невидимых лучей, расположенных за красной частью видимого солнечного спектра и вызывающих нагревание ртутного шарика термометра. Эти лучи позже были названы французским физиком Беккерелем инфракрасными.

Дальнейшее исследование свойств инфракрасных лучей связано с именем итальянского физика Македонио Меллони, посвятившим всю свою научную деятельность вопросам теплового излучения. В 1831 г. Меллони обнаружил, что инфракрасные лучи разнородны и пропускаются водой в различной степени [48]. Спустя два года, он показал, что различные вещества в неодинаковой степени пропускают инфракрасные лучи, и это свойство он обозначил словом диатерман - теплопрозрачный. Меллони убедился, что одно и то же тело неодинаково пропускает инфракрасные лучи от различных источников. В 1834 г. он исследовал свойства инфракрасных лучей, излучаемых различными источниками (спиртовая лампа, медный тигель, нагретый до температуры 390° С, накаленная платиновая спираль, сосуд с кипящей водой), и нашел, что в различных источниках количественное содержание различных инфракрасных лучей очень разнообразно, вплоть до того, что часть из них совершенно отсутствует в некоторых источниках [49].

В 1836 г. Мелони опубликовал результаты своих опытов с поляризацией инфракрасных лучен, а несколько позднее доказал, что эти лучн, подобно видимым лучам, преломляются и отражаются [50]. Во всех опытах Меллони использовал в качестве индикатора инфракрасных лучей висмут-сурьмянистый термостолбик (thermomultiplicateur), который был создан в 1830 г. профессором физики во Флоренции Леопольдом Нобиле и оставался наиболее употребительным приемником излучения до момента изобретения болометра.

Из всех исследований Меллони по преломлению, отражению и поляризации инфракрасных лучей выт-екало, что они тождественны видимым лучам, и поскольку к этому времени волновая теория света была признана почти всеми, большая часть физиков поддерживала волновую теорию теплового излучения, высказанную Юнгом

Ампер, руководствовавшийся плодотворной философской идеей о единстве сил природы, пришел к выводу об общей природе тепловых и световых лучей на основе волновой теории света. Различия в их прохождении сквозь тела Ампер объяснял неодинаковыми длинами волн [16]. Прошли годы, прежде чем взгляд Ампера получил всеобщее признание. Во многом этому способствовали опыты немецкого ученого Карла Кноблауха. В большой работе Исследования о лучистой теплоте, поясненные новыми опытами [40] он привел результаты своих наблюдений над прохождением инфракрасных лучей через различные тела, теплоизлучательной способностью тел, свойствами инфракрасных лучей, излучаемых разными телами при разных температурах, свойствами видимых лучей, испускаемых различными источниками тела и др. Кноблаух нашел также, что жидкости, наполняющие глаз, почти полностью поглощают инфракрасные лучи, вследствие чего последние не достигают сетчатки и не оказывают на глаз никакого воздействия.

Для того, чтобы окончательно утвердить единство природы световых и инфракрасных лучей, Кноблаух в 1848 г. провел серию опытов по двойному преломлению, поляризации и дифракции инфракрасных лучей. За год до этого французские физики Физо и Фуко наблюдали явление интерференции инфракрасных лучей [31], а в 1849 г. профессор физики в Сорбонне Пауль Дезэн и французский физик Фредерик Провостэ показали, что магнит вра-f оскость поляризации инфракрасных лучей так же как и световых 127. В другой работе они установили, что закон квадратов синусов, относящийся к интенсивности поляризованного света, измененного преломлением или отражением, одинаково применим к видимым и инфракрасным лучам, что формулы Френеля для интенсивности света, прошедшего через прозрачную среду, верны и для теплового излучения и, наконец, что законы отраже-одинаковь? поверхностями как видимых, так и инфракрасных лучей ф Таким образом, благодаря исследованиям Мэллони, Кноблауха, Физо, око ° Р°° Дезэна и других ученых к середине прошлого века было нчательно признано единство природы световых и инфракрасных лучей.

Внимание исследователей сосредоточилось в дальнейшем на определении длины волны инфракрасных лучей. Изыскания в этом направлении шли в непрерывно ускоряющемся темпе; открытия следовали одно за другим, и если ранее полагали, что инфракрасные лучи расположены в спектре электромагнитных колебаний только по соседству с видимыми лучами, то постепенно их стали обнаруживать все дальше и дальше.

Физо и Фуко, изучая явление интерференции инфракрасных лучей (1847 ), эталонируют спектр до 1,94 мкм. Мутон, повторяя исследования Физо и Фуко с помощью более точного метода, проходит по спектру до 2,14 мкм (1879). Американский астрофизик Самюэль Ланглей в 1881 г. использует в своих опытах новый прибор для измерения лучистой энергии - болометр, изобретенный в 1857 г. шведским математиком и физиком Адольфом Сван-бергом, и с его помощью определяет с поразительной для того времени точностью дисперсии флинта до 2,7 мкм и каменной соли до 5,3 мкм. Пашен с помощью флюорита продвигает исследования инфракрасных лучей до 9,3 мкм (1894 ), а Рубенс - до 18 мкм (1895). В 1897 г. Рубенс и Никольс открывают метод остаточных лучей и проходят по спектру до 60 мкм. В 1910 г. Рубенс и Вуд используют прозрачность кварца для волн еще большей длины. Оперируя кварцевыми линзами, они выделяют излучения с длиной волны 108... ...ПО мкм; несколько позже Рубенс и Байер, оперируя той же техникой, измеряют излучение газосветной кварцевой лампы с парами ртути до 343 мкм (1914). В 1922 г. Герда Ласки выделяет излучение с длиной волны 400 мкм, а Никольс и Тир повторяю! опыты Рубенса и Байера и обнаруживают инфракрасные лучи длиной волны 420 мкм в излучении маленького электрического осциллятора (1923). Окончательный мост между электромагнитными колебаниями, генерируемыми приборами и излучениями, испускаемыми молекулами и атомами, удалось перекинуть в 1923 г. профессору Московского университета Александре Андреевне Глаголевой-Аркадьевой с помощью открытого ею нового источника - так называемого массового излучателя. Этот источник, в котором электрические искры пропускались через смесь металлических опилок с вязким маслом (вибрационная масса), позволил получить волны длиной от нескольких сантиметров до 82 мкм, т. е. волны, с избытком перекрывшие существовавший тогда пробел в шкале электромагнитных колебаний. Исследованиями Глаголевой-Аркадьевой былк устранены все следы гипотетичности в общности спектра электромагнитных колебаний и подтверждено единство электромагнитной природы света и радиоволн.

