вызвано количеством волнового движения, лишь немногим превышающим половину того, которое сетчатка, не вызывая сознательного ощущения, выдерживает в фокусе невидимых лучей.

Этот предмет заслуживает еще одного момента внимания. На обычном расстоянии в один фут видимое излучение электрического света, используемого в этих экспериментах, в 800 раз превышает свет свечи. На том же расстоянии часть излучения электрического света, которая достигает сетчатки, но не вызывает зрения, примерно в 1500 раз превышает световое излучение свечи. [Сноска: Следует помнить, что теплота, которую способен генерировать любой луч, светящийся или несветящийся, является истинной мерой энергии луча.] Но свечу в ясную ночь можно легко увидеть на расстоянии мили, причем ее свет на этом расстоянии составляет менее 1/20 000 000 ее света на расстоянии одного фута.

Следовательно, чтобы сделать свет свечи на расстоянии мили равным по мощности невидимому излучению, получаемому от электрического света на расстоянии фута, его интенсивность пришлось бы умножить на 1500 x 20 000 000, или на тридцать тысяч миллионов. Таким образом, тридцатитысячная миллионная часть невидимого излучения от электрического света, полученная сетчаткой на расстоянии фута, была бы, при небольшом изменении характера, вполне достаточной, чтобы вызвать зрение. Ничто не могло бы более убедительно проиллюстрировать ту особую связь, которая, как предполагали Меллони и другие, существует между зрительным нервом и периодами колебаний светящихся тел. Зрительный нерв, так сказать, откликается на волны, с которыми он находится в созвучии, в то время как он отказывается возбуждаться другими, обладающими почти бесконечно большей энергией, периоды повторения которых не совпадают с его собственными.

10. Устойчивость лучей.

В начале этой лекции было утверждено, что когда платиновая проволока постепенно нагревалась до состояния высокого накала, постоянно добавлялись новые лучи, в то время как интенсивность старых увеличивалась. Так, в экспериментах доктора Дрейпера повышение температуры, которое порождало оранжевый, желтый, зеленый и синий цвета, увеличивало интенсивность красного. Что верно для красного, то верно для любого другого луча спектра, видимого и невидимого. Мы, конечно, не можем видеть увеличение интенсивности в области за красным цветом, но мы можем измерить его и выразить численно. С этой целью был проведен следующий эксперимент: спираль из платиновой проволоки была окружена небольшим стеклянным шаром, чтобы защитить ее от потоков воздуха; через отверстие в шаре лучи могли проходить от спирали и падать затем на термоэлектрический столбик. Поместив перед отверстием непрозрачный раствор йода, платину постепенно нагревали от слабого темного тепла до полного накала со следующими результатами:

Вид спирали

Энергия

невидимого излучения

Темная

Темная, но горячее

Темная, но еще горячее

Слабо-красная

Тускло-красная

Красная

Полностью красная.

Оранжевая

Ярко-оранжевая

144

Желтая

202

Белая

276

Интенсивно-белая

440

Таким образом, увеличение электрического тока, которое нагревает проволоку от ее первоначального темного состояния до интенсивного белого каления, одновременно повышает энергию невидимого излучения, пока в конце она не становится в 440 раз больше, чем была в начале.

То, что здесь было доказано верным для совокупности ультракрасных лучей, верно для каждого из них в отдельности. Поместив наш линейный термоэлектрический столбик в любую часть ультракрасного спектра, можно доказать, что однажды испущенный луч продолжает испускаться с увеличенной энергией по мере повышения температуры. Платиновая спираль, о которой так часто упоминалось, будучи нагретой до белого каления электрическим током, создавала блестящий спектр из своего света. Линейный термоэлектрический столбик был помещен в область невидимых лучей за красным цветом, и путем уменьшения тока спираль была охлаждена до низкой температуры. Затем ее заставили пройти через различные степени темноты и накала со следующими результатами:

Вид

спирали

Энергия

невидимых лучей

Темная

Слабо-красная

Тускло-красная

Красная

Полностью красная.

