Arnawli bilimlendiriw ministrligi

1.2. Optikalıq teoriyalardıń rawajlanıwınıń eń baslı dáwirleri.
Jaqtılıqtıń tuwrı sızıq boyınsha tarqalıw nızamı.
Bir tekli ortalıqta jaqtılıq tuwrı sızıq boyınsha tarqaladı. Bul nızam biziń eramızdan shama menen 300 jıl burın jasaǵan Evklidke tiyisli dep esaplanatuǵın optika boyınsha shıǵarmada ushırasadı. Biraq, jaqtılıqtıń tuwrı sızıq boyınsha tarqalıw nızamınıń onnan ádewir burın da belgili bolǵan dep esaplawǵa tiykarlar bar.
Bul nızamnıń tájiriybedegi dálili retinde jaqtılıqtıń noqatlıq dáreklerin paydalanǵanda anıq sayalardıń yamasa kishi tesikti paydalanǵanda zatlardıń súwretleriniń payda bolıwın kórsetiw múmkin. Noqatlıq dárek (yaǵnıy ólshemleri predmetke shekemgi qashıqlıqqa salıstırǵanda júdá kishi bolǵan derek) penen jaqtılandırǵanda predmettiń konturı menen onıń sayası arasındaǵı qatnas tuwrı sızıqlardıń járdemindegi geometriyalıq proekciyalawǵa sáykes keledi [3].
Tap sol sıyaqlı, kishi tesiktiń járdeminde súwrettiń alınıwına sáykes keledi. Bul jaǵdayda súwrettiń forması menen ólshemleri proekciyalawdıń tuwrı sızıqlı 2 nurlardıń járdeminde alınatuǵınlıǵın kórsetedi [3].
Tuwrı sızıq boyınsha tarqalıwdı tájiriybede isenimli túrde tastıyıqlanǵan dep aytıwǵa boladı. Bul nızam tereń mániske iye, sebebi tuwrı sızıq túsiniginiń ózi, shaması, optikalıq baqlawlardan kelip shıqqan bolsa kerek. Tuwrı sızıq túsinigi eki noqat arasındaǵı eń qısqa qashıqlıqqa sáykes keledi. Al bunday sızıq bir tekli ortalıqtaǵı jaqtılıq tarqalatuǵın sızıq bolıp tabıladı. Usı jaǵdaydan áyyemgi zamanlardan baslap kóriniw baǵıtı boyınsha hár qıylı buyımlardıń tuwrı sızıqtıń boyında jaylasqanın anıqlaw usılı kelip shıqqan [3].
Bul qubılıstı tereńirek izertlewler júdá kishi bolǵan tesiklerge kelgende jaqtılıqtıń tuwrı sızıq boyınsha tarqalıwı nızamınıń buzılatuǵınlıǵın kórsetedi.
Mısalı, tájiriybede tesiktiń ólshemi 0,5 mm bolǵan jaǵdayda biz anıq súwretti alamız, al tesiktiń ólshemi 0,02-0,03 mm bolǵan jaǵdayda alınǵan súwrettiń anıqlıǵı júdá tómenleydi. Tesiktiń sızıqlı ólshemi 0,5-1 mkm bolǵan jaǵdayda súwret pútkilley alınbaydı hám ekran derlik bir tekli jaqtılandırǵan boladı. Jaqtılıqtıń tuwrı sızıqlı tarqalıw nızamınıń buzılıwı difrakciya haqqındaǵı tálimattı úyrengende qaraladı [3].
