Заслуга Рэлея была не только в объяснении этого феномена. Важно, что, строя свою теорию, он подчеркивал — причина рассеяния лежит в реальном существовании молекул, свет рассеивают движущиеся молекулы воздуха. Не только тогда, в конце XIX века, но даже и в начале нынешнего спор о реальности молекул не был еще завершен.
Вероятно, мало кто из физиков был настолько близок по духу Мандельштаму, как Рэлей. «Изумительная разносторонность этого ученого, глубина анализа, несравненное умение выделить существенную сторону вопроса, наглядно и выпукло показать его физическую сущность, дать теорию, пользуясь простейшим, но вполне адекватным аппаратом, — все эти качества творений Рэлея отвечали стремлениям и способностям ума Леонида Исааковича и вызывали в нем особый резонанс, были ему конгениальны. И действительно, в характере ума Мандельштама было много общего с Рэлеем, и не случайно, что пути их научного творчества часто шли параллельно и неоднократно перекрещивались», — свидетельствовал Николай Дмитриевич Папалекси.
При всем том именно Мандельштаму выпало доказать ошибочность (сам он предпочитал говорить «недостаточность») объяснения Рэлеем рассеяния света в атмосфере.
Процесс этот действительно происходит благодаря движению молекул воздуха. Но просто одно их беспорядочное тепловое движение, при котором среда, в данном случае воздух, остается, как полагал Рэлей, оптически однородной, не может вызвать рассеяния. Свет будет проходить через такую среду нерассеянным, неизмененным. Для рассеяния обязательно должна быть нарушена оптическая однородность среды, должна появиться мутность.
Что значит «оптическая однородность»? Оптически однородную среду можно разбить на достаточно малые пространственные области, размеры которых малы по сравнению с длиной световой волны; и каждая из таких областей будет содержать равное количество частиц. Равное число частиц в таких малых областях и есть определение однородности.
А что такое «мутность» среды? Это есть способность рассеивать свет. Рэлей полагал, что оптически однородная среда становится мутной благодаря движению молекул. Мандельштам это утверждение оспорил: «Мы приходим к выводу, что оптически однородная среда не может являться мутной, независимо от того, движутся частицы или нет. Мне кажется недопустимым приложение рэлеевской теории мутных сред к атмосфере». «Если среда оптически неоднородна, то падающий свет будет рассеиваться и в стороны. В этом случае среда является мутной».
