Режа: Оптика фанининг ривожланиш тарихи

XX аср оптикаси. XIX аср охири ва XX аср бошлари қатор физикавий ҳодисаларнинг кашф этилиши билан характерланадики, бу ҳодисалар пировард натижада табиатшуносликда энг янги революцияга олиб келди. Шундан сўнг фазо ва вақт, модданинг тузилиши ҳақидаги ўрнашиб қолган тасаввурлар ўз кучини йўқотди. Ҳаракат тезлигига боғлиқ бўлган электромагнит масса ҳақидаги тасав­вур пайдо бўлди. Физикларнинг, ҳатто энг буюкларининг ҳам материалистик философия, диалектик материализм ҳақида тасаввурга эга бўлмаганлиги ва кўпчилик вақтда стихияли материалист бўлганликлари физика фанини инқирозга олиб келди. Идеалист философлар вужудга келган вазиятдан фойдаланиб, физикани астойдил идеа­лизм гирдобига итариб, «материя йўқ бўлди» деб эълон қилдилар. Австриялик физик ва философ Мах ҳамда унинг идеалистик оқим издошларининг зўр бериб уринишлари натижасида физиклар ора­сида бу оқим тарафдорларининг сони орта борди.
Физикадаги инқироздан қутилиш йўлини В. И. Ленин ўзининг 1908 йилда чиққан «Материализм ва эмпириокритицизм» деб номланган гениал асарида кўрсатди. Унда махизм ва бошқа субъектив идеализм қаттиқ танқид қилинган эди.
1895 йилда немис физиги Рентген (1845—1923) Х нурлар деб атаган (ҳозирги вақтда рентген нурлари деб аталувчи), кўзга кўринмайдиган, лекин кучли сингувчанлик хусусиятига эга бўлган нурларни кашф этди. Немис физиги М.Лауэ 1912 йилда рентген нурларининг кристаллардаги дифракциясини кашф қилди ва шунинг билан рентген нурлари ёруғлик нурларига ўхшаш, яъни кўзга кўринадиган ёруғлик нурларига нисбатан минг маротаба қисқа бўлган электромагнит тўлқин эканлигини исбот қилди. Фақат бир йил ўтгандан кейин, яъни 1896 йилда француз физиги Анри Беккерель (1852—1908) радиоактивлик ҳодисасини очдики, у кейинчалик ҳозирги замон атом ва ядро физикасини дунёга келтирди. 1900 йил ёруғликнинг табиати ҳақидаги таълимот даври бўлди. Шу йили машҳур немис физиги Макс Планк ёруғликнинг нурланиш ва ютилиш процессини тушунтиришга имкон берадиган ёруғликнинг квант назариясини яратди. Планк ўзининг янги тасаввурлари асосида аб­солют қора жисмнинг нурланиш қонунини назарий асослаб берди.
Квант назарияси ёруғликнинг классик электромагнит тўлқин назариясига қарама-қарши ўлароқ, ёруғликнинг нурланиш ёки ютилиш процесси узлукли бўлади, деган тасаввурга асосланади. Нурланиш пайтида жисмнинг уйғонган зарраси электромагнит энер­гия квантини (унинг чекли порциясини) чиқаради, ютилишда эса тескари процесс—энергия квантининг ютилиши содир бўлади. Шун­дай қилиб, янги назария ёруғликнинг корпускуляр назарияси бўлиб чиқди. Бунда шундай вазият юзага келди: кўпгина процессларни ёруғликнинг электромагнит тўлқин назарияси билан жуда яхши тушунтириш мумкин бўлса, бошқа бир процесслар эса фақат квант (корпускуляр) назарияси асосйда тушунтиришни тақозо қилди. Тўлқинлар ва зарралар дуализми номини олган бу ҳол материалистик диалектиканинг қарама-қаршиликлар бирлиги ва кураши қонунининг ёрқин тасдиғи бўлди. 1905 йилда Эйнштейн фақат ёруғлик­нинг нурланиши эмас, балки унинг тарқалиши ҳам корпускуляр тарзда, алоҳида ёруғлик зарралари — фотонлар тарзида юз беради деган гипотезани айтди. Лекин ёруғлик квант назариясининг яратилиши ва ёруғлик зарралари — фотонлар ҳақидаги тасаввур соф корпускуляр назарияга қайтиш эмас эди. Квантлар назариясида тўлқин тасаввурлар ҳам сақланиб қолган: энергия кванти миқдор жиҳатдан ёруғликнинг тебранишлар частотаси орқали аниқланади.
Квант назарияси тўлқин тасаввур асосйда тушунтириб бўлмаган кўпгина ҳодисаларни тушунтириш имконини берди. Бунга ёруғ­ликнинг нурланиши ва ютилиши, флюресценция, фотохимия, фо­тоэффект ҳодисалари ва бошқа шуларга ўхшаш ҳодисалар киради. Ёруғликнинг фотоэлектрик таъсирини 1887 йилда Герц пайқаган бўлиб, уни 1888 йилдан бошлаб Гальвакс ўргана бошлади. Лекин фотоэффектни ўрганишда фотоэффект қонунларини яратган буюк рус физиги Столетов (1839—1896) ўтказган фундаментал тадқиқотлар (1888 й.) айниқса катта роль ўйнади.
1905 йилда Эйнштейн микродунёда энергиянинг сақланиш қонунига асосланиб, фотоэффектни квант назарияси асосида талқин этди. Даниялик буюк физик Нильс Бор (1885—1962) нинг илмий ишлари ёруғлик квант назариясининг тараққиётида навбатда қўйилган фундаментал қадам ҳисобланади. У 1913 йилда атом тузилиши ва атом нурланишининг квант назариясини яратди.
