I bob. Optikaning vujudga kelishi

1.4-rasm. Nyutonning yorug`lik sinishi nazaryasi chizmasi.
1.4-rasmdan quyidagilarni yozishimiz mumkin:
(1.2)
(1.3)
Yuqoridagi shartga asosan tangensial tashkil etuvchisi o‘zgarmaydi. Shuning uchun (1.2) va (1.3) dan quyidagi ifodani hosil qilish mumkin:


(1.4)

Sinish qonuniga asosan (1.4) ni hisobga olsak
; (1. 5)
bo‘ladi.
Agar yorug‘lik bo‘shliq (vakuum) bilan yondashgan muhit chegarasida sinsa u holda n₁=1, ₁=c, ₂= deb n₂ ni n deb olsak natijada quyidagi ifoda hosil bo‘ladi:
(1.6)
Yorug‘likni to‘lqin nazariyasi bu ifodaga teskari bo‘lgan xulosaga olib keladi. Nyutonning korpuskulyar nazariyasida qandaydir ma’noda to‘lqin elementlari ham bor edi. To‘lqin nazariyasi, korpuskulyar nazariyadan farqli ravishda, yorug‘likni to‘lqiniy jarayon deb qaradi. Bu nazariya asosida Gyuygens prinsipi yotar edi. Bu prinsipga asosan: To‘lqin fronti yetib borgan har bir nuqta ikkilamchi to‘lqin manbaiga aylanadi. Gyuygens prinsipi asosida qaytish va sinish qonunlari tushuntirildi. Quyidagi 1.4-rasm yordamida ikki muhit chegarasida singan nur yo‘nalishini aniqlash mumkin.

1.5.-rasm. Singan nur yo‘nalishini aniqlashuchun Gyuygens tuzilmasi.

Faraz qilaylik, АВ yassi to‘lqin fronti vakuumda с tezlik bilan tarqalayotgan bo‘lib, bu yorug‘lik vakuumga yondoshgan muhitga α burchak ostida tushsin va yorug‘likning muhitdagi tezligi endi  bo‘lsin ma’lum ∆t vaqt oralig‘idan keyin В nuqtadan tarqalayotgan to‘lqin ВК=с∆t masofani bosib o‘tadi va muhit chegarasiga yetib keladi. Shu vaqtning o‘zida А nuqtadan tarqalayotgan to‘lqin АD = ∆t masofani bosib o‘tadi (1.5-rasm).
Rasmdan ko‘rinib turibdiki, АК tomon bir vaqtning o‘zida ikkita to‘g‘ri bo‘rchakli АВК va АDК uch burchaklar gipotenuzasidir. Bundan quyidagilarni yozishimiz mumkin:
(1.7)
yoki
(1.8)
yoki
(1.9)
bo‘ladi.
Bizga ma’lumki n muhit uchun hamma vaqt n>1, shuning uchun korpuskulyar nazariyaga asosan >c edi. To‘lqin nazariyasiga asosaн c>, ekanligi kelib chiqadi.

1.2.Ferma, Yung aralashuvi, Gyugens – Frenel prinsiplarining jismoniy mohiyati.

