Режа: Оптика фанининг ривожланиш тарихи

Ёруғликнинг электромагнит назарияси. Физиканинг бошқа бўлимлари билан бирга XIX асрда электр ва магнит ҳодисалар ҳақидаги таълимот ҳам интенсив ривожлана бошлади. 1831 йилда буюк инглиз физиги М. Фарадей (1791—1867) электромагнит индукцияни ихтиро қилди. Бу кашфиёт электр ва магнетизм ҳақидаги таълимот­нинг бошланиш даври бўлди. Қатор буюк физиклар, биринчи навбатда инглиз физиги Максвелл (1831 — 1879) Фарадей кашфиётини тараққий эттирди ва тўлдирди. Максвелл 1865 йилда электр ва маг­нетизм таълимотида Максвелл тенгламалари деб номланган асосий қонунларни яратдики, механикада Ньютон қонунлари қандай роль ўйнаса, бу соҳада ушбу қонунлар ҳам шундай роль ўйнайди. XIX аср ўрталарида яратилган кашфиётлар сўзсиз ёруғликнинг элект­ромагнит назариясини яратишда ёрдам берди. Булардан электр ва магнит ҳодисаларнинг оптикавий ҳодисалар билан узвий боғлиқлиги келиб чиқади. 1845 йилда Фарадей магнит майдонда қутбланиш текислигининг айланишини кашф қилди. Шунингдек, электростатик бирликларда ўлчанган ток кучининг электромагнит бирликларда ўлчанган ток кучига нисбати сон жиҳатдан ёруғликнинг вакуумдаги тезлигига тенглиги аниқланди.
Максвелл тенгламалари модда зарралари, шу жумладан эркин электр зарядлар бўлмаган фазони эгаллаган электромагнит майдондаги процессларни тавсифлаш имконини берди. Электромагнит майдон фазода ёруғликнинг вакуумдаг тезлигига тенг бўлган тезлик билан тўлқин тарзида тарқалиши Максвелл тенгламаларидан бевосита келиб чиқди. Шундай қилиб, Максвелл электромагнит тўлқинларнинг бўш фазода - вакуумда тарқалиши мумкинлигини олдиндан назарий равишда айтди ва ёруғликнинг электромагнит назария­сини яратди. Бу назарияга кўра, ёруғлик жуда кичик тўлқин узунлигига эга бўлган электромагнит тўлқинлардан иборат. Кўзга кўринадиган ёруғлик учун бу тўлқинлар спектрнинг 0,38—0,76 мкм интервалида ётади. Ёруғликнинг электромагнит назариясидан модданинг нур синдириш кўрсаткичининг квадрати сон жиҳатдан модданинг диэлектрик сингдирувчанлигига тенг эканлиги келиб чиқади. Назарияда олдиндан айтилган бу фикр Больцманнинг (1844— 1906) қатор моддалар билан олиб борган ишларида тасдиқланган. Лекин Максвелл назарияси дисперсияни тушунтира олмади.
Ёруғликнинг Максвелл шакллантирган электромагнит назария­си яратилганидан 23 йил кейин буюк немис физиги Герц (1857— 1894) электромагнит тўлқинларни эркин фазода экспериментал ра­вишда хосил қилишга муяссар бўлди. 1895 йилда машҳур рус фи­зиги А.С.Попов (1859—1905) радиотелеграфини ихтиро этди. Шу даврда буюк рус физиги П.Н.Лебедев (1866—1912) электромагнит тўлқинларни генерациялаш, қабул қилиш ва хусусиятларини ўрганишга доир йирик тадқиқотлар ўтказди.
Лебедев 1899 йилда ёруғликнинг қаттиқ жисмларга босимини кашф қилди ва ўлчади, бир оз кейинроқ эса (1908) ёруғликнинг газларга бўлган босимини ўлчади.
