ДЕРЖАВНИЙ КОМІТЕТ

РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ з вищої освіти

ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УПРАВЛІННЯ ім.

СЕРГО ОРДЖОНІКІДЗЕ

КАФЕДРА УПРАВЛІННЯ

в машинобудівній промисловості

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ НА ТЕМУ:

«Боротьба концепцій у процесі становлення та розвитку науки про природу світла»

Виконала студентка

Керівник:

Ацюковскій Володимир Якимович

Москва 1998 г.

ЗМІСТ:

1. Античні погляди на природу світло
______________________________________________________3
2. Погляд на світ в період раннього середньовіччя
______________________________________________________4
3. Досліди з вимірювання швидкості світла
______________________________________________________5
4. Відкриття Ньютона про природу квітів
______________________________________________________5
5. Роботи Гюйгенса. Хвильова теорія світла
_____________________________________________________10
6. Розвиток поглядів на хвильову теорію світла. Роботи Френеля
_____________________________________________________11
7. Електромагнітної теорії світла. Роботи Фарадея і Максвела
_____________________________________________________15
8. Тиск світла
_____________________________________________________17
9. Поляризація
_____________________________________________________18
10. Квантова теорія світла
_____________________________________________________20
11. Фотони
_____________________________________________________23
12. Висновок
_____________________________________________________24
13. Список використаної літератури
_____________________________________________________26

АНТИЧНІ ПОГЛЯДИ НА ПРИРОДУ СВЕТА.

оптикою захоплювалися ще філософи класичного періоду, якібільше цікавилися фізіологічними, а не фізичними проблемами.
Вони ставили собі питання: яким чином ми бачимо, яке співвідношенняміж відчуттям і видимим предметом? Дискусія була, мабуть,довга і пристрасна, але дійшли до нас документи досить нечисленніі тлумачення їх сумнівні. Тут будуть згадані теорії, розвинені вкласичний період і знову з'являлися в ході пізнішій історії.
Мабуть, саме піфагорійці вперше висунули гіпотезу про особливефлюїди, який випускається очима і «обмацує» як би щупальцямипредмети, даючи їх відчуття. Атомісти ж були прихильниками випусканняпредметами «привидів» або «образів», які, потрапляючи в очі приносятьдуші відчуття форми та кольору ця теорія зв'язується з ім'ям Платона.
Згідно з Платоном, від предметів виходить спеціальний флюїд, якийзустрічається з «м'яким світлом дня», «рівно і сильно» б'є з нашихочей. Якщо обидва флюїда подібні один одному, то, зустрічаючись, вони «міцнозв'язуються »і очей отримує відчуття видимого. Якщо ж «світло очей»зустрічається з несхожими флюїдом, він гасне і не дає очам ніякихвідчуттів.
Найбільш раннім з відомих нам документів, що стосуються робіт,є трактат з оптики Евкліда, великого геометра, розквіттворчості якого відноситься до 300 р. до н.е. Трактат складається з двохчастин - «Оптики» і «Катоптрика».
Як випливає з першого положення, або постулати:
«випускаються очима промені поширюються по прямому шляху».
Евклід слід теорії зору Платона. Від другого постулату до насдійшло поняття конуса зору і «точки спостереження»:
«Фігура, що утворюється променями зору, являє собою конус, вершинаякого знаходиться в оці, а основою є межа предмета ».
На цих та інших десяти постулатах (за іншими свідченнями --дванадцяти) Евклід засновує геометричне розгляд оптики. У
«Оптиці» він досліджує геометричні проблеми, пов'язані з постулатом пропрямолінійній поширенні світла: освіта тіні, зображення,що виходять за допомогою малих отворів, що здаються розміри предметів іїх відстань від ока. У «Катоптриці» розглянуті явища, пов'язані зпостулатом про прямолінійній поширенні світла: освіта тіні,зображення, що виходять за допомогою малих отворів, що здаються розмірипредметів та їх відстань від ока. У «Катоптриці» розглянуті явища,пов'язані з відбиттям від плоских та сферичних дзеркал. З постулатів
«Катоптрика» чудовий другу постулат:
«Все, що видно, видно по прямій».
Це основний принцип фізіологічної оптики. Однак незрозуміло, якйого можна було узгодити з третього постулатом, що дає точний законвідбиття світла, відомий грекам ще з прадавніх часів. Якщосвітловий промінь - це те ж саме, що «світло очей», то як він може невідхилятися на дзеркалі у відповідності з другим постулатом і мінятисвій напрямок відповідно до третього? В історії фізикипротиріччя часті, і вчені долали їх майже завжди так само, як і
Евклід, тобто обходили мовчанкою.

