К концу XIX века торжество теории Максвелла стало поистине триумфальным. Сбылись практически все ее представления. Мир оказался буквально заполненным электромагнитыми волнами. Это были и световые волны, и открытые в опытах Герца радиоволны, и инфракрасные, тепловые волны, излучаемые обыкновенной печкой и недавно открытое рентгеновское излучение. Оставалось неясным, почему такие, казалось бы, различные вещи, как пятнышко светлячка, раскаленная печная заслонка или проводник с током, а точнее — электрическая искра в опытах Герца, делают одно и то же: излучают электромагнитные волны. Но это уже, как говорится, другой вопрос. Волны существовали. Всякий раз это удавалось неопровержимо доказать путем наблюдения интерференции и дифракции. И вот когда физики вполне могли бы успокоиться и почить на лаврах, вдруг... Ох уж эти вечные «вдруг»!..
В 1990 году исполнится 90 лет со дня выхода в свет первых работ немецкого ученого Макса Планка (1858 — 1947), посвященных теории излучения черного тела. 27 апреля 1900 года в Королевском институте в Лондоне состоялся весьма примечательный доклад одного из крупнейших физиков того времени лорда У. Кельвина (1824 — 1907), озаглавленный «Тучи XX века над динамической теорией тепла и света». Суть дела состояла вот в чем.
В конце XIX века дальнейшее развитие физики существенно тормозили две нерешенные проблемы. Первая — проблема эфира. К тому времени ученые уже знали, что свет — электромагнитные волны. Доказал это еще Максвелл с помощью своих уравнений, о которых я недавно рассказал. Но если волны — то в чем? В те времена люди никак не могли представить себе, чтобы какие-то действия передавались через пустоту. По-видимому, пустота заполнена эфиром, колебания которого и есть электромагнитные волны, думали они. Но коли так, эфир должен в чем-то себя проявлять — например, тормозить движение Земли и других планет. Этого-то как раз и не наблюдалось. Загадку эфира решил Эйнштейн, точнее, доказал, что никакого эфира не существует. Произошло это, правда, несколько позже.
Вторая проблема была связана с излучением черного тела. Что тела излучают, вам хорошо известно. Нагретая печка излучает инфракрасные лучи. Если как следует разогреть спираль в электрической лампочке, она излучает самый что ни на есть белый свет. Было известно также, что черное тело поглощает большую часть падающего на него света и в то же время лучше всего излучает (кстати, самое черное тело — это дырка в черном теле). Законы излучения черного тела ученым никак не давались. Как они ни бились, получалось, что тело, нагретое до определенной температуры, излучает бесконечное количество энергии.
Занялся второй проблемой Макс Планк. Он сам писал о себе, что со студенческих лет его «прежде всего интересовали всеобщие законы, имеющие значение для всех процессов, протекающих в природе, и не зависящие от свойств тел, в этих процессах участвующих». Долго мучился Планк с проблемой излучения черного тела. По его собственным словам, он даже «был близок к тому, чтобы от них (то есть от попыток решить эту проблему) отказаться окончательно». Но тут произошло нечто из ряда вон выходящее.
На заседании Немецкого физического общества 19 октября 1900 года Ф. Курльбаум и Г. Рубенс сообщили о своих результатах измерений в области очень больших длин волн. Однако за несколько дней до заседания Курльбаум и Рубенс сообщили свой результат Планку, у которого оставалось время, чтобы использовать его в своих вычислениях. И все получилось! Вывел Планк закон излучения черного тела и доложил о нем на том же заседании 19 октября. Одновременно Планк высказал гипотезу о том, что всякое излучение образуется или поглощается не непрерывно, а порциями. Самая маленькая такая порция определяется постоянной Планка. Еще восемь лет Планк затратил на то, чтобы теоретически обосновать свою гипотезу.
