Дмитрий Сергеевич Рождественский

Если основателем советской физики в Москве был П. Н. Лебедев и его ученики, то в Петербурге сложилось несколько центров, возникших из университета, Политехнического института и Академии наук. Ведущими организаторами советской физики были два замечательных ученых: Д. С. Рождественский и А. Ф. Иоффе.

Д. С. Рождественский

Дмитрий Сергеевич Рождественский родился 7 апреля 1876 г. в Петербурге в семье учителя гимназии. После окончания гимназии в 1894 г. (гимназию Рождественский окончил с серебряной медалью) он поступил на естественное отделение физико-математического факультета, но вскоре перешел на математическое отделение, которое окончил в 1900 г. по физической специальности. После окончания университета, проработав год лаборантом в Военно-медицинской академии, Рождественский уезжает для продолжения образования в Германию. Вернувшись из-за границы в 1903 г., он поступает в Петербургский университет лаборантом. В 1907 г. он вновь уезжает за границу и работает в Парижском университете. В 1910 г. он возвращается в Петербургский университет, где ведет педагогическую и научную работу. Его научные интересы в этот период сосредоточиваются на оптике, а именно на явлении аномальной дисперсии. Этому явлению была посвящена его магистерская диссертация "Исследования аномальной дисперсии в парах натрия", которую он блестяще защитил в 1912 г. После защиты он становится приват-доцентом Петербургского университета и продолжает работать над аномальной дисперсией. Результатом этой работы явилась докторская диссертация "Простые соотношения в спектре щелочных металлов", которую он успешно защитил в 1915 г. В 1916 г. он избирается профессором Петербургского университета. После Октября он становится организатором и руководителем Оптического института. В 1929 г. его избирают действительным членом Академии наук СССР. Умер Рождественский 25 июня 1940 г.

Остановимся подробнее на классических исследованиях Рождественского по аномальной дисперсии, проведенных им в рассматриваемый период. Свою магистерскую диссертацию "Аномальная дисперсия в парах натрия" он начинает словами: "Исследования дисперсии и поглощения света занимают обширное место в физической литературе последних десятилетий. За это время возникли и получили самостоятельное положение в физике целые новые области явлений; достаточно назвать радиоактивность. И все-таки наряду с ними оптические явления сохраняют свое крупное место в качестве могучего орудия для исследования материи".

Рождественский указывает далее на теорию дисперсии Гельмгольца и объяснение Лоренцем явления Зеемана, которое ввело оптику в схему электронной теории. "Дальнейшее широкое развитие магнитооптики Фогтом ясно показало, что теория, связывающая поглощение и дисперсию, является необходимым фундаментом для объяснения всякого оптического явления".

Смысл этого утверждения Рождественского состоит в том, что и в теории магнитооптических явлений Лоренца-Фогта, и в электромагнитной теории дисперсии исходным пунктом является представление об упруго связанном электроне (или вообще заряженной частице) - излучателе электромагнитных волн.

Наряду с теоретическим исследованием дисперсии в начале XX столетия интенсивно развернулись экспериментальные исследования. Выдающийся американский оптик Роберт Вуд в 1901 г. начал серию работ, посвященных аномальной дисперсии паров натрия. Метод Вуда Рождественский описывал следующим образом: "Кусочек Na помещался в трубке, закрытой с обеих сторон стеклянными пластинками и наполненной водородом или же эвакуированной". Средняя часть трубки, где был Na, подогревалась снизу горелкой; металл испарялся, так что образовывались слои паров, внизу большой плотности, сверху - меньшей. Пары с подобным распределением плотностей действуют как призма, повернутая ребром кверху, т. е. отклоняют лучи, показатель преломления которых больше единицы, к основанию призмы и, обратно, отклоняют их к ребру призмы, если показатель преломления меньше единицы. Подобная призма помещалась в обычную схему скрещенных призм Кундта^*, причем роль второй призмы играл спектроскоп. В фокальной плоскости зрительной трубы на матовую пластинку проектируется до нагрева трубки с Na узкая спектральная полоса, положение середины которой отмечается карандашом. При нагревании трубки полоса эта получает характерные для аномальной дисперсии изгибы вблизи линии и снова прочерчивается карандашом. При охлаждении трубки констатируется, что полоса вернулась точно в прежнее положение. Для определения длин волн отмечается на пластинке положение различных спектральных линий".

^* (Метод скрещенных призм был предложен Ньютоном.)

В 1901 г. итальянский физик Пуччианти предложил интерференционный метод для исследования аномальной дисперсии в парах металлов. Сущность этого метода Рождественский описывает следующим образом: "Два когерентных белых пучка света, интерферируя, дают горизонтальные интерференционные полосы по вертикальной щели спектроскопа. Тогда в окуляре спектроскопа виден спектр с горизонтальными интерференционными полосами. Центральная белая полоса, соответствующая нулю разности хода, строго горизонтальна. Полосы высших порядков наклонны, так как разность хода пропорциональна длине волны..."

