|
Корпускулярная и волновая гипотезы света
Английские ученые Бойль в 1663 г. и Гук в 1665 г. наблюдали замечательное
явление, которое называется теперь кольцами Ньютона. Кольца» возникают, когда на
плоскую стеклянную пластинку помещают слабую собирающую линзу. Тогда вокруг
точки контакта образуются светлые и темные кольца, окрашенные в разные цвета. Для
объяснения этого явления, Гук предположил, что свет представляет собой поперечные
волны, распространяющиеся от светящегося тела с одинаковой скоростью по разным
направлениям в мировом эфире. Однако эти идеи не были поняты в то время. Более
того, в 1672 г. Ньютон опубликовал работу «Новая теория света и цветов», в которой
излагалась корпускулярная (или эмиссионная) гипотеза света.
На основе этой гипотезы Ньютон объяснял периодичность светлых и темных
колец тем, что частицы света, проникая в прозрачное тело, вызывают в нем сгущения
и разрежения эфира. В результате, по Ньютону, образуются светлые и темные кольца.
Гук выступил резко против эмиссионной гипотезы.
Поскольку эфиру приходилось приписывать разнообразные функции, то
Ньютону пришлось считать, что эфир представляет собой смесь разных субстанций:
«Нельзя, однако, предполагать, что эта среда есть однородная материя; она склады-
вается частью из основного, косного тела эфира, частью из других различных
эфирных спиритусов, во многом подобно тому, как воздух слагается из косного тела
воздуха, перемешанного с различными парами или выдыханиями. В пользу такой
разнородности, по-видимому, говорят электрические и магнитные истечения и
начало тяготения». Эти гипотетические соображения Ньютона находятся в явном
противоречии с его же принципом: «Гипотез не измышляю».
В конце концов пришлось отказаться от отождествления колебаний эфира со
светом поскольку ни Ньютону, ни Гуку, не удалось объяснить прямолинейность
световых лучей на основе волновых представлений, а Гюйгенс, создавший волновую
теорию света, давал совсем ошибочное объяснение. Объяснения других известных
фактов были сложными и гипотетическими.
Оптическими исследованиями Ньютон занимался с 1672 по 1686 гг., и свои
результаты он подытожил в «Оптике», изданной в 1704 г. Говоря об этой книге,
Сергей Иванович Вавилов отмечал, что Ньютон: «впервые показал миру, что может
сделать и какой должна быть экспериментальная физика. Ньютон заставил опыт
говорить, отвечать на вопросы, давать такие ответы, из которых вытекала
теория». В этом и последующих изданиях «Оптики» Ньютон постепенно
пересматривал свое отношение к эфиру. Он ставил вопрос: «Не ошибочны ли все
гипотезы,
в
которых
свет
приписывается
давлению
или
движению,
распространяющемуся через некоторую жидкую среду?». Одним из аргументов
против эфира снова является прямолинейность света. Далее он приводил самый
сильный аргумент против эфира в пространстве: «Против заполнения неба жидкими
средами, если они только не чрезвычайно разрежены, возникает большое сомнение в
связи с правильными и весьма длительными движениями планет и комет по всякого
рода путям в небес-ном пространстве, ибо отсюда ясно, что небесное пространство
лишено всякого заметного сопротивления, а, следовательно, и всякой ощутимой
материи». И все же в издании «Оптики» в 1717г. Ньютон изменил свои воззрения на
эфир, хотя по-прежнему считал невозможным объяснить все свойства света с
помощью гипотезы о колебаниях эфира.
Возможно, именно основное свойство света – его прямолинейное
распространение – заставило Ньютона упорно держаться теории истечения световых
частиц. Он считал, что эти частицы летят прямолинейно по законам механики.
Отражение света рассматривалось как упругое отражение световых частиц от
поверхности, аналогично падению шарика на плоскость, так что выполняется закон
отражения: угол падения равен углу отражения.
Придерживаясь теории корпускулярной природы света распространяющегося в
эфире Ньютон вывел закон преломления света В этом законе фигурировала
постоянная величина n – показатель преломления, определяемый свойствами обеих
сред. По Ньютону выходило, что показатель преломления есть отношение скоростей
частиц света во второй и первой средах. При этом получалось, что скорость света в
оптически более плотной среде больше, чем в менее плотной. Во времена Ньютона
прямые измерения скорости света в разных средах еще не проводились, поэтому
проверить правильность выводов Ньютона было невозможно. Это было сделано
позднее (опыты Фуко, 1850). Эксперименты показали, что скорость света в плотных
средах, например, в воде, меньше, чем скорость света в воздухе, а показатель
преломления при этом при переходе света из воздуха в воду больше единицы. Таким
образом, смысл показателя преломления, данный Ньютоном, пришел в противоречие с
экспериментом.
Современник Ньютона голландский физик Христиан Гюйгенс в 1690г.
разрабатывал другую теорию света. Он рассматривал световые явления по аналогии с
акустическими и считал, что световое возбуждение представляет собой упругие
импульсы, распространяющиеся в эфире, заполняющем все пространство как внутри
материальных сред, так и между ними. Материя, из которой состоят частички эфира,
согласно этой гипотезе обладает «совершенной твердостью» и высокой упругостью.
Сами частички считались одинакового размера, сферической формы и плотно
прилегающими друг к другу. Поэтому перемещение одной из них должно приводить в
движение целый ряд частиц во всех направлениях. Так происходит распространение
сферической продольной волны. Каждая точка светящегося тела, пламени и т.д.
является источником сферических световых волн.
Хотя Гюйгенс говорил о световых
волнах, но он представлял себе волны совсем не так, как это стали понимать позднее и
в наше время. Он считал, что свет распространяется сферическими поверхностями, и
разъяснял, что это значит: «Я называю эти поверхности волнами по сходству с
Do'stlaringiz bilan baham: |
