Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами - Крис Вудфорд Страница 40

Из главы 2 мы узнали, что энергия не возникает ниоткуда и не исчезает никуда. Поскольку свет – разновидность энергии, из закона сохранения энергии следует, что он тоже должен возникать из чего-то, откуда-то должна появляться энергия, которую он переносит. Источник света может быть любым: факел, старая восковая свеча, спрятанная давным-давно на случай перебоев с электричеством и найденная под мойкой, или современная экономичная неоновая лампа.

Откуда же берется свет? Он возникает из атомов. Как мы уже видели ранее, атом – мельчайшая частица материи, основная масса которой сосредоточена в ядре, состоящем из протонов и нейтронов. На периферии атома находятся легкие частицы – электроны. Их обычно столько же, сколько и протонов ^[153]. Чтобы представить себе электроны, которые вращаются вокруг атомного ядра по своим орбитам, представьте себе, что эти орбиты – поперечные срезы головки лука. Но в целом картинки строения атомов, которые мы рисуем (или видим), можно считать правдивыми только с большой натяжкой. Как рассказывает в своей книге об истории деления атома Брайан Кэткарт, ядро атома сравнимо по размерам с «мухой в кафедральном соборе» или с фасолиной в центре футбольного поля ^[154].

Забудем на секунду мух, фасоль и футбол и сосредоточимся на электронах, которые заполняют в атоме пустое пространство. Если атому сообщить некоторую энергию, он «возбудится». При этом один или несколько электронов, двигающихся по удаленным от ядра орбитам, «перепрыгивают» на еще более далекие от ядра орбиты. Теперь, чтобы «вытолкнуть» электрон еще дальше, нужна дополнительная энергия (так же, как вам нужна энергия, чтобы подниматься по приставной лестнице и удаляться от земли). Так атом поглощает энергию извне. Как и люди на приставных лестницах, которым не нравится шататься наверху и которые стараются побыстрее спуститься, атом хочет поскорее вернуться в первоначальное состояние, называемое стабильным. К сожалению, он может достичь этого, только отдав энергию, которую поглотил (можете сравнить его с грабителем, который старается побыстрее закопать добычу). Атом совершает это, «выбрасывая» фотон света примерно через наносекунду (миллиардная доля секунды) после того, как поглотил порцию энергии. После этого электрон внутри него занимает первоначальную орбиту. Именно тогда и возникает свет: атомы поглощают энергию (из тепловых или электрических источников), становятся неустойчивыми и «выбрасывают» свет. Почти любой свет возникает в ходе подобного простого процесса, который называется спонтанной эмиссией (излучением).