ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Волны из "Оптика " Основные законы оптики были установлены, как мы видели, давно. Однако точка зрения на них менялась на пpoтялieнии последующих эпох. [c.16] Указанная теория вкладывает определенный физический смысл в показатель преломления п есть отношение скоростей световых частиц во второй и первой средах, причем скорость света в оптически более плотной среде оказывается большей, чем в менее плотной. [c.17] Во времена Ньютона еще не были сделаны прямые измерения скорости света в разных средах. Поэтому полученный вывод не мог быть проверен непосредственно. Впоследствии такие измерения были выполнены (Фуко, 1850 г.) и показали, что скорость света в плотных средах (вода, например) меньше, чем скорость света в воздухе, тогда как показатель преломления при переходе света из воздуха в воду равен 1,33, т. е. больше единицы. Таким образом, ньютоново толкование показателя преломления оказывается неправильным. Однако более углубленный анализ механизма распространения света в веществе показывает, что этот вопрос не столь прост. [c.17] В эпоху Ньютона было выполнено определение скорости, с которой свет распространяется в межпланетном пространстве (Рёмер, 1676 г.). Это определение дало величину около 300 000 км/с. Такое огромное значение скорости распространения света делало для многих современников Ньютона неприемлемым его представление о свете, ибо казалось затруднительным допустить наличие частиц, несущихся с такой скоростью. [c.17] Нелишне, может быть, заметить, что в наше время это возражение потеряло силу мы знаем корпускулы (р-лучи и космические частицы), скорость полета которых весьма близка к скорости света. [c.17] Точно так же не имеет для нас убедительности и другое возражение, которое было несколько позже (1746 г.) выдвинуто Эйлером. Согласно Эйлеру ньютоново представ,пение теории истечения должно представляться и смелым и странным, потому что, если Солнце испускает непрерывно и во все стороны потоки светового вещества, и притом с такой огромной скоростью, то следовало бы ожидать, что око должно скоро истош,иться или, по крайней мере, претерпеть заметные изменения в течение стольких столетий . [c.17] Современные представления о взаимосвязи между массой и энергией заставляют признать непрерывное уменьшение массы Солнца в процессе излучения. Многие черты ньютоновых воззрений на природу света встречаются в современных представлениях, являющихся, однако, по существу, совершенно новыми и покоящихся на совершенно иной экспериментальной базе. [c.18] Современник Ньютона Гюйгенс выступил с другой теорией света ( Трактат о свете , написан в 1678 г., издан в 1690 г.). Он исходил из аналогии между многими акустическими и оптическими явлениями и полагал, что световое возбуждение следует рассматривать как упругие импульсы, распространяющиеся в особой среде — в эфире, заполняющем все пространство как внутри материальных тел, так и между ними. Огромная скорость распространения света обусловливается свойствами эфира (его упругостью и плотностью) и не предполагает быстрых перемещений частиц эфира. Из наблюдений над распространением волн по поверхности воды было известно, что сравнительно медленные движения частиц вверх и вниз метут давать начало волнам, быстро распространяющимся по поверхности воды. [c.18] Следует отметить, что хотя Гюйгенс говорил о световых волнах, он не вкладывал в это понятие того содержания, которое оно получило позже и которое мы принимаем и теперь. Он говорил, что свет распространяется сферическими поверхностями, и добавлял Я называю эти поверхности волнами по сходству с волнами, которые можно наблюдать на воде, в которую брошен камень . Гюйгенс не только не предполагал периодичности в световых явлениях, но даже прямо указывал ...не нужно представлять себе, что сами эти волны следуют друг за другом на одинаковых расстояниях . В соответствии с этим он нигде не пользуется понятием длины волны и полагает, что свет распространяется прямолинейно, сколь бы малым ни было отверстие, через которое он проходит, ибо отверстие это всегда достаточно велико, чтобы заключить большое количество непостижимо малых частиц эфирной материи . Таким образом, он не обращает внимания на явления дифракции, отмеченные Гримальди (см. посмертное сочинение Гримальди, опубликованное в 1665 г.) и Гуком (в период между 1672—1675 гг.). Точно так же он не упоминает в своем трактате о кольцах Ньютона — явлении, в котором сам Ньютон усматривал доказательство периодичности световых процессов. [c.18] Из идей Гюйгенса наибольшую ценность представляет общий принцип, носящий его имя и выдвинутый им как прием для отыскания направления распространения световых импульсов. При помощи этого принципа Гюйгенс объяснял не только обычные законы отражения н преломления, но даже явления двойного лучепреломления в исландском шпате, открытые в 1670 г. Бартолинусом. [c.19] Каждая точка, до