Dastlab Gyuygens nazariyasi ilmiy jamoatchilik tomonidan tan olinmadi, garchi ba'zi taniqli olimlar (masalan, L. Eyler va M.V. Lomonosov) uni qo'llab-quvvatladilar. Buning sababi Gyuygens printsipidan foydalangan holda yorug'lik tarqalishining to'g'riligini isbotlashning iloji yo'q edi. Bundan tashqari, Gyuygens o'z ishida diffraktsiya va ranglar nazariyasini ko'rib chiqmaydi, aks ettirish va sinishni (shu jumladan, ikki marta sinishni) o'rganish bilan cheklanib qoladi. Kitobning ushbu tuzilishi zamondoshlarga nazariya imkoniyatlari cheklangan degan taassurot qoldirdi. Gyuygens printsipining "tirilishi" 19-asrning taniqli olimi nomi bilan bog'liq. O. J. Frenel, quyidagicha muhokama qilinganidek.
Nyuton optikaga ham o’z xisasini qo’shdi. Yuqorida muhokama qilingan yorug'lik difraksiyasi, teleskopik refrakter va boshqa yutuqlar sohasidagi tadqiqotlarini eslaylik. Fizika tarixi uchun Nyuton yorug'lik tabiati (to'lqin yoki korpuskulyar ) haqidagi tortishuvlarning eng markazida bo'lganligi juda muhimdir . Ko'pgina olimlar to'lqin nazariyasiga moyil bo'lgan davrda yashab, Nyuton o'z zamondoshlaridan ko'ra ko'proq va kengroq ko'rgan. Yuqorida aytib o'tilganidek, Nyutonning tegishli vakolatxonalari o'z-o'zidan paydo bo'lgan zarracha to'lqinli dualizm bo'lib, u o'z davri tushunchalaridan ancha oldinda.
Gyuygens to'lqinli optikasi va Nyuton (asosan korpuskulyar) optikasi, ularning barcha farqlari bilan, muhim umumiy xususiyatlarga ega. Ular optik hodisalarni faqat mexanistik tushunchalar doirasida tasvirlaydi. Ikkala olim ham yorug'lik ta'sirini mexanik hodisalarga kamaytirishga intiladi. Biroq, Nyutondan keyingi fizika asta-sekin mexanika doirasidan chiqib ketadi va bu asosan optika sohasidagi tadqiqotlarga tegishli.
XVIII asrda. fiziklarni faraziy "suyuqliklar" olib ketishdi, aslida nurning korpuskulyar "moddiy" tabiati umuman tan olindi. Shu bilan birga, yorug'lik xususiyatlarini miqdoriy o'lchovlari tobora muhim ahamiyat kasb eta boshladi. Fotometriya paydo bo'ldi, uning asoschisi frantsuz Per Buger (1698-1758) va nemis (Altsatsian) Johann Heinrich Lambert (1728-1777) edi. Ulardan birinchisi 1729 yilda nashr etilgan "Yorug'lik gradatsiyasi bo'yicha tajriba"; 1760 yilda (ushbu fransuz olimi vafotidan keyin) "Yorug'lik gradatsiyasi to'g'risida optik traktat" nashr etildi. Xuddi shu yili Lambert "Fotometriya" kitobini nashr etdi.
Buger umumiy e'tirof etilgan fotometrik birliklarni ( yorqinlik, yorug'lik intensivligi, yorug'lik va boshqalar) joriy etishda ustuvor ahamiyatga ega . To'g'ri, uning ilm-fan taraqqiyoti jarayonida o'zgargan biroz boshqacha nomlari bor. Buger shuningdek, turli xil manbalardan yoritish tenglamasiga asoslangan oddiy fotometrni yaratdi. Shuningdek, u bunday qurilmalar bilan ishlash metodikasini ishlab chiqdi va bir qator amaliy fotometrik o'lchovlarni amalga oshirdi. Olimning yana bir xizmati - bu qonunni qabul qilishidir, unga ko'ra yorug'lik oqimining intensivligi yutuvchi qatlam qalinligi bilan mutanosib ravishda kamayadi ( Buger qonuni ).
Lambert o'z kitobida ko'plab fotometrik tushunchalarga oydinlik kiritdi va Bug'er qonuniga manba yorqinligining yorug'lik chiqaradigan burchakka bog'liqligini qo'shdi. Hozir biz " Lambert " manbalari haqida adolatli gaplashmoqdamiz , shu bilan ularni kashf etgan olim xotirasini abadiylashtirmoqdamiz.
18-asr optikasi haqida gapirganda, 1725 yilda J. Bredli tomonidan nurning aberratsiyasi (og'ishi) haqida kashfiyot eslatib o'tmaslik mumkin emas . Ushbu kashfiyot nafaqat yorug'lik tezligini o'lchashning yangi usulini ishlab chiqishga imkon berdi, balki harakatlanuvchi muhit optikasini rivojlantirishda ham muhim rol o'ynadi.
XVIII asr tadqiqotlari. 19-asrga xos bo'lgan optikaning ulkan ko'tarilishining boshlanishini belgiladi. Ushbu yuksalish birinchi navbatida Tomas Yung va Avgustin Jan Frenel (1788-1827) ismlari bilan bog'liq edi . Ularning tinimsiz mehnati tufayli (bir qator zamonaviy olimlarning qarshiliklariga qaramay) yorug'lik to'lqinlari nazariyasi g'alaba qozondi.