Оранжевая

Желтая

Белая

122

Здесь, как и в предыдущем случае, темные и яркие излучения достигали своего максимума одновременно; по мере того как одно увеличивалось, увеличивалось и другое, пока, наконец, энергия невидимых лучей выбранной здесь преломляемости не стала в 122 раза больше, чем была вначале. Чтобы достичь белого каления, проволока должна пройти через все стадии невидимого излучения, но в своем самом блестящем состоянии она охватывает в усиленной форме лучи всех этих стадий.

И так обстоит дело со всеми другими видами материи, насколько они были до сих пор исследованы. Кокс, доведенный до белого каления электрическим током или кислородно-водородной горелкой, излучает невидимые лучи с увеличенной энергией по мере усиления его света. То же самое верно для извести, кирпичей и других веществ. Это верно для всех металлов, способных нагреваться до состояния накала. Это также справедливо для фосфора, горящего в кислороде. С каждым всплеском ослепительного света связан всплеск невидимой лучистой теплоты, которая по энергии далеко превосходит свет. Это состояние вещей применимо ко всем телам, способным нагреваться до белого каления, как в твердом, так и в расплавленном состоянии. Это, несомненно, применимо и к светящимся туманам, образующимся при конденсации раскаленных паров. В таких случаях, когда строится кривая, представляющая лучистую энергию тела, невидимое излучение возвышается подобно горе, а световое излучение напоминает лишь «отрог» у ее основания. По самой яркости света некоторых неподвижных звезд мы можем судить об интенсивности того темного излучения, которое является предшественником и неотделимым спутником их световых лучей.

Таким образом, мы обнаруживаем, что световое излучение появляется, когда излучающее тело достигает определенной температуры; или, другими словами, когда вибрирующие атомы тела достигают определенной ширины размаха. В твердых и расплавленных телах определенная амплитуда не может быть превышена без возникновения периодов вибрации, которые вызывают ощущение зрения. Как мы должны это представить? Если позволено строить догадки, мы могли бы спросить: не являются ли эти более быстрые вибрации порождением более медленных? Не является ли это на самом деле результатом взаимного действия атомов, когда они колеблются в очень широких пространствах и, таким образом, вторгаются в пространство друг друга, что заставляет их дрожать с более быстрыми периодами? Если это так, то каким бы ни было воздействие, с помощью которого достигается большое пространство колебаний, мы будем иметь связанные с ним светоизлучающие вибрации. Не имеет значения, производятся ли большие амплитуды ударами молота, или ударами молекул невидимого газа, такого как воздух на некоторой высоте над газовым пламенем, или ударами частиц эфира при передаче лучистой теплоты. Результатом во всех случаях будет накал. Таким образом, невидимые волны нашего отфильтрованного электрического луча можно рассматривать как генерирующие синхронные вибрации среди атомов платины, на которые они падают; но как только эти вибрации достигают определенной амплитуды, взаимное столкновение атомов порождает более быстрые дрожания, и светоизлучающие волны следуют как необходимый продукт теплоизлучающих.

11. Поглощение лучистой теплоты парами и запахами.

Мы начали демонстрации, представленные в этой лекции, с экспериментов на постоянных газах, и теперь мы должны обратить наше внимание на пары летучих жидкостей. Здесь, как и в случае с газами, были доказаны огромные различия между различными видами молекул в отношении их способности перехватывать калорические волны. В то время как некоторые пары позволяют волнам относительно свободное прохождение, малейшая примесь других паров вызывает отклонение магнитной стрелки. Принимая поглощение, осуществляемое воздухом при давлении в одну атмосферу, за единицу, ниже приведены значения поглощения, осуществляемого рядом паров при давлении 1/60 атмосферы:

Название пара

Поглощение

Сероуглерод

Йодистый метил

115

Бензол

136

Амилен

321

Серный эфир

440

Муравьинокислый эфир

548

Уксуснокислый эфир

612

Сероуглерод является самым прозрачным паром в этом списке, а уксуснокислый эфир — самым непрозрачным; однако 1/60 атмосферы первого производит в 47 раз больший эффект, чем целая атмосфера воздуха, в то время как 1/60 атмосферы последнего производит в 612 раз больший эффект, чем целая атмосфера воздуха. Приводя сухой воздух к давлению уксуснокислого эфира, используемого здесь, и сравнивая их затем вместе, количество волнового движения, перехваченного эфиром, было бы во много тысяч раз больше, чем перехваченного воздухом.

