Всем привет, народ!
Это подкаст Звездануло, в котором я перевожу науку на человеческий язык.
Вот вам Ютубчик:
А вот Яндекс.музыка:
Ну что, не зря же я в прошлом выпуске про свет столько рассказывал. Давайте теперь к сладкому перейдем.
Если вдруг вы не читали предыдущий эпизод – не сильно страшно, хотя для полноты картины и эффекта восприятия можно и почитать, да.
В общем, сегодня давайте поговорим, что у нас светится?
У нас есть всякие люминесценции, их дофига, так что давайте сначала с ними раскидаемся.
Вообще, люминесценция – это нетепловое свечение, и в сегодняшнем выпуске все свечения будут нетепловыми. Все нагретые тела излучают в тепловом спектре. Некоторое свечение, типа свечения раскаленного металла, лампочки накаливания, Солнца нашего и так далее, мы видим именно из-за внутренней энергии, то есть – тепла. Тут ничего прям интересного нет. А вот люминесценции тепло вообще по-барабану.
В этом случае электроны атомов и молекул переходят из возбужденного состоянии в обычное. Ну и раз электрону нужно потерять часть энергии, чтобы успокоиться – он её и теряет. Фотонами. То есть, светит.
В какой-то момент начали уточнять, что люминесценция – это достаточно долгое свечение. Потому что начали открывать всякие сильно краткосрочные эффекты, и их надо было как-то отделять.
Ладно, давайте по разным видам люминесценции пройдёмся.
Сцинтилляция. Короче, я задолбался искать информацию на этот счёт. Слушайте, в общем, что накопал. Сцинтилляция – это люминесценция (свечение) малой продолжительности, которое возникает при взаимодействии среды-сцинтиллятора с ионизирующим излучением.
Думаю, всё понятно. Ионизирующее излучение начинается с ультрафиолета. Свет выбивает электрон из атома, и атом становится ионом. Остальные слова ещё проще. Ну осталось понять, что такое сцинтиллятор. Читаю. Сцинтиллятор – это вещество, проявляющее сцинтилляцию при ионизирующем излучении.
Тьфуй.
Короче, как я понял, когда свет ионизирует атомы этой загадочной среды-сцинтиллятора, кроме электрона из атома выбиваются ещё несколько видимых фотонов. Помню, игра была про Соника. Синий ёжик из врагов кольца выбивал, а тут фотоны.
Кстати, фотоны как раз преимущественно синего и ультрафиолетового спектров.
Ладно, погнали дальше. Флуоресценция и фосфоресценция. Это два очень похожих свечения и их многие путают. Но есть разница.
Я сейчас не буду говорить о всяких заумных разрешенных по спину переходах. Давайте проще. Фосфоресценция меньше светит, но дольше, плюс долго заряжается, скажем так. Флуоресценция светится ярче и быстрее. Всякий блэк-лайт бодиарт – это флуоресценция. Туда же всякие кислотные вырвиглазные краски. Но кроме веселья, флуоресцентные красители используются очень много где. В антифриз подливают, чтоб протечки под ультьрафиолетовой лампой сразу найти. С той же целью и в теплоноситель подливают, чтоб если где в доме, особенно, в теплопунктах, протечка – сразу увидеть. В биологии, экологии, криминалистике. Это та самая краска на деньгах, чтоб взяточников и вымогателей ловить. А ещё мне понравилась история, как узнали, что реки Дунай и Рейн связаны подземными речками. Залили в Дунай краситель, а потом увидели его в Рейне. Просто же. А если такую капсулу разбить в воде в месте крушения самолетов и кораблей – искать их в воде станет гораздо проще. В общем, много применений у флуорофоров
А фосфоресценция – это старое доброе «Жена, бегом под одеяло, смотри, какие я себе часы купил!».
Причём, применений, кроме таких вот подсветок почти нет. Только в астрономии. Флуоресценция быстрее затухает, когда на неё попадает инфракрасное излучение. Так и фиксируют инфракрасные волны. Где тухнет быстрее – туда и пришло.
Погнали дальше. Катодолюминесценция. Тут светится вещество, которое облучают быстрыми электронами. Помните, что люминесценция – это явление, при котором электрон теряет энергию? В общем, грубо говоря, электрон в веществе двигается и сталкивается с другими частицами. Какие-то взаимодействия не меняют энергию – их мы называем упругими. Это когда шары в бильярде друг от друга отскакивают. А вот если бы шары слиплись и покатились дальше как одно целое, мы бы говорили, что это абсолютно неупругое соударение. В таком случае, шар бы нагрелся. А наш электрон что делает? Испускает фотоны.
Те быстрые электроны называют катодными лучами, или электронными пучками. И вот последнее словосочетание можно было слышать в разговоре про старые телевизоры.
Собственно, пузатые телевизоры на электронно-лучевых трубках и работали на катодолюминесценции.
Ладно, давайте дальше.