Tomas Jung (1773-1829) 1773 yil 13-iyunda tug'ilgan. Uning ajoyib qobiliyatlari juda erta namoyon bo'ldi. U ikki yoshida o'qishni o'rgangan, to'qqiz yoshida lotin va yunon tillarini o'rgangan, 14 yoshida esa 10ta tilni bilgan! Jung universitetda tibbiyot sohasida o'qigan.
Ammo bitiruvidan ikki yil oldin u fiziologik optika bo'yicha ishini nashr etdi, unda ko'zning joylashishi nazariyasi ishlab chiqildi.
Tomas Jung ko'p qirrali olim edi: fizik va fiziolog, shifokor va kema quruvchi, filolog va botanik, astronom va geofizik. Jungning ko'p qirraliligi aql bovar qilmaydigan darajada. Faqatgina taniqli ingliz ensiklopediyasi uchun u bilimning turli sohalariga oid 50 ga yaqin maqola yozgan. Bundan tashqari, Jung o'sha paytda ma'lum bo'lgan deyarli barcha musiqa asboblarini chalgan, hayvonlarni mukammal bilgan, hatto sirk ijrochisi bo'lgan - chavandoz va torli yuruvchi, Misr iyerogliflarini ochish bilan shug'ullangan, Rozetta toshining ba'zi belgilarining ma'nosini aniqlagan). Bu buyuk odam , 1829 yilda vafot etgan.
Jungning ko'plab fizik kashfiyotlari ichida biz uchun eng muhimi, u 1800 yilda u tomonidan shakllangan to'lqinlarning superpozitsiyasi printsipi va shu bilan yorug'lik aralashuvi asosida tushuntirishdir . "Interferentsiya" atamasining o'zi ham Jungga tegishli. Uning optik tadqiqotlari, shuningdek, retinada uchta asosiy rangga mos keladigan sezgir retseptorlarning uch turi mavjud degan taxminga asoslangan rang ko'rish nazariyasini o'z ichiga oladi.
Jung tomonidan ishlab chiqilgan to'lqin nazariyasi bir nechta farazlarga asoslanadi. Ulardan birinchisi: elastik va kamyob nurli efir butun olamni to'ldiradi. Ikkinchi gipoteza: tana porlay boshlaganda, efirda to'lqinga o'xshash harakatlar hayajonlanadi. Va nihoyat, uchinchi gipoteza efirdagi tebranish chastotalari bilan bog'liq bo'lgan turli xil ranglarning hissiyotlarini aniqlaydi. Umuman olganda, bu taxminlarni Yungning o'zi eng yaxshi shakllantirgan: "Chiqaradigan yorug'lik nurli efirning to'lqinli harakatlaridan iborat."
Turli manbalar tomonidan hosil qilingan efirning tebranishlari mustaqil ravishda efirda tarqaladi. Bu 1800- yilda tug'ilgan superpozitsiya printsipi. Superpozitsiya printsipining kashf qilinishi Jungga 1801- yilda yorug'lik aralashuvi printsipini o'rnatishga imkon berdi. Yungning o'zi buni quyidagicha shakllantirgan: "Bir xil yorug'likning ikki qismi ko'zga har xil yo'nalishda kiradigan joyda, yorug'lik farqi ma'lum uzunlikdagi butun songa ko'payadigan va aralashuvchi qismlarning oraliq holatlarida eng kuchsiz bo'lgan joyda yorug'lik kuchayadi, va bu uzunlik har xil rangdagi yorug'lik uchun farq qiladi"
Ushbu tamoyil Yung tomonidan eksperimental tarzda tasdiqlangan. Kuzatilgan interferentsiya chekkalarining kengligini o'lchab, u o'z qonunida belgilangan "ma'lum uzunlikni" aniqladi. Bu fizika tarixidagi yorug'lik to'lqin uzunligining birinchi ta'rifi edi. To'rtinchi to'lqin uzunligining intervallari Nyuton tomonidan o'lchandi. Biroq, u to'lqin uzunligi tushunchasini ishlatmadi. Yung o'z tajribalarida yorug'likning to'lqin uzunligini ataylab aniqladi va shu bilan spektrometriya uchun asos yaratdi. Tabiiyki, u Nyuton uzuklari bilan tajribaga murojaat qildi va muallifning o'ziga qaraganda ko'proq o'rganib chiqdi. Shuni ham yodda tutish kerakki, Jung ultrabinafsha to'lqin uzunligi oralig'ida elektromagnit nurlanishni ro'yxatdan o'tkazgan.
Jungning nazariy qarashlari uning zamondoshlari tomonidan qabul qilinmadi, hatto vatani Angliyada ham ular qattiq tanqidga uchragan. Etien Lui Malus kashf etilganidan keyin u yanada kuchaygan .