Ёруғликнинг электромагнит назарияси физиканинг иккита йирик—электр ва оптика бўлимини бирлаштирди. Максвеллнинг фикрича, электромагнит тўлқинлар алоҳида муҳитда — эфирда тарқалади. Шундай қилиб, бу муҳит фақат ёруғлик процессларинн элтувчи бўлмай, балки умуман электромагнит майдондаги барча процессларни элтадиган муҳит бўлиб чиқди. Ёруғликнинг электро­магнит назарияси Френелнинг каштан ва синган ёруғлик интенсивлиги формуласини, нурнинг иккиланма синишини ифодаловчи формула ва бошқа қатор формулаларни ҳеч қийинчиликсиз қатъий хулосалаш имконини берди. Бунда бу назария ҳеч қандай қўшимча гипотезаларга муҳтож бўлмай фақат Максвелл тенгламалари билан электр ва магнит кучларнинг чегаравий шартларига асосланди.
Электр ҳақидаги таълимотнинг кейинги тараққиёти электронларнинг кашф этилишига ва электрон назариянинг яратилишига олиб келди. Электрон назариянинг асосий қоидалари Максвелл тенгламаларини умумлаштириб (1895), электрнинг макроскопик Назариясидаги электр ўтказувчанлик, диэлектрик сингдирувчанлик ва ҳ. к. лар каби формал константаларнинг физикавий талқинини берган буюк голланд физиги Г.А.Лоренцга (1853-1928) тааллуқлидир. Электронлар назариясига асосланиб дисперсиянинг элект­рон назарияси, атом ва молекулалардан ёруғлик нурланишининг электрон назарияси яратилди ва нурланиш, ютилиш, сочилиш ва бошка оптикавий процесслар билан богланган жуда кўп оптикавий ҳодисаларнинг талқини берилди. Лоренцнинг электрон назарияси қатъий асослангунига қадар Гельмгольц дисперсия назариясини ривожлантирди (1893). Бунда у атомларнинг ичида электронлари бўлиб, улар ҳам эркин, ҳам мажбурий тебрана олади; электронларнинг мажбурий тебранишлари моддага келиб тушаётган ёруғлик тўлқинларининг электр майдони таъсирида содир бўлади деб, фараз қилди.
Атом ичида тебранадиган электронлар ҳақидаги тасаввур айниқса нурланиш ва ёруғликнинг моддада тарқалиши ҳақидаги таъ­лимотнинг барча келгуси тараққиёти учун жуда яхши самара берди. Голланд физиги Зееман (1865—1943) 1896 йилда очган кашфиёт, яъни кучли магнит майдонга киритилган манба спектрал чизиқларининг бўлиниш ҳодисаси бунинг биринчи энг яққол тасдиғи бўла олди. Бу ҳодисанинг электрон назариясини Лоренц яратди. Зееманнинг кашфиёти оптиканинг магнитоптика деб аталувчи бўлимининг юзага келишининг бошланиши бўлди.
1875 йилда инглиз физиги Керр (1824—1907) ташқи электр майдонга киритилган моддаларда нурнинг иккиланма синишини кашф этди. Электр майдоннинг спектрга таъсирини анча кейин— 1913 йилда немис физиги Штарк (1874—1957) очди. Ёруғликнинг нурланиши ва уларнинг ташқи электр майдонга жойлаштирилган моддаларда тарқалиш ҳодисаларининг мажмуаси оптиканинг элек­трооптика деб номланган бўлимини ташкил этади.
Электрон назария тезланишли ҳаракатланаётган зарядларнинг, шу жумладан, атом ва молекулаларнинг ичида ҳаракатланаётган электронларнинг электромагнит тўлқинлар нурлашини тушунтиришга имкон берди.
