Борн М.,Вольф Э. - Основы оптики (1070649), страница 5
Текст из файла (страница 5)
е. явления дифракции. Френель решил задачи о дифракции на крае, небольших отверстиях и экране; наиболее убедительным оказалось экспериментальное подтверждение Араго предсказания, выведенного Пуассоном из теории Френеля н состоявшего в том, что в цснгрс тени от круглого диска должно находиться светлое пятно. В том же году (18!8 г.) Френель занялся весьма важной проблемов влияния движения Земля на распространение света, а именно попытался выяснить, существует ли какие-нибудь различие между светом ог звезд н светом от земных источников.
Ломеник Франсуа Араго (1786 — 1853 гг.) экспериментально обнаружил, что (помимо аберрации) никакого различия пег. На основании этих наблюдений Френель создал теорию о частичном увлечении светового эфира движущимися тглакщ, теорию, которая была подтверждена в 1851 г. прямыми измерениями Армандом Иполитом Луи Физо (1819 — 1896 гг.). Виесте с Араго Френель исследовал интерференцию поляризованных л>чей света и обнаружил (в 18!6 г.), что лучи, поляризованные во взаимно перпендикулярных плоскостях, никогда не интерферируют.
Этот факт нельзя было согласовать с общепринятым тогда предполаэкепиеч а прадольности свстовых вази. 'Юнг, узнавший об этом открытии от Араго, нашел в 1817 г. разгадку возникшего противоречия, прелпобожив, что световые катебания поперечны, Френель, сразу же оценив исю важность такогопредположения, попытался подтвердить сто. исходя из более падежнои днпамической основы 1201, и вывел из пега много следствий. Так, поскольку в жидкости могут существовать *) Г!оследбвзтелем волковой теории света бмл и М, В. ГГочгжасов, каи>рмй к работе, ккублзкавквной к !7бб г., агстакэзл кредсгкккевие о свете ккк о кыкбккккх эфира (бз'1. (17ркм. ред.) 18 истотичвеков вввленив только продольные волны, эфир должен вести себя, как твердое тело; однако в то время теория упругих волн в твердых телах еще не была сформулировапв. Вместо создания такан теории и вьшада нз пес следствий для антики Фреисл< «обернул» задачу и попытался выяснить св<тйгтва снггаиого м)>яра из наблюдсшш.
Ок начал с изучения необычных зиконов распространения света в кристаллах; выяснение этих законов в сведение нх к нескольким простым предпа.<оженням о природе элементарных залп лвляегся одним нз важнейших дас>и>кеннй <ютественной науки. В 1832 г. Вильям ) эмиль»он (!805 — 1865 гг ) !2! 1, сам внесший большой вклад в развитие оптики, обратил внимание на важное следствие, вытекающее из теории Френеля, а именно на вазможность существования конической рефракции, которая была экспсриментально обнаружена вскоре после этого Хвчфрн Ллойдам (!800 — 1881 гг.) !22!. Френель также гарный сделал предположение (182! г.), развитое позднее Коши, что для выяснения причины дисперсии необходимо учитывать моле- куля рную структуру вещества !23!.
Динамические налепи»<еханизма кеуебапий эфира привели Френеля к законам (носящим >еперь его имя), которые лают пн<еисииность и полнрнзацию световых лучей после преломления н отражения !241. Рабата Френеля сталь надежно обосновала волновую теорию, что казалось совсршсяно излишним проведение контрольного эксперимента, впервые предложенно<.о Араго, который был осуществлен в 1850 г.
Фуко !251 н Физо и Враже 126). Корпускулярная теория объясняет преломление квк притяжение светояых частиц на границе двух сред оптически более плотной средой, отнуда вытекает, что скор<кть снега в балов платной среде больша: волновая жс теория, согласно Гюйгенсу, дпег меньшую скорость снега в оптически более плотной среде. Непосредственное измерение скорости света в воздухе и воде полностью подтвсрдила вьшод волновой теории *). В последующие деся<мшегия была развита теория упругого эфира. Первым ша<ам и этом нанравленна явилась создание теорие упругости для твердых тел. Она была сформулирована Клодом Луи Марии Анри Навье (1785— 1836 гг.) !271, предположйв>ним, что вещество состоит из бесчисленного количества частиц (точечных масс, атомов), взаимодействующих друг с другом вдаль линий, соединяющих пары частил. Августину Луи Коши (1789 — !857 гг.) !28! принадлежит привычный теперь вывод уравнений упр»тости для сплошной с>едыы.
Из других ученых, приияя<аиших участие в развитии теории о<пики, следует упомянуть Симона Лепи Пуассона (17И вЂ” 1840 гг.) !291, Джорджа Грина (1793 — 1841 гг.) !301, 71жеймса Маккалаха (1809 — 1847 гг.) !ЗН и Франца Неймана (!798 — !895 гг.) !32!. В настоящее время нег смысла подробно абсу>кдзть нн сами теории, ци те трудности, с каторымн онн сталкивались, поскольку все эти трудности вытекали из требования (от него уже давно отказались), чтобы оптические явления м<пьна было описывать в рамках механики. Достаточно упомянуть следующее. Рассл<агрцм две соприкасающиеся упругие среды и предположим, что в пеавой среде в направлении границы раэдела распространяется поперечная волна.