Квант назариясининг тараққиёти (Зоммерфельд, Гунд, Уленбек, Гаудсмит ишлари) атом спектрларини, яъни эркин атомларнинг нурланиш спектрларини тушунтириш имконини берди. Шунингдек, молекулалар ва конденсияланган моддаларнинг нурланиш спектр­ларини ҳам квант назарияси асосида тушунтириш мумкин бўлди.
Атом нурланиши ва спектри назарияси билан параллел ҳолда атом тузилиши назарияси ва Менделеев элементлар даврий системаси назарияси яратилди. Атомлар нурланиши квант назариясининг ривожланишида буюк совет физиги Д. С. Рождественский (1876— 1940) ва унинг шогирдлари А.Н.Теренин (1896—1967), С.Э.Фриш, А.В.Фок ва бошқаларнинг атом тузилиши, энергетик сатҳларнинг уйғониши, сатҳларнинг ўта нозик структураси ва ҳ.к. ларга доир кўпгина қатор назарий ва экспериментал ишлари катта аҳамиятга эга бўлди. Ёруғлик квант назариясининг ажойиб натижалари ёруғ­ликнинг икки ёқлама— тўлқин ҳамда корпускуляр табиатини тўла тан олишга олиб келди. Бундан ташқари, бу қоида моддани ташкил этувчи микрозарралар табиатида ҳам шунга ўхшаш ҳодиса ўринли бўлиши керак, деган фикрга олиб келди.
Буюк немис физиги А.Эйнштейн (1897-1955) Лоренц тенгламаларига асосланиб, 1905 йилда янги нисбийлик принципини яратдики, унга асосан фазо ва вақт ҳаракатланаётган жисмлар билан узвий боғлиқ деган тасаввур хосил бўлади.
1924 йилда француз физиги Луи де Бройль ҳар бир зарра ҳаракатига материя тўлқинлари деб ном олган тўлқин процесси мос келади деган фикрни айтди. 1927 йилда Америка физиклари Девиссон ва Жермерлар электронлар дифракциясига оид тажриба ўтказишга ва шу билан электронларнинг тўлқин хусусиятига эга эканлигини аниқ кўрсатишга муваффақ бўлдилар. Бундан кейинги кўпчилик экспериментал ва назарий тадқиқотлар микродунёдаги барча зарраларда тўлқин ва зарра дуализми мавжудлигини кўрсатди. 1927-1928 йилларда йирик физик назариётчилар де Бройл, Гейзенберг, Шредингер, Дирак ва бошқалар нурланиш, ютилиш, сочилиш ва ёруғлик ҳамда модданинг ўзаро таъсирига тегишли бошқа процеслар билан боғлиқ бўлган кўпгина ҳодисаларнинг батафсил назарий тафсилотини беришга имкон туғдирган микродунё ҳодисаларининг квант назарияси—квант механикаси, сўнгра эса квант электродинамикасини яратдилар. Бу масалада буюк совет физиги С. И. Вавилов (1891—1951) нинг тадқиқотлари алоҳида аҳамиятга эга. У1938 йилда ёруғлик нурланишининг квант флюктуациясини кашф этди ва уни батафсил ўрганди. Унинг бу тадқиқотлари ёруғликнинг энг янги квант назариясининг ажойиб тасдиғи ҳисобланади. Америкалик физик Комптоннинг 1923 йилдаги кашфиёти, яъни фотонларнинг электронлар билан тўқнашиши натижасида фотонларнинг эркин электронларда тўлқин узунлиги ўзгарган ҳолда сочилиши ҳозирги замон оптикасй муаммолари билан узвий боғлиқ. Қомптон эффекти деб ном олган бу ҳодиса энергия ва импульснинг сақланиш қонунига бўйсунган ҳолда юз беради.
1928 йилда ҳиндистонлик физик Раман ёруғликнинг суюқликлардаги молекуляр сочилиш ҳодисасини очди. Бунда ҳам сочилган ёруғликнинг частотаси ўзгаради. Совет физиклари Л. И. Мандель­штам (1879—1944) ва Г.С.Ландсберг (1890—1957) лар ҳам Рамандан бехабар ёруғликнинг кристаллардаги сочилишини ўрганиш вақтида шундай ҳодисани очганлар. Ёруғликнинг комбинацион со­чилиши деб ном олган бу ҳодиса ҳам ёруғликнинг квант назарияси билан тушунтирилади.
1934 йилда совет физиги П.А.Черенков муҳитда ёруғлик тезлигидан катта тезлик билан ҳаракатланувчи электронларнинг оп­тикавий нурланишини кузатди. Совет физиклари И. Е. Тамм ва И. М. Франклар бу ҳодисани назарий жиҳатдан тушунтириб бердилар.
Оптиканинг XX асрдаги ривожи модда тузилиши таълимотининг тараққиёти билан чамбарчас боғлиқ. XX аср биринчи ярмининг охири ва унинг иккинчи ярми шу билан характерланадики, бу даврда ядро физикаси атом энергетикаси, элементар зарралар физикаси, майдоннинг квант назарияси, фотонли ва электронпозитронли вакуум назарияси, тезлатгичлар физикаси ва техникаси жуда тез суръатлар билан ривожланди. Шу билан бирга оптикада экспери­ментал воситалар: спектрларнинг автоматик регистрацияси, спектрал анализ методлари, юқори ажратаолиш кучига эга бўлган кўп нурли интерферометрия ва спектроскопия ва ҳ. к. лар интенсив ривожлана бошлади. Буларнинг ҳаммаси оптиканинг келажак тараққиётини маълум даражада аниклаб берди. XX аср биринчи ярмининг охирида, айниқса, унинг иккинчи ярмида оптикани физиканинг биринчи ўринларидан бирига олиб чиққан янги буюк кашфиётлар яратилди.