Любой из этих паров, выпущенный в свободную атмосферу перед телом, испускающим невидимые лучи, перехватывает больше или меньше излучения. Подобный эффект производят духи, рассеянные в воздухе, хотя их разреженность, как известно, почти бесконечна. Пропуская, например, поток сухого воздуха над промокательной бумагой, смоченной пачули, запах, подхваченный потоком, поглощает в 30 раз больше тепла, чем перехватывает воздух, который его несет; и все же пачули действует на лучистую теплоту слабее, чем любые другие исследованные духи.

Ниже приведены результаты, полученные с различными эфирными маслами, причем запах в каждом случае переносился потоком сухого воздуха в трубку, уже использованную для газов и паров:

Название духов

Поглощение

Пачули

Сандаловое дерево

Герань

Масло гвоздики

Розовое масло

Бергамот

Нероли

Лаванда

Лимон

Португальское масло

Тимьян

Розмарин

Лавровое масло

Цветы ромашки

Кассия

109

Нард

355

Анис

372

Таким образом, поглощение трубкой, полной сухого воздуха, равно 1, поглощение запаха пачули, рассеянного в ней, равно 30, лаванды — 60, розмарина — 74, тогда как поглощение аниса достигает 372. Было бы праздным строить догадки о количествах материи, участвующих в этих действиях.

12. Водяной пар в отношении к земным температурам.

Теперь мы полностью готовы к результату, который без такой подготовки мог бы показаться невероятным. Вода в некоторой степени является летучим телом, и наша атмосфера, покоящаяся на поверхности океана, получает от него постоянный запас водяного пара. Было бы ошибкой смешивать облака, туман или любую видимую дымку с водяным паром, который является совершенно неощутимым газом, рассеянным даже в самые ясные дни по всей атмосфере. По сравнению с огромной массой воздуха, содержащийся в нем водяной пар составляет почти бесконечно малое количество: 99,5 из каждых 100 частей атмосферы состоят из кислорода и азота. В отсутствие эксперимента мы никогда не подумали бы приписывать этому скудному и изменчивому компоненту какое-либо важное влияние на земное излучение; и все же его влияние гораздо сильнее, чем влияние огромной массы воздуха. Сказать, что в день со средней влажностью в Англии атмосферный пар оказывает в 100 раз большее действие, чем сам воздух, было бы, безусловно, преуменьшением факта. Сравнивая одну молекулу водяного пара с атомом любого из основных компонентов нашей атмосферы, я не готов сказать, во сколько тысяч раз действие первого превышает действие последнего.

Но следует помнить, что эти большие числа зависят отчасти от крайней разреженности воздуха; сила водяного пара кажется огромной, потому что сила воздуха, с которым он сравнивается, бесконечно мала. В абсолютном же выражении это вещество, несмотря на свой малый удельный вес, оказывает очень сильное действие. Вероятно, от 10 до 15 процентов тепла, излучаемого землей, поглощается в пределах 10 или 20 футов от поверхности земли. Это, очевидно, должно иметь огромное значение для жизни мира. Представьте себе поверхностные молекулы земли, взволнованные движением тепла и передающие его окружающему эфиру; это движение было бы быстро унесено и навсегда потеряно для нашей планеты, если бы волнам эфира не с чем было бороться на своем пути наружу, кроме воздуха. Но водяной пар подхватывает это движение и благодаря этому нагревается, окутывая землю, словно теплой одеждой, и защищая ее поверхность от смертельного холода, который она в противном случае испытала бы. Различные философы размышляли о влиянии атмосферной оболочки. Де Соссюр, Фурье, М. Пуйе и г-н Хопкинс — все они обогатили научную литературу вкладами по этому вопросу, но соображения, которые эти выдающиеся люди применили к атмосферному воздуху, должны, если мои эксперименты верны, быть перенесены на водяной пар.