которой доходит световое возбуждение, является в свою очередь центром вторичных волн поверхность, огибающая в некоторый момент времени эти вторичные волны, указывает положение к этому моменту фронта действительно распространяющейся волны. [c.19] Мы видим, что теория Гюйгенса дает объяснение закона преломления, причем оказалось, что значение показателя преломления легко привести в согласие с результатами опыта Фуко, произведенного более полутораста лет спустя (см. 125). [c.20] Так же естественно объясняется с точки зрения принципа Гюйгенса закон отражения волн (см. Упражнение 1). [c.20] Таким образом, принцип Гюйгенса сводится к геометрическому методу построения. В нем не находит себе употребления понятие длины волны, вследствие чего остаются неистолкованными явления при малых размерах отверстия, ограничивающего световую волну нет также объяснения тому факту, что звуковые волны не следуют, вообще говоря, закону прямолинейного распространения. Принцип Гюйгенса в это.м первоначальном виде применим, следовательно, лишь в области геометрической оптики. [c.20] В течение всего XVIII века корпускулярная теория света (теория истечения) занимала господствующее положение в науке, однако острая борьба между этой и волновой теориями света не прекращалась. Убежденными противниками теории истечения были Эйлер ( Новая теория света и цветов , 1746 г.) и Ломоносов ( Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее , 1756 г.) они оба отстаивали и развивали представление о свете как о волнообразных колебаниях эфира. [c.20] В дальнейшем изучение явлений поляризации света и интерференции поляризованных лучей (Френель и Aparo) позволило установить особенности световых волн, которые были объяснены Юнгом и Френелем при помощи допущения, что световые волны поперечны, т. е. что направления колебаний в них перпендикулярны к направлению распространения. [c.21] Наконец, упругий эфир приходилось наделять особыми свойствами, чтобы объяснить полное отсутствие продольных колебаний в световых волнах, установленное упомянутыми выше опытами Френеля и Aparo. Сопоставление всех этих особенностей упругого твердого эфира обнаруживает существенные затруднения упругой теории света, которая, к тому же, не указывала никаких связей оптики с другими физическими явлениями и ие позволяла связать оптические константы, характеризующие вещество, с какими-либо другими параметрами его. [c.21] Это соотношение дает связь между оптическими, электрическими и магнитными константами вещества. [c.22] Но из (2.3) не видно, что п должно зависеть от длины волны света X, тогда как из опыта известно, что существует дисперсия света, т. е. п меняется с изменением длины волны света п = (7 ) ). Объяснения этого факта теория Максвелла, ограничивающаяся для характеристики электромагнитных свойств вещества лишь макроскопическими параметрами (е, р), дать не могла. Необходимо бьшо более детальное рассмотрение процессов взаимодействия вещества и света, покоящееся на углубленном представлении о структуре вещества. Это и было сделано Лорентцом, создавшим электронную теорию (1896 г.). Представление об электронах, входящих в состав атомов и могущих совершать в них колебания с определенным периодом, позволило объяснить явления испускания и поглощения света веществом, равно как и особенности распространения света в веществе. В частности, сделались понятными и явления дисперсии света, ибо диэлектрическая проницаемость е оказывается в рамках электронной теории зависящей от частоты электромагнитного поля, т. е. от длины волны %. [c.22] Наибольшего развития волновые представления о свете в XVIII веке достигли у Эйлера. Согласно Эйлеру свет представляет собой колебания эфира, подобно тому как звук есть колебания воздуха, причем различным его цветам соответствуют колебания различной частоты. Сравнение скорости света со скоростью звука позволило Эйлеру утверждать, что эфир есть субстанция, значительно более тонкая и упругая, чем обыкновенный воздух . Эйлер, подобно Ломоносову, высказывает мысль, что источником всех электрических явлений служит тот же светоносный эфир. Согласно Эйлеру электричество есть не что иное, как нарушение равновесия эфира тела, в которых плотность эфира становится больше, чем в телах окружающих, оказываются наэлектризованными положительно отрицательная электризация связана с уменьшением плотности эфира. Эйлер не распространял свою теорию на магнитные явления, поскольку электрическая природа магнетизма не была еще известна. Эти соображения были развиты Эйлером в его знаменитых Письмах к немецкой принцессе , написанных в 1760— 1761 гг. и изданных в Петербурге (1768—1772 гг.) во время второго пребывания Эйлера в России, куда он прибыл уже после смерти Ломоносова, с которым он состоял в постоянной дружеской научной переписке. Поэтому не исключено, что указанные представления сложились у Эйлера под влиянием идей Ломоносова. [c.23] Вернуться к основной статье