Согласно законам механики эта волна ращцепится во второй среде на две: продольную н поперечную. Однвко из экспериментов Араго и Френеля следует, что продольяай упругой волны не должно быть. Разрешить это противоречие ыевазможно, не нарушал законов механики, содержащихся в граничных условиях для напряжений и натяжений. Различные теории, предложенные упомлпутыми выше авторами, отличались друг от друга предполагаемыми граничными условиями, которые всегда оказывались несовместимыми с законами механики.
*) По существу норпу<вулврпвв в вщп<оввв т«орви оп«рвроввви с рвввымв ловатввмв скорости. Этот вопрос подроаво рввоарпв в (63*1. (Прим. рад.) истОРическОе Введение Если считать эфир упругой твердой субстанцией, то как тогда ответить нн следующий напрос: каким образом хнижутся через такую среду планеты с огромныл»н скоросгнмн, не испытывая при этом никакого сопротивленняу Джорд>к Габриэль Стокс (!8!9 — 1903 гг.) считал, что эту трудность можно обойтн, если предположить, что скорости планет малы по сравнению со скоростями колебаний частиц эфира, образующих свет; например, известно, что такие твердые тела, как смола или сургуч, могут колебаться с болыпой часто. той, но легко деформируются, если велик период колебания во>действу>ошей силы.
Подобные возражения кажутся иам теперь искусственнылш, посйольку мы не считаем исобходимька, чтобы все явлении природы можно было истолкоюпь и рамках механических представлений. Первый шаг на иутц отхода от теории упрутога эфира был сделан Маккалахом (331, постулиронавшпм существование срсды со свойствами, которыми обычные тела пе попадают.
Последние накапливают энсргию при дефорчации элементов объема, при вращении же накопления энергии не происходит. В эфире Маккалаха имеет мсюто обратная ситуация. Законы распространений волн в такой срсдс иссыка сходны с законами. вытсьакхцими пэ»равнения Максвелла (для электромаш>итных волы), которые являются основои современной оптики. Несмотря на множество трудностей, теория упругого эфира доминировала в течение длительного времени, и многие вьща>ащисся физики Х!Х века внесли свой вклад в ее развитие. Кроме уже отмеченных ученых, необходимо упомянуть Вильяма Томсона (лорд Кельвин, 1824 — 1908 гг.) !34), Карла Неймана (1832 — 1928 гг.) !38>), Лжона Вильяма Стрэтга (лорд Рэлей, 1842— !9!9 гг.) (Зб! и 1 устава Кирхгофа (1824 — 1887 гг.) !37!.
За это время бьши решены многие оптические проблемы, однако объяснение основ оптики оставалось неудовлетворительным. В это жс время практически независима от оптических работ проводились исследования по электричеству и магнетизму, увенчавшиеся открытиями Майкла Фарадея (1791 — 18б7 гг.) (38!. Пжеймсу Кларку Максвеллу (1831— 1879 гг.) !39! удалось подытожить все имевшиеся знал>ж в этой области, сформулировав систему уравнении; наиболсс важным нх следствием оказалась возможность существования э»ектромагнитных волн, распрсстраияк>шихся со скоростью, величину которой можно вычислить из результа>ов чисто электрических измерений.
Когда Рудольф Кольрауш (1809 — 1838 гг.) и Вильгельм Вебер (1804 — 1891) !401 выполнили этн из»>ерения, скорость электромагнитных ноли совпала со скоростью свата. Отсюда Максвелл заключил, >то свет представляет собой электромагнитные волны; его заключение было экспериментельно подтверждено в 1888 г. Гсцрихом Герцем (1887 — 1894) (4П Несмотря иа это, электромагнитная то>рпя Максвелла выдержала длительную борьбу, прежде чем получила всеобщее признание.
По-видимому, одно из характерных свойств мышления человека состоит в том, что оно краине неохотно отказывается от прияычных представлений, особеяно если 1>рнходится жертвовать ради этого конкретной картиной явления. В течение длительного времени сам Максвелл и его последователи пытались описать электромагнитное поле с помощью »>еханических моделей. Только потом, когда идеи Максвелла стали более привычнымн, ученые постепенно оставили попьпкн »объяснения» его уравнений на основе ь>еханики; в настоян!се время не вазннкает грудностсй при представлении электромагнитного поля Максвелла в виас некой субстанции, ие сводящейся ни к чему более простому.
Но даже электромагнитная теория света достигла со временем границ, эа которыми опа становится неприменимой. Опа способна объяснить в общих чертах все явления, связанные с распространением света. Однако она пе смогла описать процессы излуч»ння и поглощения, которые опредечяются более тонкими особенностями взаимодействия вещества с оптическим полем, 20 истовячесвов явклвяив Законы, управляющие зтвми процессами, являются предметом исследовапня современной оптики, даже более того,— современной физики. Их нс!орня начинается с открытия некоторых закономерностей в спектрах. Первым было открытие (в 1814 — 1817 гг.) темных линий в солнечном спектре Лвчозефоэ! Фрзунгоферов! (1787 — !826 гг.) (421, названных его именем «), и их интерпретация как липин поглощения, дзннан! в 1861 г. на основе э~ спернмсятоп Робертом Вильгельмом Бупзеном (!8!1- 1899 гг.) и Густавом Кирхгофом (!824 — 1887 гг.) 144).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
