Учебник - Общий курс физики. Оптика - Сивухин Д.В. (1238764), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Если же это случится в приступе легкого прохождения, то произойдет притяжение и прохождение корпускулы во вторую среду. Идея «приступов», как заметил Я. И. Френкель (1894 — 1952), напоминает современные представления о световых квантах — фотонах.
Согласно этим представлениям, отражение и прохождение фотонов через границу раздела сред управляется статистическими законами: существует определенная вероятность, что фотон отразится, и определенная вероятность, что он пройдет во вторую среду. Сам Ньютон, конечно, не раскрыл физический механизм приступов легкого отражения и легкого прохождения. Однако он ставил вопрос, не являются ли эти приступы результатом обратного воздействия каких-то быстрых волн, возбуждаемых в среде световыми корпускулами. Идея приступов навязывалась также периодичностью световых процессов, подмеченной Ньютоном при исследовании интерференционного явления «ньютоновых колец». Эту периодичность Ньютон также пытался объяснить, доголнив корпускулярную теорию волновыми представлениями.
7. Физики Х»*1П и начала Х1Х веков, забыв о колебаниях и сомнениях Ньютона, приняли корпускулярную теорию света. Сторонники волновой теории насчитывались единицами, Правда, среди них были Эйлер (1707 — 1783), Ломоносов (1711 — 1765) и Франклин (1706 — 1790), выдвигавшие возражения против корпускулярной и приводившие аргументы в пользу волновой теории света. Эйлер, например, утверждал, что если бы корпускулярная теория э з! ЭВОЛЮПИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИИ О ПРИРОДЕ СВЕТА' Еу была справедлива, то из-за излучения света масса Солнца заметно уменьшалась бы, а это сказалось бы на движении планет. Франклин указывал, что по корпускулярной теории свет должен был бы оказывать давление на освещаемые тела, тогда как все попыткй обнаружить эта давление оканчивались безрезультатно.
СлабостЬ этих возражений состояла в том, что они не содержали количест1 венных оценок ожидаемых эффектов. Впрочем, согласно современным представлениям о взаимосвязи между массой и энергией, потеря массы из-за излучения, а также величина светового давления совершенно не зависят от того, является ли свет потоком частиц или волновым процессом. Эти и аналогичные возражения, как показало последующее развитие физики, не могли решить спор между корпускулярной и волновой теориями света. Нужны были новые экспериментальные факты. 8. Начиная с Х1Х века, положение стало складываться в пользу волновой теории благодаря работам Юнга (1773 — 1829) и в особенности Френеля (1788 — 1827), систематически исследовавших явления интерференции и дифракции света.
На основе волновых представлений была создана стройная теория этих явлений, выводы и предсказания которой полностью согласовывались с экспериментом. Объяснение прямолинейного распространения светасодержалось в этой теории как частный случай. Были открыты и исследованы новые оптические явления: поляризация света при отражении (Малюс, 1808) и преломлении (Малюс и Бно, 1811), угол полной поляризации (Брюстер, 18!5), интерференция поляризованных лучей (Френель н Араго, 1816), количественные законы и теория отражения и преломления света (Френель, 1821), двойное преломление сжатым стеклом (Брюстер, 1815), двуосные кристаллы (Брюстер, 1815), законы и теория распространения света в двуосных кристалла» (Френель, 1821), вращение плоскости поляризации в кварце(Араго, 1811) и жидкостях (Био, 1815; оба явления исследовались далее Био, Брюстером и др.).
Юнг (1807) измерил на опыте длину световой волны. Оказалось, что волны красного света длиннее, чем синего и фиолетового. Тем самым в волновой теории было дано экспериментально обоснованное объяснениецветовсвета, котороесвязывало это явление с длиной световой волны. (Такое объяснение предлагалось еще Эйлером, но он не мог указать, длина каких волн больше — красных нлн синих.) Юнг (1817) высказал также мысль о поперечности свеетовых волн.
К такому же заключению независимо от него пришел Френель (1821) и обосновал это заключение путем исследования поляризации света и интерференции поляризованных лучей. Все эти факты и в особенности явления интерференции и днфракции света находили непринужденное объяснение в рамках волновой теории света. Корпускулярпая теория не могла противопоставить ничего эквивалентного и к началу 30-х годов Х1Х века была оставлена. Введения [гл. з Смертельный удар корпускулярной теории в ее ньютоновской форме был нанесен в 1850 г.
К этому времени Физо (1819 — 1896) и Фуко (!819 — 1868) впервые измерили скорость света лабораторными методами. Как мы указывали (см. пункты 2 н 5), по корпус«улярной теории скорость света в воде больше, а по волновой тео. рии меньше, чем в вакууме. В 1850 г. Фуко и независимо от него Физо и Бреге сравнили обе скорости.
