8. Девятнадцатый век

8.1. Оптика. Интерференция

Томас Юнг (1773-1829). Врач по профессии, человек разносторонних интересов, занимавшийся даже египтологией. Пришел к идее наложения световых потоков (интерференции). В основе этого открытия, возможно, лежали звуковые аналогии - биения (Юнг занимался исследованием человеческого голоса). Он обращается к наследию Ньютона - волны на воде. Получил дифракционную картину, оперируя с двумя отверстиями, освещенными Солнцем. Из этих опытов он определяет и длины световых волн: красных (0,7 мкм) и фиолетовых (0,42 мкм). Объяснил до мельчайших деталей цвета тонких пленок (на современном нам уровне)

8.2. Поляризация

Двойное лучепреломление на исландском шпате было открыто еще голландским физиком Христианом Гюйгенсом (1629-1695), автором волновой теории света (“Трактат о свете”, 1690 г.). На основе корпускулярной теории Ньютона Малюс (1775-1812) называет свет поляризованным, если его молекулы, “корпускулы” имеют определенную ориентацию. “Естественный” свет состоит из корпускул, ориентированых во всех направлениях. Это явление исследовали также Био и Араго во Франции и Брюстер в Англии. Доменик Франсуа Араго (1786-1853) установил поляризацию света от лунного серпа, комет, радуги, еще раз подтвердив тем самым, что все это - отраженный солнечный свет. Дэвид Брюстер установил, что отраженный луч полностью поляризован, а преломленный - имеет максимальную поляризацию в том случае, когда отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны (закон Брюстера).

8.3. Волновая теория Френеля

Век корпускулярной теории света длился недолго. Молодой дорожный инженер Огюстен Френель(1788-1827), оказавшийся не у дел, посвятил себя изучению дифракции, имея лишь примитивное оборудование. Во время проведения его опытов теория располагала тремя принципами: 1)элементарных волн, 2)огибающей и 3)интерференции. Френель решил объединить их.

Его работы критиковались Лапласом, Пуассоном и Био за математическую нестрогость. Однако, после перерыва в занятиях оптикой он все же решил представить их на конкурс Парижской академии наук в 1818 году.

Пуассон указал на противоречия расчетов Френеля со здравым смыслом: в центре геометрической тени непрозрачного диска при определенных его размерах, по представлениям Френеля, должно наблюдаться светлое пятно. Когда Френель экспериментально подтвердил, что “здравый смысл” ошибается, комиссия, в которую входили Пуассон, Лаплас, Араго, Био и Гей-Люссак присудила ему премию. Используя вместе с Араго интерференцию поляризованного света, Френель пришел к выводу о поперечных колебаниях эфира (аналогий в акустике не было). Отсюда следовало, что тонкая материя эфир должна быть и абсолютно упругой, ибо только в упругих телах наблюдали поперечные (механические) колебания. Араго отказался подписать совместную статью с таким выводом.

Скорость распространения света в среде зависит от длины волны, а при данной длине волны тем меньше, чем более преломляющей является среда. Из корпускулярной же теории следовало как раз обратное. В период с 1815 по 1823 годы благодаря Френелю было воздвигнуто здание волновой оптики. Его помогали строить молодые физики: Джордж Эйри, Джон Гершель, Франц Нейман.