История и методология физики

Победа волновой теории света 
В начале XIX в. волновые представления о свете стали постепенно 
доминировать благодаря, главным образом, блестящим трудам Юнга и Френеля. 
Развивая волновую теорию, молодой английский врач Томас Юнг в 1800 г. 
отмечал недостатки корпускулярной теории. Об одном из них он писал так: 
«Каким образом происходит, что все световые лучи, возникают ли они от 
слабой электрической искры, от удара двух кремней, от ничтожайшей степени 
ощутимого глазом накаливания, распространяются с одинаковой скоростью. Какое 
же основание может дать теория эмиссии для того, чтобы все эти разнообразные 
источники света выбрасывали из себя частицы с равной скоростью?». 
Как и все физики того времени. Юнг предполагал существование эфира. 
Объясняя отражение и преломление. Юнг впервые ввел в оптику представление об 
«интерференции света», т.е. взаимное усиление или ослабление световых волн при их 
одновременном распространении.
К этому Юнг пришел, рассматривая для примера волны на воде. Считая, что 
свет аналогичен волнам на поверхности воды, он пришел к выводу: «Я полагаю, что 
сходные эффекты имеют место всякий раз, когда таким образом смешиваются две 
порции света; и это я называю всеобщим законом интерференции света». 
Основываясь на этих представлениях, Юнг объяснил цвета тонких пленок и 
кольца Ньютона. В 1803 г. он подробно объяснил также явление дифракции. Юнг не 
только критиковал теорию истечения, но старался объяснить разнообразные 
оптические явления с помощью волновой теории и подкреплял свои объяснения 
экспериментом. Так он осуществил знаменитый «опыт Юнга» по интерференции света 
от двух щелей (1802), который вошел во все учебники по оптике. В 1803 г. он измерил 
длины волн различных цветов. Однако его работы в то время остались без внимания 
даже крупных физиков, зато подверглись нападкам на страницах популярных 
журналов. Это свидетельствовало о том, сколь сильны и живучи были 
корпускулярные представления Ньютона не только в научном мире. 
В 1808 г. французский физик Этьен Малюс (1775-1812) случайно заметил, что 
при поворачивании пластинки исландского шпата вокруг луча, отраженного от окна, 
интенсивность света периодически возрастает и уменьшается. Это явление, 
возникающее при отражении света от прозрачных сред (стекла, воды и т.п.), он назвал 
поляризацией света. Он установил также закон изменения интенсивности поля-
ризованного света (закон Малюса).
После открытия Малюса многие физики стали проводить экспериментальные 
исследования явления поляризации, и были сделаны новые важные открытия. В 1811 
г. была открыта хроматическая поляризация света (Араго, Био, Брюстер). 

---

Французский физик Доминик Араго открыл вращение плоскости поляризации света. В 
1815 г. шотландский физик Дэвид Брюстер (1781-1868) показал, что тангенс угла на-
клона полной поляризации (угол Брюстера) равен показателю преломления вещества 
(закон Брюстера). В то время казалось, что эмиссионная теория подкрепляется 
новыми опытными данными, а позиции волновой теории подорваны. 
Новый и решающий вклад в укрепление и, в конечном счете, в победу волновой 
теории внес скромный французский инженер управления мостов и дорог Огюстен Жан 
Френель (1788-1827). Не зная трудов Юнга, он в 1815г. переоткрыл принцип 
интерференции волн, и затем в 1816г. дополнил принцип Гюйгенса, введя пред-
ставление о когерентности элементарных волн и их интерференции (принцип 
Гюйгенса-Френеля). С 
помощью этого 
принципа Френель 
дал вполне 
удовлетворительное объяснение прямолинейного распространения света и разработал 
теорию дифракции света (1818). Он выполнил ставшие классическими опыты по 
интерференции света с бизеркалами (1816) и бипризмами (1819). Эти приборы 
названы именем Френеля. В 1821 г. Френель доказал на опыте, что световые волны 
поперечны, исследуя отражение и преломление света от поверхности прозрачных 
веществ. Это позволило понять сущность явления поляризации, открытого Малюсом. 
В 1823 г. Френель установил законы отражения и преломления света на плоской 
неподвижной границе раздела двух сред (формулы Френеля), открыл эллиптическую и 
круговую поляризацию света. 
Волновая теория Френеля была построена в период с 1815 по 1823 г. Так 
началось триумфальное шествие волновой оптики. 
Исследуя многообразные явления поляризации света, Френель пришел к выводу, 
что световые волны поперечны, т.е. что направления колебаний в них 
перпендикулярны к направлению распространения. Однако в этом случае эфиру - 
тончайшему невесомому флюиду - необходимо было приписывать свойства упругого 
твердого тела. 
Для согласования с экспериментальными фактами эфиру приходилось 
приписывать странные свойства и изобретать «безумные», порой фантастические 
теории эфира. И все равно физики не отказывались от гипотезы эфира.
До начала XIX в. корпускулярные и волновые представления о свете имели 
характер взаимного исключения и развивались в ожесточенной борьбе и взаимной 
критике при явном преимуществе корпускулярной гипотезы. После фундаментальных 
идей Юнга и Френеля, подтвержденных блестящими экспериментами, волновая 
гипотеза света одержала победу над корпускулярными представлениями. Они были 
полностью отброшены до открытия квантов в начале XX в. С этого времени 
корпускулярные представления были восстановлены, но на совершенно ином уровне 
понимания характера корпускул света, и природа света стала рассматриваться на 
основе корпускулярно-волнового дуализма. Современный этап развития оптики связан 
с созданием в 60-х г. XX в. новых мощных источников с высокой степенью 
монохроматичности и направленности излучаемого света – лазеров. 

---