Etien Lui Malus (1775-1812) yillarda tug'ilgan. Maktabdanoq u armiyani istehkomga kirish uchun kelgan. Malyusning muhandislik qobiliyatlari sezilib qoldi va u 1796- yilda tugatgan yangi tashkil etilgan Politexnika maktabiga yuborildi. Malyusning harbiy xizmati Politexnika maktabini tugatgandan keyin ham davom etdi.
Shu bilan birga, uning hayoti olimning biografiyasidan ko'ra ko'proq sarguzasht romanini eslatdi. Misrdagi Napoleonning yurishi, vabo epidemiyasi, u kasal bo'lib, undan qutulgan, Misrda jangovar harakatlarda qatnashgan Napoleon qo'shinlarida xizmatni davom ettirish. Faqat sulh bitimidan so'ng Malus o'z vataniga qaytib, harbiy muhandislik xizmatini davom ettirdi va intensiv ravishda ilm-fan bilan shug'ullandi. 1810- yilda u akademik bo'ldi, afsuski, uzoq vaqt emas. 1812- yil boshida E.L.Malius sil kasalligidan vafot etdi.
Malus Napoleonning Misrdagi kampaniyasida qatnashganida optikani o'rganishni boshladi. Natijada uning 1807-yilda akademiyaga taqdim etgan optikaga oid ikkita asari paydo bo'ldi. 1808-yilda Malus o'z e'tiborini ikki tomonlama buzilish muammosiga qaratdi. Lyuksemburg saroyining derazalaridan Islandiyaning shpati kristalidan yorug'likning aks etishini kuzatib, u tasvirlardan biri g'oyib bo'lganini payqadi. Bu xuddi shu ta'sirga olib keladigan bir qator eksperimentlarni keltirib chiqardi: yorug'likning tushishining ma'lum burchaklarida, ikki sinuvchan kristal orqali kuzatilgan tasvirlardan biri g'oyib bo'ldi. Shunday qilib, Malus zarrachalarning qutblanish xususiyatlariga o'xshash yorug'lik nurida assimetriyani kashf etdi.
Korpuskulalarning qutblanish xususiyati haqidagi Nyuton g'oyasini qo'llab-quvvatlagan Malus optikaga "nurning qutblanishi" atamasini kiritdi . U ma'lum bir burchak ostida aks ettiruvchi sirtga tushadigan yorug'lik qutblanganligini aniqladi. Keyinchalik, 1815- yilda, Shotlandiyalik fizik Devid Bryus (1781-1868) tgi = n tenglamadan umumiy qutblanish burchagini topish mumkinligini aniqladi , bu erda n - berilgan moddaning sinish ko'rsatkichi.
Yorug'likning qutblanish sohasidagi kashfiyotlari davom etdi: 1810- yilda Malus analizatordan o'tayotganda qutblangan nur intensivligining o'zgarishi qonunini kashf etdi. Endi u Malus qonunining nomini oldi. D.F.Arago 1811- yilda yorug'likni bir tomonlama kristallarda xromatik qutblanish va kvartsda qutblanish tekisligining aylanish hodisasini kashf etdi. JB Biot, shuningdek, bir tomonlama kristallarda xromatik qutblanishni o'rgangan va 1815-yilda u qutblanish tekisligining aylanish qonunini kashf etgan.
Ushbu tadqiqotlar nurning korpuskulyar nazariyasi tarafdorlarini ilhomlantirdi. P.S. Laplas bir eksialli kristallarda yorug'likning ikki marta sinishi nazariyasini ishlab chiqdi. Bu kristal molekulalarining yorug'lik korpuskulalari bilan o'zaro ta'sirini hisoblashga asoslangan edi. Bio bu nazariyani ikki ekssial kristallarga umumlashtirdi.
Optik hodisalar maydoni nihoyatda kengaydi. Ushbu hodisalarning barcha xilma-xilligini tushuntirib beradigan birlashtirilgan nazariyaga ehtiyoj bor. Bunday nazariya Parij akademiklari uchun kutilmagan tarzda paydo bo'ldi. Ushbu ajablanib nafaqat uni taniqli muhandis  Jan Frenel tomonidan yaratilganligi (1.6-rasm), balki, eng muhimi, bu kashfiyotlar tomonidan butunlay ko'milgan kabi ko'rinadigan to'lqin nazariyasida edi. Malus va uning hamkasblari.
Jan Frenel (1785-1827) yillarda Normandiyada me'mor oilasida tug'ilgan. Sog'lig'i yomon bo'lganiga qaramay, u ijodkor bo'lishiga to'sqinlik qildi, u o'n olti yarim yoshida Politexnika maktabiga o'qishga kirdi. Uzoq vaqt davomida Frenel yo'llar va ko'priklar qurilishini tashkil qilish bilan shug'ullangan. Faqatgina 1815- yilda u fan bilan shug'ullanishi mumkin edi.
F renel bir vaqtning o'zida falsafa, ilohiyot, kimyo va texnologiyalarga qiziqqan. Biroq, birinchi o'rinni optika egalladi. 1815- yildan boshlab Frenelning ilmiy ishlari birin-ketin paydo bo'lib, unga dunyo miqyosida shuhrat qozondi.