Вопрос 11 развитие оптики в XVII-XIX вв.

Подавляющую часть информации человек получает с помощью зрения. Основным объектом внимания античных ученых была геометрическая оптика. Результатом этих работ было установление прямолинейного распространения света, его отражения, объяснение функциони­рования простейших оптических приборов (плоских и криволи­нейных зеркал, линз и др.).Средневековые ученые вплотную подошли к фор­мулировке закона преломления. Однако, по-настоящему оптика стала развиваться только в XVII в. Огромная роль здесь принадлежит И.Кеплеру, который стал одним из зачинателей современной оптики, особенно теории и практики создания оптических инструментов (труба Кеплера). Особую роль в развитии оптики в XVII в. сыграл Х.Гюйгенс. Он сформулировал принцип распространения световых волн (принцип Гюйгенса), с помощью которого были выведены за­коны преломления и отражения, развита теория двойного луче­преломления. В основе принципа Гюйгенса лежит представление о том, что скорость распространения световых волн в кристалле различна в разных направлениях. Кроме того, Гюйгенс первым из физиков установил факт поляризации света.Щедрую дань оптике отдал и гениальный Ньютон — это стихийный корпускулярно-волновой дуализм, значительно опережающий представления своего времени.Волновая оптика Гюйгенса и оптика Ньютона описывают оптические явления в рамках сугубо механистических представлений. Оба ученых стремятся свести све­товые эффекты к явлениям механики. В XVIII в. корпускулярная «вещественная» природа света стала общепризнанной, все большее значение приобретали количественные измерения свойств света. Воз­никла фотометрия, основателем которой стали Пьер Бугер и И. Г.Ламберт. Бугеру принадлежит приоритет во введении общепризнанных в настоящее время фотометрических единиц (яркость, сила света, освещенность). Он же сконструировал простой фотометр, принцип работы которого основан на уравнении освещенностей, создаваемых разными ис­точниками. Еще одна заслуга ученого — установление закона, по которо­му интенсивность светового потока убывает экспоненциально с толщиной поглощающего слоя (закон Бугера).Ламберт уточнил многие фотометрические по­нятия и добавил к закону Бугера закон зависимости яркости ис­точника от угла, под которым испускается свет. Джемсом Брадлее была открыта аберрация света, что дало возможность разработать новый метод измерения скорости света и сыграло важную роль в развитии оптики движу­щихся сред.Благо­даря неустанной деятельности Т.Юнга и О.Ж.Френеля восторжествовала волновая теория света. Самым важ­ным открытием Юнга является формулировка им принципа суперпо­зиции волн и объяснение на этой основе интерференции света. Измеряя ширину наблюдавшихся интерференционных полос, Юнг смог определить «некоторую длину», которая фигурировала в его законе. Это было первое определение длины волны света. Сам термин «интерференция» также принадлежит Юнгу. Опти­ческие исследования Т. Юнга содержат также теорию цветового зрения, основанную на допущении наличия в сетчатке трех сор­тов чувствительных рецепторов, соответствующих трем основным цветам. Юнгу удалось осуществить спектроскопию ультрафиолетовых лучей. Э.Л.Малюс сосредоточил свое внимание на проблеме двойного лучепреломления. Наблюдая через кристалл исландского шпата отражение света от окон, он заметил, что одно из изображений исчезло. Это привело к одному и тому же эффекту: при определенных углах падения света одно из изображений, наблюдавшихся через двоякопреломляющий кристалл, исчезало (открытие в световом луче асимметрии). Малюс ввел в оптику термин «поляризация света»: свет, падающий на отражающую поверхность под определенным углом, поляризуется. Затем Малюс открыл закон изменения интенсивности поляризованного луча при прохождении через анализатор (закон Малюса). Д. Ф. Араго открыл явление хроматической поляризации света в одноосных кристаллах и вращение плоскости поляризации в кварце, а Ж. Б. Био открыл закон вращения плоскости поляризации.