Ҳаракатдаги жисм оптикаси интенсив тараққий этди. Бу соҳага Брадлей кашф этган ёруғлик аберрацияси, Допплер эффекти, ҳаракатдаги шаффоф моддада ёруғлик тезлиги қисман ўзгаради деб дисобловчи Физо ҳодисаси ваҳ. к. каби энг муҳим ҳодисалар кира­ди. Ер ҳаракатининг ёруғлик тезлигига таъсири билан боғлиқ бўлган масалалар алоҳида қизиқиш уйғотади. Ўша давр физиклари электромагнит тўлқинлар эфир деб аталувчи алоҳида муҳитда тарқалади деб ҳисоблаганлари сабабли, барча бу муаммолар битта, яъни ҳаракатдаги модда ва эфирнинг ўзаро таъсири муаммосига мужассамланган эди. Френель ёруғликнинг эластик назариясини ишлаб чиқишда моддадан ташқарида мавжуд бўлган эфир абсолют сиқилмайди ва ҳаракатдаги жисмларга эргашмайди, деган фаразга асосланган эди. Модда ичида бўлган эфир қисман унга эргашади. Бу назария ёруғлик аберрацияси ва Физо ҳодисасини тушунтира олди.
Стоке 1845 йилда Френель гипотезасига қарама-қарши бўлган гипотезани илгари сурди. У эфир ҳаракатдаги жисмларга тўла эр­гашади, деб ҳисоблади. Г. Герц бу ғоя асосида ҳаракатдаги жисмларда юз берадиган электромагнит процессларнинг изчил назария­сини ривожлантирди. Лекин Герц назарияси экспериментал фактларга зид бўлиб чиқди ва рад этилди. Буюк немис физиги М. Планк (1858—1947) эфир моддалар яқинида қуюқлашади, деган фикр би­лан эфирнинг тўла эргашиш гипотезасини ёқлашга уринди. Лекин Планк гипотезаси ижобий натижалар бермади. Лоренцнинг электрон назарияси ҳам эфир моддаларга эргашмайдиган абсолют ҳаракатсиз муҳит деган фикрга асосланган эди. Электрон назарияга асослан­ган натижалар экспериментал фактларга мос келди ва, шундай қилиб, абсолют ҳаракатсиз эфир ҳақидаги гипотезани тасдиқлади. Бу гипотезадан тажриба йўли билан Ернинг эфирга нисбатан ҳаракатини («эфир шамолини») сезиш мумкин, деган хулоса келиб чиқади.
Майкельсон 1881 йилда ўзи яратган интерферометр ёрдамида тажриба ўтказди. 1887 йилда бу тажриба такомиллаштирилган асбобда такрор ўтказилди. Лекин тажрибалар салбий натижа берди, яъни ҳеч қандай «эфир шамоли»ни аниқлаш мумкин бўлмади. «Эфир шамоли»ни бошқа, оптикавий бўлмаган воситалар ёрдамида аниқлаш учун бўлган уринишлар ҳам муваффақиятсиз чиқди. Бу фактни тушунтиришга биринчи бўлиб Лоренц ва Фиц-Жеральдлар уриниб кўрдилар. Уларнинг гипотезасига кўра, эфирга нисбатан ҳаракатланаётган барча жисмлар ўз ҳаракатлари йўналишида узунликлари бўйича маълум нисбатда қисқаради. Лекин бу гипотеза ҳам ҳаракатдаги жисм оптикаси ва электродинамикасида вужудга келган бар­ча зиддиятларни бартараф қилолмади. Шунчалик кўп сондаги қарама-қарши фактларнинг мавжудлиги Лоренцнинг фазо ва вақт масштаблари жисмнинг ҳаракат тезлигига боғлиқ ва Галилей алмаштиришларига нисбатан принципиал янги бўлган координата ва вақт алмаштиришларини яратишига олиб келди.
Буюк немис физиги А. Энштейн (1879—1955) Лоренц тенгламаларига асосланиб, 1905 йилда янги нисбийлик принципини яратдики, унга асосан фазо ва вақт ҳаракатланаётган жисмлар билан узвий боглиқ деган тасаввур ҳосил бўлади.
Шундай қилиб, биз XX аср бўсағасида оптиканинг тараққиёти физика фанининг асосий, энг фундаментал қоидаларининг тубдан ўзгаришига олиб келганлигининг шоҳиди бўламиз.