Наблюдения метеорологов дают важное, хотя до сих пор и неосознанное свидетельство влияния этого агента. Везде, где воздух сухой, мы подвержены ежедневным экстремальным температурам. Днем в таких местах тепло солнца достигает земли беспрепятственно и делает максимум высоким; ночью, с другой стороны, тепло земли уходит беспрепятственно в пространство и делает минимум низким. Следовательно, разница между максимумом и минимумом наибольшая там, где воздух суше всего. На равнинах Индии, на высотах Гималаев, в Центральной Азии, в Австралии — везде, где царит засуха, мы имеем жару дня, резко контрастирующую с холодом ночи. В самой Сахаре, когда солнечные лучи перестают падать на раскаленную почву, температура быстро падает до замерзания, потому что нет пара над головой, чтобы сдержать калорический сток. И здесь можно было бы добавить еще один пример к уже известным, в которых природа стремится, так сказать, сдержать свой собственный избыток. При ночном охлаждении водяной пар воздуха конденсируется в воду на поверхности земли; и, поскольку излучают только поверхностные части, акт конденсации делает воду излучающим телом. Теперь эксперимент доказывает, что для лучей, испускаемых водой, водяной пар особенно непрозрачен. Следовательно, сам акт конденсации, являющийся следствием земного охлаждения, становится защитой для земли, придавая ее излучению тот особый характер, который делает его наиболее склонным к тому, чтобы не уходить в пространство.

Можно было бы, однако, возразить, что, поскольку мы получаем все наше тепло от солнца, то же самое покрытие, которое защищает землю от холода, должно также преграждать путь солнечному излучению. Это частично верно, но только частично; солнечные лучи отличаются по качеству от земных лучей, и вовсе не следует, что вещество, которое поглощает одни, должно обязательно поглощать другие. Через слой воды, например, толщиной в одну десятую дюйма солнечные лучи проходят с относительной свободой; но через слой вдвое меньшей толщины, как доказал Меллони, ни один луч от нагретой земли пройти не мог. Точно так же солнечные лучи проходят с относительной свободой через водяной пар воздуха: поглощающая способность этого вещества проявляется главным образом по отношению к невидимой теплоте, которая стремится уйти с земли. Вследствие этого дифференциального действия на солнечную и земную теплоту средняя температура нашей планеты выше, чем это обусловлено ее расстоянием от солнца.

13. Жидкости и их пары в отношении к лучистой теплоте.

Поведение, приписываемое здесь атмосферному пару, было установлено прямыми экспериментами на нем, взятом с улиц и парков Лондона, с холмов Эпсома, с холмов и морского берега острова Уайт, а также экспериментами на воздухе, сначала высушенном, а затем искусственно увлажненном чистой дистиллированной водой. Это было также установлено следующим образом: десять летучих жидкостей были взяты наугад, и была тщательно определена способность этих жидкостей при общей толщине перехватывать волны тепла. Затем были взяты пары этих жидкостей в количествах, пропорциональных количествам жидкости, и была также определена способность паров перехватывать волны тепла.

Начиная с вещества, которое проявляло наименьшую поглощательную способность, и переходя к наиболее энергичному, наблюдался следующий порядок поглощения:

Жидкости

Пары

Сероуглерод

Хлороформ

Йодистый метил

Йодистый этил

Бензол

Амилен

Серный эфир

Уксуснокислый эфир

Муравьинокислый эфир

Спирт

Вода

Мы здесь находим, что порядок поглощения в обоих случаях одинаков. Мы освободили молекулы от связей, которые в большей или меньшей степени сковывают их в жидком состоянии; но это изменение в их состоянии агрегации не меняет их относительной способности к поглощению. Ничто не могло бы более ясно доказать, что акт поглощения зависит от отдельной молекулы, которая одинаково проявляет свою силу как в жидком, так и в газообразном состоянии. Мы можем с уверенностью заключить из приведенной выше таблицы, что положение пара определяется положением его жидкости. Теперь, в самом низу списка жидкостей стоит вода, выделяясь среди всех остальных своей огромной способностью к поглощению. И из этого факта, даже если бы никогда не было проведено прямого эксперимента с водяным паром, мы имели бы право классифицировать этот пар как наш самый мощный поглотитель лучистой теплоты. Его разреженность, однако, уменьшает его действие. Я доказал, что слой воздуха толщиной в два дюйма, окружающий нашу планету и насыщенный парами серного эфира, перехватывал бы 35 процентов земного излучения. И хотя количество водяного пара, необходимое для насыщения воздуха, намного меньше, чем количество паров серного эфира, которое он может удерживать, все же крайне вероятно, что оценка, уже сделанная для действия атмосферного пара в пределах 10 футов от поверхности земли, занижена; и что мы обязаны этому удивительному веществу в степени, точно не определенной, но, безусловно, гораздо большей, чем до сих пор предполагалось, той температурой, которая существует сейчас на поверхности земного шара.