N'yuton jasaǵan dáwirde daniyalı astronom Ryomer (Olaf Kristensen Ryomer, 1644-1710) tárepinen 1676-jılı YUpiterdiń joldaslarınıń tutılıwı qubılısı tiykarında
planetalar arasındaǵı keńisliktegi jaqtılıqtıń tezligin anıqlaw boyınsha ólshewler ótkerildi. Sol waqıtları Jerdiń orbitası menen YUpiterdiń orbitasınıń diametrleriniń dál shaması belgisiz edi. Usınday qátelikler menen ótkerilgen ólshewler shama menen 230 000 km/s nátiyjesin berdi. Jaqtılıqtıń tezliginiń usınday úlken mánisi N'yutonnıń zamanlaslarında onıń jaqtılıq haqqındaǵı kózqaraslarınıń durıs emes ekenligi haqqında pikirlerdi payda etti. Sebebi usınday úlken tezlik penen qozǵalatuǵın bólekshelerdi kóz aldıǵa keltiriw dım qıyın edi. Biraq, biz házirgi waqıtları bunday kóz-qarastıń orınlı emes ekenligin atap ótiwimiz kerek. Sebebi, kóp sanlı korpuskulalardıń (β-nurlarınıń, kosmos nurlarınıń quramına kiretuǵın bólekshelerdiń, házirgi zaman tezletkishlerinde tezletilgen hár qıylı zaryadlanǵan bólekshelerdiń) tezlikleri jaqtılıqtıń tezligine júdá jaqın [3].
Tap sol sıyaqlı keyinirek matematik hám mexanik Leonard Eyler (1707-1783)
tárepinen usınılǵan ideya da biziń ushın isenimli emes ideya bolıp shıqtı. Eylerdiń
ideyası boyınsha Eger Quyash úzliksiz túrde barlıq táreplerge bólekshelerdi oǵada úlken tezlikler menen shıǵaratuǵın bolsa, onda ol tez arada, bir neshe ásirlerdiń ishinde úlken ózgeriske ushırap, kishireyip qalǵan bolar edi. Házirgi waqıtlardaǵı massa menen energiya arasındaǵı baylanıs nurlanıw processiniń barısında Quyashtıń massasınıń úzliksiz túrde kishireytetuǵınlıǵın moyınlawǵa májbúrleydi. N'yutonnıń jaqtılıqtıń tábiyatı jónindegi bir qatar kóz-qarasları biziń kúnlerimizdegi hám pútkilley basqa eksperimentallıq bazada alınǵan házirgi waqıtlardaǵı kóz-qaraslarǵa qayshı kelmeydi [3].
N'yutonnıń zamanlası Xristian Gyuygens (1629-1695) óziniń "Jaqtılıq haqqındaǵı traktat" miynetinde jaqtılıqtıń basqa teoriyasın usındı. Ol akustikalıq hám optikalıq qubılıslar arasındaǵı uqsaslıqtan kelip shıǵıp, jaqtılıq qozıwların ayrıqsha bolǵan ortalıq – materiallıq denelerdiń ishin de, olar arasındaǵı keńislikti de toltırıp turatuǵın efirdegi tarqalatuǵın serpimli impul'sler dep qarawdı usındı[3].
Jaqtılıqtıń oǵada úlken bolǵan tarqalıw tezligin efirdiń serpimligi hám tıǵızlıǵı menen baylanıslı hám efirdiń bóleksheleriniń tez orın almastırıwınıń nátiyjesi emes dep esapladı. Suwdıń betindegi tolqınnıń tarqalıwın baqlawlardan suw bóleksheleriniń joqarıǵa hám tómenge qaray salıstırmalı ástelik penen qozǵalısı suwdıń beti boyınsha tez qozǵalatuǵın tolqınlardı payda etetuǵınlıǵı kelip shıǵadı. Gyuygens jaqtılıq tolqınları haqqında aytqan hám keyinirek jaqtılıq tolqınları haqqında durıs tájiriybelik maǵlıwmatlardı alǵan bolsa da, bizler házirgi waqıtlardaǵı jaqtılıq tolqını ushın beretuǵın mániske sáykes keletuǵın mánisti bermedi. Ol jaqtılıqtı sferalıq betler boyınsha tarqaladı dep esapladı hám oǵan qosımsha mınaday gápti qostı: "Men tastı taslaǵanda payda bolatuǵın suw betindegi tolqınlarǵa uqsaslıǵına baylanıslı bul betlerdi tolqınlar dep atayman"[5].