Электролюминесценция. Собственно, тут всё просто. Это люминесценция под действием электрического поля, или тока. Используется как подсветка в жэкашных дисплеях, всякие приборы, клавиатуры, декор, вот это вот всё.
Ещё есть хемолюминесценция. Это уже химия. Видели когда-нибудь такие светящиеся палочки, их ещё надо разломать, чтоб они засветились. Я такие на рыбалку беру, а ещё их дети любят и в клубах иногда с такими трубками развлекаются. Вот как раз хемолюминесценция во всей красе.
Если та же химия происходит в живом организме, то хемолюминесценция резко переименовывается в биолюминесценцию. Светлячки, рыбы, грибы всякие. Вот все, что живёт и светится – это про биолюминесценцию.
Ещё два интересных способа заставить что-то светиться – это триболюминесценция и пьезолюминесценция. Триболюминесценция – это когда бы размалываем кристаллы чего-нибудь. Например, сахара. А для пьезолюминесценции достаточно просто хорошо надавить. Интересно, что в 60-ых годах было что-то вроде знака качества для одного нехорошего вещества. Прям цитирую то, что увидел: «Совершенно чистая соль, когда она высыхает и встряхивается в темноте, будет излучать маленькие вспышки белого света».
В качестве примера триболюминесценции может подойти обычный скотч. Говорят, в вакууме обычный скотч излучает аж в рентгеновском диапазоне. Проверьте на досуге.
Ну и сахар в темноте можно покрошить, да.
Жалко, Шубуршунчик уехала в другой город по делам, а так хотелось посмотреть на её выражение лица, когда я пойду в ванну с сахаром, молотком и скотчем…
Еще есть фотолюминесценция, ионолюминесценция, термолюминесценция, звуколюминесценция. Тут всё понятно более-менее. Воздействие видимого спектра, облучение пучком ионов, тепловое воздействие, инфразвук – в общем, как только не заставляют что-нибудь светиться. Но я оставил одну штуку напоследок. Мне кажется, она вообще сумасшедшая.
Сонолюминесценция.
Для того, чтобы объяснить, что это такое, я сначала расскажу про кавитационные пузыри. Это такие пузыри, которые появляются в воде сами по себе, как в газировке. На самом деле, конечно, не сами по себе, а в местах понижения давления. Например, когда рукой проводите под водой – пойдут пузыри, или под лопастью какого-нибудь корабельного винта.
Я опять докопался до друга с вопросом про кипящую воду. Пока мы не пришли к однозначному соглашению, но мне всё равно кажется, что кипение – это такой частный читерский случай кавитации. Вспомните, в кипящей воде появляются пузыри. Она начинаются в местах неоднородностей. Но если мы поставим стакан с водой в микроволновку и нагреем, то вода будет выглядеть спокойной, пока мы не ударим по стакану ложкой, например. То есть, не создадим изменение давления локально, в одной точке.
Вообще, с кипящей водой прикол такой, как мне кажется. Давление воды и насыщенного пара в таких условиях равны, а значит, на пузыри ничего не давит. В общем случае кавитации, чудо как раз в том, что давление воды значительно больше давления водяного пара и по идее, вода должна не допускать появления таких пузырей. Но в местах локального изменения давления случается магия. Вода начинает дышать.
В кипящей воде эти пузыри поднимаются наверх и бурлят. А в море такие пузыри вполне себе дырявят винты кораблей. Ну и если загуглить слово кавитация – в первую очередь на вас посыплется просто неимоверное количество ссылок на косметологию. Жир топят, в общем, таким методом.
Есть такое животное – рак-щелкун. Он, кажется, единственный, кто умеет создавать кавитационные пузыри в воде. Так он отпугивает тех, кто хочет его сожрать, и оглушает тех, кого хочет скушать сам.
Кавитационные пузыри очень громко лопаются. Вообще, говорят, что у кавитации тот же самый механизм, что и у ударной звуковой волны, только в жидкости.
Внутри пузыря может быть температура около полутора тысяч градусов по Цельсию. А когда он лопается, то кроме громкого звука, может ещё и светиться.
Чем холоднее вода, тем ярче пузыри. Так что, не надо гипнотизировать ночные пельмешки в следующий раз.
Вообще, механизм свечения пока непонятен. То ли звук так разогревает воду, что она аж светится, то ли вообще хрен пойми, что происходит.
Как я понимаю, мы уже говорили о кавитационных пузырях. Вернее, об одном. Большой взрыв. Это был второй выпуск, в котором я рассказывал про инфляционную модель вселенной. И я вполне допускаю, что наша Вселенная могла появиться в результате кавитации в скалярном поле инфлатонов. Но я ещё не слышал такого мнения. Так что, если кто-нибудь получит за это Нобелевку, я смогу показать этот выпуск и хайпануть)
Ладно, давайте уже закончим с люминесценцией.