14. Взаимность излучения и поглощения.

Во всех размышлениях, которые до сих пор занимали нас, перед нашим умом представал образ излучающего источника, посылающего калорические волны, которые при прохождении среди молекул газа или пара перехватывались этими молекулами в различной степени. Во всех случаях именно перенос движения от эфира к сравнительно спокойным молекулам газа или пара занимал наши мысли. Теперь мы должны изменить форму нашей концепции и представить эти молекулы не как поглотители, а как излучатели, не как получатели, а как инициаторы волнового движения. То есть мы должны представить их вибрирующими и генерирующими в окружающем эфире колебания, которые проносятся через него со скоростью света. Наша цель теперь состоит в том, чтобы выяснить, не проявляет ли акт химического соединения, который оказывается столь мощным в отношении явлений поглощения, свою силу также в явлениях излучения. Для исследования этого вопроса необходимо, во-первых, нагреть наши газы и пары до одной и той же температуры, а затем исследовать их способность передавать движение, таким образом сообщенное им, эфиру, в котором они колеблются.

Нагретый медный шар был помещен над кольцевой газовой горелкой, имеющей большое количество мелких отверстий, причем горелка была соединена трубкой с сосудами, содержащими различные исследуемые газы. При легком давлении газы нагнетались через отверстия горелки на медный шар, где каждый из них, нагреваясь, поднимался восходящим потоком. Термоэлектрический столбик, полностью экранированный от горячего шара, подвергался воздействию излучения теплого газа, в то время как отклонение магнитной стрелки, соединенной со столбиком, указывало на энергию излучения.

Этим способом эксперимента было доказано, что то самое молекулярное устройство, которое делает газ мощным поглотителем, делает его мощным излучателем — что атом или молекула, способные перехватывать калорические волны, в той же степени способны их испускать. Таким образом, в то время как атомы элементарных газов оказались неспособными испускать какое-либо заметное количество лучистой теплоты, молекулы сложных газов оказались способными мощно возмущать окружающий эфир. Специальными методами эксперимента было доказано, что то же самое справедливо для паров летучих жидкостей, причем излучательная способность каждого пара оказалась пропорциональной его поглощательной способности.

Метод эксперимента, использованный здесь, хотя и не является простейшим, все же легко усвоить. Когда воздух впускается в откачанную трубку, температура воздуха повышается до степени, эквивалентной погашенной живой силе. [Сноска: См. выше определение живой силы.] Такой воздух называется динамически нагретым, и, если он чист, он оказывается неспособным излучать, даже если для прохождения его лучей предусмотрено окно из каменной соли. Но если вместо того, чтобы быть пустым, трубка содержит небольшое количество пара, нагретый воздух передает свое тепло при контакте пару, молекулы которого преобразуют в лучистую форму тепло, переданное им атомами воздуха. Этим процессом, который я назвал динамическим излучением, была также окончательно доказана взаимность излучения и поглощения. [Сноска: Когда нагретый воздух передает свое движение другому газу или пару, перенос тепла сопровождается изменением периода вибрации. Динамическое излучение паров становится возможным благодаря этой трансмутации вибраций.]