Ol jaqtılıq qubılıslarındaǵı orın alatuǵın dáwirlikti boljamadı hám "… bul tolqınlardı birinen keyin ekinshisi birdey qashıqlıqlarda qozǵaladı" dep esaplamaw kerek dep kórsetti. Usı jaǵdayǵa baylanıslı ol hesh qashan tolqın uzınlıǵı túsinigin paydalanbadı hám qanday kishi bolǵan tesik arqalı ótetuǵın bolsa da jaqtılıq tuwrı sızıqlı qozǵaladı, sebebi kishi bolsa da tesik efirlik materiyanıń júdá kishi bolǵan oǵada kóp sanlı bólekshelerin ótkeriw ushın jetkilikli dárejede úlken dep esapladı. Ol Grimal'di (onıń shıǵarması qaytıs bolǵannan keyin 1665-jılı jarıq kórgen) hám Guk tárepinen 1672-1678 jılları atap ótilgen difrakciya qubılısına hesh qanday itibar bermedi. Tap sol sıyaqlı, ol óziniń traktatında N'yuton saqıynalarına da itibar bermegen. N'yutonnıń ózi bul saqıynalardıń payda bolıwın jaqtılıqtıń dáwirliginiń dálili dep qaradı [5].
Keltirilgen maǵlıwmatlar qabıl etildi. Gyuygenstiń N'yutonnıń korpuskulalıq teoriyasına qarama-qarsı qoyılatuǵın jaqtılıqtıń tolqınlıq teoriyasın dóretiwshi bolıp tabıladı degen keń tarqalǵan pikirdiń durıslıǵına gúmán payda etedi. GyuygensN'yutonlar dáwirinde tolqınlıq teoriya tek sxemalıq túrde belgilengen edi. Usınıń menen birge sonday kóz-qaraslardıń eń áhmiyetli elementi bolǵan jaqtılıq qubılısınıń dáwirli ekenligi N'yuton tárepinen onıń atı menen atalatuǵın N'yuton saqıynaları dep atalatuǵın saqıynalardı payda etiw boyınsha ótkerilgen tájiriybelerde ayqın túrde moyınlandı [5].
Házirgi waqıtları bunday saqıynalar tiykarında hár qıylı reńli jaqtılıq nurlarınıń tolqın uzınlıǵın ólshew qıyın proceduralardıń qatarına kirmeydi [5].
Gyuygens principleriniń ishindegi onıń ismi menen atalatuǵın ulıwmalıq princip úlken áhmiyetke iye. Bul princip jaqtılıq impul'sleriniń tarqalıw baǵıtın anıqlaw ushın qollanılatuǵın usıl sıpatında usınılǵan. Bul principtiń járdeminde Gyuygens tek ǵana jaqtılıqtıń shaǵılısıw hám sınıw nızamların ǵana túsindirip qoymay, 1670 jılı Bartolinus tárepinen 1670-jılı ashılǵan island shpatındaǵı qos nur sındırıw qubılısın da túsindire aldı [6].
Gyuygens principiniń mazmunın bılayınsha aytıw múmkin:
Jaqtılıq qozıwı jetip keletuǵın hár bir noqat óz gezeginde bunnan keying
ekinshi tolqınlardıń deregi bolıp tabıladı; bul ekinshi tolqınlardı bazı bir waqıt momentinde aylanıp ótetuǵın bet usı momenttegi haqıyqıy tarqalatuǵın tolqınnıń frontına sáykes keledi. Usınday eń dáslepki formasında Gyuygens principi tek ǵana tolqın frontınıń tarqalıw baǵıtı haqqında ǵana aytadı. Al sol front bolsa ekinshi tolqınlardı sırtınan aylanıp ótetuǵın geometriyalıq betke teńlestiriledi. Shın mánisinde gáp tolqınnıń tarqalıwı haqqında emes, al usınday bettiń tarqalıwı haqqında júredi hám Gyuygenstiń islegen juwmaqları tek ǵana jaqtılıqtıń tarqalıw baǵıtına ǵana tiyisli [6].