Огюстен Френель совершил полный переворот в науке о свете. Волновая теория подвергается им столь же глубокому и непредвзятому анализу, как и корпускулярная. Самым слабым местом волновой тео­рии Френель считал то, что она не могла объяснить прямолиней­ность распространения света. В результате опытов Френель сумел нарисовать картину интерференционного поля в дифракционном эксперименте и объяснить с помощью интерференционного принципа дифракционные явления, а также законы отражения и преломления света. Дополнив принцип Гюйгенса идеей об интерференции излу­чения вторичных источников, Френель превращает этот принцип в физический. Именно он стал в XX в. основным методом для радиофизических расчетов.Только явления по поляризации пока не поддавались описанию с помощью волновой теории. Необходима модифи­кация представлений о свете, состоящая в поперечности световых волн. Поляризованный в двух взаимно пер­пендикулярных направлениях свет, не интерферирует. При этом акт поляризации состоит в разложении поперечных движений по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Используя эти его идеи, уда­лось объяснить явление поляризации, а, применив к поляризованному свету, принцип интерференции и др. В частности, он ввел понятие Круговой и эллиптической поляризации, предложил изящные мето­ды исследований поляризованных волн (например, параллелепипед Френеля).Всемирную известность приобрела изобретенная Френелем оптическая система для маяков на основе специальной ступенчатой линзы, сконструированным ученым.Иозефу Фраунгоферу принадлежат два главных открытия в оптике - фраунгоферовы линии (тем­ные полосы в спектре Солнца, обязанные своим происхождением поглощению в его атмосфере) и дифракционная решетка. В середине XIX в. измерение скорости света было произведено Ипполитом Физо и Леоном Фуко. Их опыты основыва­лись на прерывании светового луча и измерении времени, за которое световая волна пройдет опре­деленное расстояние. Наблюдения показали, что свет в воде распространяется медленнее, чем в воздухе. Хотя оптика в общепринятом понимании — наука XIX в. В XX в. оптиками были созданы невиданные ранее телескопы, имеющие зеркала большого диаметра. Что касается фундаментальных проблем оптики, то в XX в. они сосредоточились на изуче­нии и теоретическом осмыслении нелинейных явлений в этой области науки. Возникшая нелинейная оптика своим появлением была во многом обязана отечественным ученым Рэму Викторовичу Хохлову и Сергею Алек­сеевичу Ахманову.Биографии крупнейших ученых-оптиков Необычные способности Томаса Юнга проявились очень и очень рано. Томас Юнг был разносторонним ученым: физиком и физио­логом, медиком и кораблестроителем, филологом и ботаником, астрономом и геофизиком. Только для знаменитой Британской энциклопедии им было написано около пятидесяти статей по разным отраслям зна­ний. К тому же Юнг играл почти на всех известных тогда музы­кальных инструментах, прекрасно знал животных, был даже цир­ковым артистом — наездником и канатоходцем. Этьен Луи Малюс из школы попал в армию на фортификационные работы, после которых его направили в только что организо­ванную Политехническую школу. Военная служба Малюса продолжалась и после окончания По­литехнической школы. В 1810 г. он ста­новится академиком, к сожале­нию, ненадолго. В начале 1812 г. Э. Л. Малюс скончался от тубер­кулеза.Огюстен Жан Френель родился в Нормандии и несмотря на сла­бое здоровье, мешавшее ему про­явить творческие способности, он шестнадцати с половиной лет по­ступил в Политехническую школу. Долгое время Френель занимался несвойственной ему работой по организации строительства дорог и мостов. Только в 1815 г. он смог по­святить себя научной работе. На первом месте оказалась оптика. Иозеф Фраунгофер начал трудовую жизнь еще ре­бенком. До 14 лет Фраунгофер был неграмотным. Спустя время, он пришел в Оптико-механический институт. Мастерство и талант привели к быстрому служебному росту Фраунгофера и успехам в бизнесе. Созданная им фирма «Утцшнейдер и Фраунгофер» стала одним из лучших про­изводителей оптических инструментов в мире. Так этот человек прошел путь от неграмотного сироты до профессора и академика, владельца фирмы с мировой славой.