Есть несколько видов свечения, которые я хочу объяснить через мотоцикл с очень плохо прицепленной коляской. Буквально, на одной полосочке скотча пусть наша коляска держится. Представьте себе заряженную частицу как мотоцикл, а коляску – как фотон. Если начистоту, то вообще-то мы говорим, что мотоцикл с коляской и есть заряженная частица, а коляска – это энергия этой заряженной частицы, которая потом излучается в виде фотона, но надо же в выпуске провести какую-нибудь звезданутую аналогию, так что терпите!)
Представьте себе, что внезапно мотоцикл начинает резко тормозить.
Что произойдёт с коляской?
Это называется тормозное излучение.
Конечно, это гораздо более сложная история, но в целом, тормозное излучение – это излучение, испускаемое заряженной частицей при торможении (рассеивании) в электрическом поле.
Ладно, давайте представим, что наш мотоцикл едет по шоссе. И вдруг мотоциклиста ловит ковбой, или чудо-женщина, или Зорро. В общем, вдруг на мотоциклиста накидывается веревка и мотоцикл начинает поворачивать. Коляска поехала дальше.
По сути я рассказал и про магнитотронное и про синхротронное излучение. Это излучения заряженной частицы, которая меняет свою траекторию. А вот почему она там меняет свою траекторию – это к магнетронам, синхротронам, циклотронам и прочим тронам.
Есть ещё такой вариант. В наш мотоцикл врезается какая-то левая коляска. И теперь уже по дороге несутся две отдельные колсяки, а на мотоцикл уже пофиг.
Это вынужденное излучение. А проще говоря, это наши лазеры.
Принцип действия такой: в частицу врезается фотон, который переводит частицу в другое энергетическое состояние. Частица на радостях выбрасывает фотон, а тот, который налетел не поглощает. Аж детство вспомнилось.
Ну ладно, давайте уже к последнему эффекту переходить, потому что выпуск прям огромный, но я очень хотел уложиться хотя бы в этот раз в один эпизод.
Вообще, именно из-за эффекта Вавилова-Черенкова и началась вся эта свето-катавасия. Очень хотелось про него рассказать.
Все мы помним, что скорость света – предельная скорость для чего бы то ни было. Но только в вакууме. В воде, например, скорость света становится меньше. Стекла тоже замедляют свет, так что есть какое-то замедление картинки для тех, кто носит очки и линзы)
В общем, если сам свет в воде идет со скоростью всего в три четверти от скорости света, то что же делать нейтрино, которому на воду пофигу? Нейтрино – это частицы, которые вообще не замедляются ничем. Всё пролетают насквозь. Ничего их не тормозит.
И скорость у них световая. Даже в воде. И вот именно в такой ситуации начинается интересное.
Происходит, скажем так, световая ударная волна.
Я долго думал, как её описать. До сих пор не придумал, так что слушайте.
Есть сверхзвуковые самолеты. Когда они разгоняются до сверхзвука, случается звуковая ударная волна. Сейчас многие вспомнили облачко за самолетом, когда он преодолевает звуковой барьер. Так вот, это всё лажа. Облачко – это отдельный эффект. Звуковой барьер здесь не при делах. Но всё-таки, звуковая ударная волна-таки имеет место. И тогда звук распространяется, скажем так, конусообразно. За самолетом получается такой звуковой конус.
Вот в случае быстрых частиц в среде тоже получается конус. Только световой.
Я помню, была передача с уже знакомым нам Нилом Деграсовичем, в которой он показывал детектор нейтрино изнутри. Это бассейн под огромным куполом, утыканный детекторами во всех удобных и неудобных местах. Детекторы иногда светятся. Это значит, сквозь них прошел нейтрино. А свет, естественно, немного усиливается уже всякой аппаратурой, чтоб было заметно.
Кажется, такие детекторы есть на Байкале, в районе Эльбруса, в глубоких шахтах. В общем, представьте себе, что для такого детектора нужно от всего на свете оградиться. Нужно очень толстое одеяло из самой планеты. Вот в таких местах и располагаются нейтринные телескопы, обсерватории и как их там ещё называют.
А вообще, кроме нейтрино, есть ещё всякие быстрые заряженные частицы. Например, во всяких реакторах. Так что вода в реакторе светится именно из-за этого эффекта. Реактор Тони Старка из первого фильма, который большой, светится, как я понимаю, тоже из-за этого же самого эффекта. Насчет нагрудной версии не уверен, хотя, скорее всего, та же история.
Естественно, цвет свечения голубой – потому что это самый высокоэнергетический свет. Смысл замедляться до красного, если уже на синем вполне можно светить.
Да, на морских глубинах может светиться всякий калий, говорят. И в таком случае становится понятно, зачем вообще нужны глаза, а тем более – такие большие для всяких сильно глубоководных чудовищ. Они просто улавливают слабое черенковское излучение, вот и все.
Ну что, это, наверное, самый долгий выпуск, который я веду один.
Давайте, что ли к закадру.
Напоминаю про донаты, лайки, репосты, отзывы, комментарии, оценки и чо я тут распинаюсь, если вы сами всё прекрасно знаете?
С вами был Роман Юдаев,
Услышимся в следующем выпуске.