Usınday túrde Gyuygens principi óziniń mánisi boyınsha geometriyalıq optikanıń principi bolıp tabıladı hám, sonlıqtan, onı tolqın uzınlıǵı tolqın frontınıń ólshemlerine salıstırǵanda sheksiz kishi bolatuǵın geometriyalıq optika paydalanılatuǵın jaǵdayda ǵana paydalanıw múmkin [6].
XVIII ásirde jaqtılıqtıń korpuskulalıq teoriyası ilimde húkimdarlıq etti. Biraq jaqtılıqtıń korpuskulalıq hám tolqınlıq teoriyaları arasındaǵı gúres toqtamadı. Korpuskulalıq teoriyaǵa L.Eyler (1746-jılı jarıq kórgen "Jaqtılıqtıń hám reńlerdiń jańa teoriyası" miynetinde) hám M.V.Lomonosov (1756-jılı jarıq kórgen "Jaqtılıqtıń payda bolıwı haqqındaǵı sóz hám reńler haqqındaǵı jańa teoriya" miynetinde) qarsı shıqtı hám olar jaqtılıqtıń efirdiń tolqın tárizli terbelisleri haqqındaǵı kóz-qarastı rawajlandırdı [6].

XIX ásirdiń basında tolqınlıq optikanıń rawajlanǵan sisteması payda bola basladı. Bul sistemanıń payda bolıwında angliyalı Tomas YUng penen franciyalı Jan-Batist Jozef Furye jumısları baslı orındı iyeledi. 1815-jılı Frenel' YUngtıń interferenciya principin qosıw jolı menen Gyuygens principin anıqladı. YUng ózi ashqan interferenciya principiniń tiykarında 1801-jılı shaǵılısqan jaqtılıqlardaǵı juqa plastinkalarda hár qıylı reńlerdiń payda bolıwın qanaatlandırarlı dárejede túsindire aldı. Gyuygens-Frenel' principi tek 8 jaqtılıqtıń tuwrı sızıqlı tarqalıwın ǵana qanaatlandırarlı dárejede túsindirgen joq, al jaqtılıqtıń tosqınlıqlardıń janınan ótkendegi intensivliktiń tarqalıwı haqqındaǵı máseleni de qanaatlandırarlı dárejede túsindire aldı (yaǵnıy difrakciya qubılısın qaradı) [7].

Eń aqırında, Frenel' menen Aragonıń tájiriybelerinde anıqlanǵan jaqtılıq tolqınlarındaǵı boylıq tolqınlardıń joq ekenligine baylanıslı efirdi jáne de ayrıqsha qásiyetler menen támiyinlew zárúrligi payda boldı. Serpimli qattı efirdiń usınday barlıq ózgesheliklerin bir biri menen sáykeslendiriw jaqtılıqtıń serpimli teoriyasındaǵı úlken qıyınshılıqlardıń bar ekenligin kórsetedi. Bunday teoriyanıń optikanıń basqa fizikalıq qubılıslar menen hesh qanday baylanısınıń joq ekenliginen derek berdi hám zattı táriyipleytuǵın optikalıq konstantalardı onıń basqa parametrleri menen baylanıstırıwǵa múmkinshilik bermedi [8].