Далее Рождественский описывает, что получится, если на пути одного из интерферирующих лучей поместить пластинку толщиной d с показателем преломления n. В этом случае полосы, и прежде всего горизонтальная полоса, сместятся на величину y' = ^(n-1)d/_b. Положив n-1 = f(λ), мы видим, что в спектроскопе нулевая полоса начертит кривую дисперсии y' = ^f(λ)d/_b. Рождественский указывает, что этот изящный метод был предложен в. 1875 г. Э. Махом и применялся Г. Ознобишиным. "С тех пор этот метод был забыт, и через 30 только лет, не зная, по-видимому, об опытах Маха и Ознобишина, его вновь применил Пуччианти".

Сам Рождественский, применяя метод Пуччианти, использовал видоизмененный интерферометр Жамена. Этот интерферометр был разработан и сконструирован самим Рождественским и потому в литературе называется интерферометром Рождественского. Основными частями этого интерферометра были четыре плоскопараллельные пластинки I₁I₂I₃I₄, устанавливаемые параллельно друг другу. На пути интерферирующих лучей ставились две трубки Т и Т₁ одна из которых Т заполнялась парами натрия. Получающиеся полосы интерференции отбрасывались на щель спектрографа с дифракционной решеткой Роуланда. Спектр фотографировался и получились знаменитые спектрограммы Рождественского, ярко изображающие ход аномальной дисперсии вблизи линий натрия D₁ и D₂.

В дальнейшем Рождественский для более детального изучения хода аномальной дисперсии разработал замечательный метод, названный им методом крюков. Суть метода заключалась в том, что на пути второго интерференционного пучка помещалась стеклянная пластинка. Эта пластинка будет создавать наклон интерференционных полос в сторону, обратную наклону от аномальной дисперсии. Там, где наклон от пластинки больше наклона от паров, преобладает наклон от пластинки; там, где пары создают больший наклон, дело обстоит обратным образом; там, где эти наклоны уравновешиваются, получается минимум. В результате получаются характерные изогнутые линии - "крюки". Тщательные исследования и измерения Рождественского привели его к выводу, что формула Зеллмейера вблизи линий поглощения D₁ и D₂

экспериментально подтверждается с точностью до 2,5%. При этом отношение констант ^a₁/_a2 для линий D₁ и D₂ оказалось с точностью до 2% равным 1,98. Оценивая метод крюков, Рождественский отметил, что он оказался очень удобным и дает возможность определения длин волн собственных колебаний вибратора.

Рождественский обнаружил также наличие определенных отступлений от формулы Зеллмейера, которые, однако, настолько малы, что нецелесообразно придумывать новые гипотезы для их объяснения.

Фотографии аномальной дисперсии Рождественского

В 1915 г. Рождественский выступил с докторской диссертацией "Простые соотношения в спектрах щелочных металлов". Эта работа, как он сам пишет, "представляет естественное продолжение вышедшего в 1912 г. труда под заглавием "Аномальная дисперсия в парах натрия". Рождественский считает необходимым углубить изучение дисперсии, с тем чтобы "приблизиться с его помощью к вопросу о строении атома".

Продвижение в исследовании дисперсии Рождественский намечал в трех направлениях:

1. измерение дисперсии внутри линий поглощения,
2. техника работы около других линий спектров щелочных металлов,
3. исследование отношений чисел колеблющихся электронов для целого ряда спектральных линий.

В первом направлении Рождественский вынужден был ограничиться только качественным наблюдением внутри линий D₁ и D₂ без количественных измерений, и главной оказалась последняя задача, попутно с которой решалась и вторая. При этом оказалось, что эти отношения выражаются простыми числами. Так, найденные уже в работе 1912 г. отношения чисел электронов для линий дублета натрия D₁ и D₂ оказались, близкими к 2. Здесь это "наблюдения распространены на 9 дублетов и в шести случаях отношения, несомненно, выражаются отношениями очень небольших целых чисел. Для остальных трех дублетов окончательному установлению этого факта помешали экспериментальные трудности. Полученные числовые отношения не зависят ни от температуры, ни от плотности поглощающего пара".

Рождественский полагает, что эти простые соотношения соответствуют относительной простоте спектрального расщепления линий в магнитном поле и поэтому помогут построить теорию этого расщепления. Существенно, что именно этой работой Рождественский связывает теорию дисперсии и исследование спектров с фундаментальной проблемой строения атома. Об успехах в решении этой проблемы (теория Бора, исследования Мозли и рентгеноскопия) он говорит во введении к своей работе. Но это означает, что Рождественский полностью осознал важное значение оптической спектроскопии для развития атомной физики. Именно эта мысль была положена им в основу научных работ Оптического института, организованного им после Октября.