Глава IX

РАЗВИТИЕ ВОЛНОВОЙ ОПТИКИ В ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЕ XIX ВЕКА

Оптика в XVIII столетии

XVIII столетие не было ознаменовано сколько-нибудь существенными подвижками в области оптики. Геометрическая оптика, берущая свое начало с античных времен, была к тому времени уже вполне сформировавшейся областью физики. Вопрос же о физической природе света, хоть и занимал умы многих ведущих ученых (Ньютон, Гюйгенс, Гук, Ломоносов, Эйлер), не получил, да и не мог получить заметного развития. Благодаря огромному научному авторитету Ньютона в физике господствовала корпускулярная теория света. Несмотря на поддержку волновой теории Гюйгенса Ломоносовым и Эйлером, победа корпускулярной теории была бесспорной, а сам принцип Гюйгенса был забыт. «То, что на протяжении всего XVIII века придерживались корпускулярной теории, – писал Макс Борн, – являлось простой случайностью ... Здесь сказался авторитет Ньютона, который избрал корпускулярную теорию как более простую концепцию ввиду отсутствия убедительных доказательств в пользу противоположной теории». Что касается наблюдавшихся еще в XVII веке явлений дифракции и интерференции, то ведущие ученые конца XVIII – начала XIX века не сомневались в том, что они получат исчерпывающее объяснение в рамках корпускулярной теории.

Единственной областью оптики, получившей развитие в XVIII веке, была фотометрия. Основателями фотометрии были француз Пьер Бугер и эльзасец Иоганн Генрих Ламберт. В оптическом трактате Бугера впервые введены такие фотометрические понятия как световой поток (по современным понятиям – количество энергии, переносимой световыми волнами в единицу времени через какую-либо поверхность), сила света точечного источника (световой поток в единичный телесный угол), освещенность (полный световой поток, падающий на единицу площади освещаемого тела), яркость (световой поток, испускаемый с единицы поверхности излучающего тела в направлении, составляющем некоторый угол с нормалью, в единичный телесный угол).

Основной принцип фотометрических измерений Бугер формулирует следующим образом: «Заставим сначала лучи от двух светящихся тел (исследуемого источника и свечи – эталона) падать под одинаковым углом на два различных участка поверхности, которую мы будем удалять на большее или меньшее расстояние от светильника или от свечи до тех пор, пока эти два участка поверхности не станут казаться нам совершенно одинаково освещенными. Тогда остается лишь измерить оба расстояния, и их квадраты будут выражать отношение абсолютных сил света двух светящихся тел». Естественно, что в описываемое время не существовало каких-либо чувствительных фотометров, болометров и др., поэтому, как видно из приведенной цитаты, для фотометрических исследований Бугер пользовался визуальным наблюдением освещенных поверхностей. С другой стороны, из предложенного Бугером принципа измерений следует, что ему уже была известна формула для освещенности от точечного источника: освещенность, вызываемая точечным источником, пропорциональна его силе света и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до освещаемой поверхности.

В 1729 году Бугер установил закон поглощения света средой, согласно которому интенсивность светового потока убывает с толщиной поглощающего слоя по экспоненциальному закону:

где d – толщина поглощающего слоя; k – коэффициент поглощения, определяемый свойствами поглощающего вещества.

Ламберт уточнил основные фотометрические понятия и соотношения. К закону зависимости освещенности от расстояния он добавил закон зависимости освещенности от угла скольжения падающих лучей: освещенность, вызываемая точечным источником, обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника и прямо пропорциональна синусу угла, образуемого лучами света с освещаемой поверхностью:

где A – освещенность; I – сила света точечного источника.

Фотометрия была важнейшим достижением оптики XVIII столетия. Из других результатов следует отметить уже упоминавшееся открытие звездной аберрации, давшее новый метод определения скорости света.