Usınday jaǵdaydıń orın alıwına qaramastan Maykl Faradeyge optikalıq qubılıslardıń qanday da bir izolyaciyalanǵan processler emes, al, mısalı, optikalıq hám magnitlik qubılıslar arasında baylanıstıń bar ekenligin kórsetiwdiń sáti tústi. 1946-jılı Faradey tárepinen magnit maydanındaǵı polyarizaciya tegisliginiń aylanıwı qubılısı ashıldı. Sonıń menen bir qatarda jáne bir zor effekt ashıldı: toq kúshiniń elektromagnitlik birliginiń elektrostatikalıq birligine qatnası 3·10⁸ m/s, yaǵnıy jaqtılıqtıń tezligine teń bolıp shıqtı (Veber hám Kol'raush, 1856-jıl). Eń aqırında Dj.Maksvelldiń teoriyalıq izertlewleri elektromagnit maydannıń ózgerisiniń lokalizaciyalanıp qalmaytuǵınlıǵın, al vakuumde toqtıń elektromagnitlik hám elektrostatikalıq birlikleriniń qatnasına teń bolǵan jaqtılıqtıń tezligindey tezlik penen tarqalatuǵınlıǵın kórsetti. Bul máseleniń juwmaǵı 1888-jılı ótkerilgen Gerctiń tájiriybelerinde tabıldı (elektromagnit tolqınlarınıń bar ekenliginiń eksperimenttegi ashılıwı). 1865-jılı Dj.Maksvell óziniń teoriyalıq izertlewleriniń tiykarında jaqtılıqtıń elektromagnitlik qubılıs ekenligi haqqındaǵı juwmaqqa keldi [2].
Jaqtılıqtıń tolqınlıq teoriyasınıń rawajlanıwı menen parallel' efir túsinigi de evolyuciyaǵa ushıradı Gyuygenstiń kóz-qaraslarında efir túsinigi pútkilley anıq emes. Lomonosov efirdiń múmkin bolǵan qozǵalıslarınıń hár qıylı tiplerin qarap, onı anıqlawǵa hám tereńletiwge tırıstı. Ol jaqtılıqtı efirdiń "dirildegen” qozǵalısı (terbelisi) menen baylanıstırdı. Lomonosovtıń elektrlik qubılıslardı efir menen baylanıstırıwǵa boladı dep esaplaǵanın atap ótiw júdá qızıqlı. 1756-jılı jazıla baslaǵan, biraq jazılıp pitkerilmegen "Elektr teoriyası" kitabında ol bılay jazdı: "Bul qubılıslar (elektrlik qubılıslar) hawası joq keńislikte, al jaqtılıq penen ot (jalın) boslıqta orın alatuǵın jáne efirden ǵárezli bolǵanlıqtan bul elektrlik materiyanıń efir menen teppe-teń ekenligi haqıyqatlıqqa tuwrı keledi"[5].
Bunnan keyin ol dawam etedi – "Bul jaǵdayǵa anıqlıq kirgiziw ushın efirdiń tábiyatın úyreniw kerek; Eger ol elektrlik qubılıslardı túsindiriw ushın tolıq jaramlı bolsa, onda olardıń efirdiń qozǵalısınıń saldarınan júzege keletuǵınlıǵınıń jetkilikli dárejedegi itimallıǵı bar boladı. Eń aqırında hesh qanday basqa materiya tabılmaǵan jaǵdayda, onda elektrdiń eń itimal sebebi qozǵalıstaǵı efir bolıp tabıladı". "Elektr teoriyasında" kózde tutılǵan tájiriybelerdiń birinde "Elektrlengen suwda yamasa elektrlengen shiyshede nur basqasha sına ma?" degen sorawǵa juwap beriw kózde tutılǵan [5].
Bul tek ǵana XIX ásirdiń aqırında orınlanǵan tiykarǵı elektrooptikalıq tájiriybelerdiń biri edi. XVIII ásirde tolqınlıq kóz-qaraslar Eylerdiń jumıslarında biraz rawajlandı. Eyler boyınsha sestiń hawanıń terbelisi sıyaqlı jaqtılıq efirdiń terbelisleri bolıp tabıladı [2].