|
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.
Do'stlaringiz bilan baham: |