В превосходных исследованиях Лесли, Де ла Провоста и Детена, а также Бальфура Стюарта та же взаимность в отношении твердых тел была проиллюстрирована по-разному; в то время как труды, теоретические и экспериментальные, Кирхгофа придали этому предмету удивительное расширение и обогатили его приложениями самого высокого рода. К их результатам теперь следует добавить вышеизложенные, благодаря которым газы и пары, которые до сих пор считались недоступными для экспериментов с термоэлектрическим столбиком, доказываются им как проявляющие неразрывную двойственность излучения и поглощения, причем влияние химического соединения на оба проявляется самым решительным и необычайным образом.

15. Влияние периода вибрации и молекулярной формы. Физический анализ человеческого дыхания.

В предыдущих экспериментах с газами и парами я использовал повсюду невидимые лучи и обнаружил, что некоторые из этих тел настолько непроницаемы для лучистой теплоты, что на длине в несколько футов они перехватывают каждый луч так же эффективно, как слой смолы. Вещества, однако, которые оказываются таким образом непрозрачными для лучистой теплоты, совершенно прозрачны для света. Теперь лучи света отличаются от лучей невидимой теплоты лишь по периоду, причем первые не воздействуют на сетчатку, потому что их периоды повторения слишком медленны. Следовательно, так или иначе, прозрачность наших газов и паров зависит от периодов волн, которые падают на них. Какова природа этой зависимости? Адмиральные исследования Кирхгофа помогают нам ответить. Атомы и молекулы каждого газа имеют определенные скорости колебаний, и наиболее обильно поглощаются те волны эфира, чьи периоды повторения синхронизируются с периодами атомных групп, среди которых они проходят. Таким образом, когда мы обнаруживаем, что невидимые лучи поглощаются, а видимые проходят через слой газа, мы заключаем, что периоды колебаний атомов, составляющих газовые молекулы, совпадают с периодами невидимого, а не видимого спектра.

Требуется некоторая дисциплина воображения, чтобы сформировать ясную картину этого процесса. Такая картина, однако, возможна и должна быть получена. Когда волны эфира падают на молекулы, периоды вибрации которых совпадают с повторением колебаний, своевременные удары волн увеличивают вибрацию молекул, подобно тому как тяжелый маятник приводится в движение хорошо рассчитанными толчками дыхания. Миллионы миллионов ударов принимаются каждую секунду от калорических волн; и нетрудно видеть, что, поскольку каждая волна прибывает как раз вовремя, чтобы повторить действие своей предшественницы, молекулы должны в конечном итоге быть вынуждены колебаться в более широких пространствах, чем если бы прибытия не были так рассчитаны. На самом деле, нетрудно видеть, что совокупность молекул, на которые воздействуют противоборствующие волны, может оставаться практически неподвижной. Это действительно имеет место, когда волны видимого спектра проходят через прозрачный газ или пар. Здесь нет заметного переноса движения от эфира к молекулам; другими словами, нет заметного поглощения тепла.

Один яркий пример влияния периода может быть здесь записан. Углекислый газ является одним из самых слабых поглотителей лучистой теплоты, испускаемой твердыми телами. Он, например, в значительной степени прозрачен для лучей, испускаемых уже упомянутой нагретой медной пластиной. Существуют, однако, определенные лучи, сравнительно немногочисленные, испускаемые медью, для которых углекислый газ непроницаем; и если бы мы могли получить источник тепла, испускающий только такие лучи, мы обнаружили бы, что углекислый газ более непрозрачен для излучения от этого источника, чем любой другой газ. Такой источник действительно найден в пламени окиси углерода, где горячий углекислый газ составляет основное излучающее тело. Из лучей, испускаемых нашей нагретой медной пластиной, олефиновый газ поглощает в десять раз большее количество, чем поглощается углекислым газом. Из лучей, испускаемых пламенем окиси углерода, углекислый газ поглощает в два раза больше, чем олефиновый газ. Это удивительное изменение в способности первого как поглотителя просто объясняется тем фактом, что периоды горячего и холодного углекислого газа идентичны и что волны от пламени свободно передают свое движение молекулам, которые синхронизируются с ними. Таким образом, одна десятая атмосферы углекислого газа, заключенная в трубку длиной четыре фута, поглощает 60 процентов излучения от пламени окиси углерода, в то время как одна тридцатая атмосферы поглощает 48 процентов тепла от того же источника.