Опыт оказался в согласии с волновой и противоречии с корпускулярной теориями света. Физики Х1Х века восприняли это как решающий опыт, окончательно доказавший неправильность коРпускулярной теории света. 9. Волновая теория, конечно, не могла считаться полной, пока не была установлена природа световых колебаний, или колебаний мирового эфира, как говорили физики девятнадцатого (и отчасти первой четверти двадцатого) века. Они не сомневались„что эфир подчиняется обычным законам механики Ньютона и к нему применимы такие понятия, как плотность, упругость, пространственное перемещение, скорость, ускорение и пр. Они пытались вывести строение и свойства эфира из наблюдаемых явлений и экспериментально установленных законов оптики.
Поперечность световых волн заставила приписать мировому эфиру свойства твердой среды. Эго породило ряд трудностей, н частности в вопросе об отражении и преломлении света (подробнее см. э 68). Нет необходимости останавливаться на этих трудностях и попытках их преодоления в теории эфира. Все это уже давно потеряло актуальность и сохранило лишь исторический интерес. В 60-х годах Х1Х века Максвеллом были установлены общие законы электромагнитного поля, которые привели его к заключению, что свет — это электромагнитные волны (см.
т. П1, гл, 1Ъ'). Подтверждением такой точки зрения в то время были открытие Фарадеем в 1846 г. вращения плоскости поляризации света в магнитном поле и совпадение скорости света в вакууме с электродинамической постоянной, установленное на опыте в 1856 г, Вебером н Кольраушем (см. т. П1, Я 51 и 83). После известных опытов Герца (188? — 1888 гг., см, т. П1, 9 142) электромагнитная природа света быстро получила признание. Уже в первом десятилетии ХХ века она нз гипотезы превратилась в твердо установленный факт. Световые колебания были отождествлены с колебаниями электромагнитного поля. Оптика превратилась в раздел учения об электрических и магнитных явлениях.
Электромагнитная теория света устранила трудности, с которыми столкнулась теория упругого твердого эфира. Однако физики Х1Х века считали, что она дала не настоящее, а только символическое решение вопроса о.природе света. Они смотрели на нее как на формальную схему, уравнения которой правильно передают количественные соотношения между различными величинами н явлениями, но символы, входящие в эти уравнения, еще не получили отчетливого э з) ЭВОЛЮЦИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИИ О ПРИРОДЕ СВЕТА' Е9 физического истолкования. Считалось, что уравнения Максвелла должны составлять математический остов будущей более полной физической теории электромагнитных и световых явлений, но сами по себе они такой физической теории еще не составляют', последняя станет возможной лишь после того, как будут найдены механические свойства эфира.
Однако этн надежды пе оправдались, Световой (или, лучше, электромагнитный) эфир упрямо отказывался обнаружить свои «механические свойства». В частности, потерпели неудачу настойчивые попытки обнаружить движение Земли относительно эфира, начатые Майкельсоном (1852 — 1931) в 1881 г.
При изучении оптических и электродинамических явлений в движущихся средах обнаружились и другие расхождения теории эфира с опытом. Это привело Эйнштейна (1879 — 1955) в 1905 г. к теории относите«тьности. Гипотеза механического эфира была оставлена '), Пошатнулась вера в «механическую картину мира», к построению которой таи настойчиво стремились физики Х1Х века. И все последующее развитие науки привело физиков к убеждению в невозможности сведения всех явлений природы к механике.
Утверждать противоположное — значит предъявлять н природе необоснованные требования. Поэтому, когда в современной волновой теории говорят, что свет — это колебания электромагнитного поля, то на это уже не смотрят как на формальное утверждение, а считают, что сами этн колебания не сводятся к чему-то «более простому и наглядному». 10. Важным этапом в развитии максвелловской электродинамики было введение в нее атожистических представлении, что было систематически проведено в электронной теории Г. Л.
Лорентца (1853 — 1928). В теории Максвелла вещество характеризовалось феноменологическими постояннылш — диэлектрической и магнитной проницаемостями и удельной электрической проводимостью. В электронной теории эти макроскопические постоянные получитн истолкование с атомистической точки зрения. В результате этого не только получили принципиальное, хотя и недостаточное, объяснение многие известные электродинамические и оптические явления г) Необходимо заметить, однако, что в вакууме нет обычного вещества, иаи оно понимается в химии.
(то вакуум не есть пустота в буквальном смысле этого слова. Его заполняют физические поля (гравитационное, электромагнитное, ядерное и пр.). Они, наряду с обычным химическим веществом, являются РазЛичными формами материи. В вакууме могут происходить различные физнчесиие процессы. Примером может служить поляризация вакуума, т, е. рождение пэр элентрон — позитрон в сильных электрических полях. Можно было бы не возражать по существу против употребления термина «эфир» в смысле носителя этих физических свойств «пустого» пространства. Возражение относится и представлению об эфире иаи о жид«ой, твердой, упругой или какой-либо другой среде, наделенной механическими свойствами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