Одновременно с исследованиями по определению длин волн инфракрасных лучей разрабатывалась теория теплового излучения. Фундаментом этой теории явился закон, установленный выдающимся немецким физиком Густавом Кирхгофом.

Исходя из термодинамического принципа, согласно которому в системе тел, имеющих одну и ту же температуру, взаимные излучения не нарушают равновесия, Кирхгоф нашел, что отношение излучательной способности тела е (к, Т) к поглощательной способности а (к, Т) одинаково для всех тел, не зависит от их природы и является универсальной функцией длины волны излучения и температуры [39]:

е (К Т)/а (К Т) = f (К, Т). (1.1)

Кирхгоф допустил возможность существования тела, полностью поглощающего весь падающий на него поток, т. е. тела, для которого а (X, Т) I при всех длинах волн независимо от температуры. Такое тело он назв.чл абсолютно черным. Очевидно, для двух тел, одно из которых является абсолютно черным, справедливо соотношение:

е {К Т)1а {К Т) = дчт ПП = j, (1.2)

т. е. отношение излучательной способности тела к поглощательной одинаково для Всех тел и равно излучательной способности абсолютно черного тела.

Дальнейшее развитие теории теплового излучения показало огромное значение введенного Кирхгофом понятия абсолютно черного тел-З, Это пони-

мал и сам Кирхгоф, который утверждал, что законы общего значения могут быть получены только для тела такого рода. Физики сначала не обращали внимания на это высказывание Кирхгофа и лишь в конце XIX в. поняли, что абсолютно черное тело является стандартным излучателем, обладающим вполне определенным распределением энергии в спектре.

Справедливости ради надо отметить, что современник Кирхгофа английский физик Бальфур Стюарт несколько раньше высказал идею, весьма близкую к закону Кирхгофа. С помощью термостолбика и гальванометра Стюарт сравнивал испускание тепловых лучей сажей, стеклом, квасцами, селенитом, слюдой и каменной солью при температуре 100° С и пришел к выводу, что излучательная способность тонких полированных пластин различных веществ меняется пропорционально их поглощательиой способности [65]. У Стюарта было сделано также допущение абсолютно черного тела, но он не дал точного определения этого понятия и не понял значения такой идеализации.

Впоследствии возникла острая дискуссия относительно того, насколько высказывания Стюарта предвосхитили закон Кирхгофа. За два года до смерти, в 1880 г., Стюарт признал ограниченность той теоретической основы, которая послужила ему для выиода закона об отношении между испусканием и поглощением. Но несколько раньше он писал: Я не могу принципиально согласиться с тем, что ученый, доказавший новый закон и имеющий предшественника, который из тех же посылок сделал тот же вывод, обесценивает его труды в силу того, что его решение более полное . Кирхгоф считал Стюарта своим ближайшим предшественником, но историческая заслуга последнего была почти забыта. В действительности труды Стюарта имели в свое время большое значение для выяснения свойств теплового излучения; они были самой высокой ступенью в .этой области до исследований Кирхгофа [2].

В связи с развитием спектрального анализа задача нахождения аналитического выражения универсальной функции Кирхгофа, характеризующей испускательную способность абсолютно черного тела, приобретала все большее теоретическое и практическое значение. Замечательна сила научного предвидения Кирхгофа, который писал: Знание этой функции представляет большой интерес; экспериментальное исследование стоит перед огромными трудностями, но можно надеяться, что эта функция будет определена опытным путем, поскольку она, бесспорно, имеет простую форму, как все до сих пор известные функции, не зависящие от свойств отдельных тел. Лишь когда будет решена эта задача, обнаружится вся плодотворность доказанного закона .

Универсальная функция Кирхгофа Ej j- стала объектом многочисленных теоретических и экспериментальных исследований. Вначале была установлена зависимость для интегрального излучения абсолютно черного тела. Первый шаг в получении этой зависимости был сделан еще Ньютоном, который полагал, что суммарная энергия излучения нагретого тела пропорциональна разности его температуры и температуры окружающей среды [52J. Наблюдениями французских физиков Пьера Дголонга и Алексиса Пти было доказано, что предложенный Ньютоном закон применим лишь в тех случаях, когда разность температур тела и окружающей среды не превышает несколько градусов. Дюлонг и Пти предложили другую формулу, которая в течение почти полустолетия применялась для расчета суммарной энергии излучения нагретого тела [28]. Следует упомянуть также законы интегрального излучения, предложенные Вильгельми (1851) [69] и Розегти (1878) [59]. Однако решительный удар закону Дюлонга и Пти был нанесен критикой австрийского физика Иозефа Стефана, который в 1879 г. сформулировал новый закон интегрального излучения [64].

-гласно этому закону суммарная энергия излучения любого тела про-орциональна разности четвертых степеней абсолютных температур тела t и окружающей среды

R а[(273 + /)* - (273 + Q% (1.3)