ПОГЛЯД НА СВІТЛО У період раннього середньовіччя.

Найбільш яскравим в арабській фізики був, поза сумнівом, період Ібн Аль-
Хатайна, відомого на Заході під ім'ям Альхазена. Помер Альхазен в
Каїрі в 1039 р. За загальним думку, це був найбільш великий фізиксередньовіччя. Крім того, він був астрономом, математиком ікоментатором Аристотеля і Галена.
У своєму першому фундаментальному постулаті він стверджує:
«Природне світло та кольорові промені впливають на очі».
Цей постулат він підкріплює спостереженням, що очі відчувають більпри падінні на них сонячного світла, прямого або відбитого віддзеркала, приводячи також інші приклади засліплення. Під природнимсвітлом Альхазен розуміє білий сонячне світло, а під кольоровими променями --світло відбите від кольорових предметів.
Потім за допомогою ряду добре поставлених дослідів фізико -фізіологічного характеру він показує неспроможністьуявлення про світло, що виходить з очей і обмацує тіла. У главі IVсвоєї праці він описує анатомічна будова очі, запозичивши йогоу Галена, і далі заявляє:
«Зоровий образ виходить за допомогою променів, що випускаються видимимитілами і потрапляють в око ».
Тут мова йде вже не про світлових променях Евкліда, а, так би мовити, прозвернених світлових променях, які йдуть не від ока до предмета, а відпредмета до ока. Але не це є головним відкриттям Альхазена. У
Евкліда, як і у всіх грецьких фізиків, зір розглядалося якглобальне явище; вважалося, що відчуття сприймає разом, вєдиному процесі образ всього спостережуваного тіла, тому, що зовнішня
«Оболонка» тіла, відокремившись, проникає в вічко, або ж тому, що
«Світло очей» обмацує його одночасно з усіх боків. Альхазен ж згеніальною інтуїцією розклав цей глобальний процес на нескінченнебезліч елементарних процесів: він вважав, що кожній точціспостережуваного предмета відповідає деяка сприймає точкаочі. Але щоб пояснити відсутність обраних напрямків спостереженняпредмета, слід припустити, що з кожної точки предмета виходитьнескінченне число променів. Але як же тоді одній точці предмета можевідповідати лише одна сприймає точка? Альхазен подолав цютруднощі, прийнявши що з усіх променів, що проникають в око дієвимє лише промінь, перпендикулярний всім очних оболонок, які вінвважав концентричними. Тому на передню поверхню кришталика,який за Альхазену, і є орган почуття, діють ті промені, які,виходячи з будь-якої точки спостережуваного предмета, проходять черезгеометричний центр очі. Таким чином, Альхазен встановлюєточну відповідність між точками сприйняття на зовнішній поверхнікришталика і приходить до висновку:
«Зоровий образ виходить за допомогою піраміди, вершина якоїзнаходиться в оці, а підстава - на видимому тілі ».
Наскільки це положення відрізняється від евклідового! Це той жекласичний закон перспективи, але фізика явища тут змінена.
Тому, незважаючи на серйозні недоліки цього положення, воноявляє собою величезний крок вперед.

Досліди з вимірювання швидкості СВЕТА.

Одним з перших намагався виміряти швидкість світла Галілей - вінпропонує експеримент для вирішення суперечки про те, скінченна або нескінченнашвидкість світла. Два експериментатора, озброєні ліхтарями, стаютьна деякій відстані один від одного і, згідно з попередньоюдомовленості, перший відкриває свій ліхтар, як тільки помітить світловідкритого ліхтаря друга. Тоді сигнал першого експериментатораповернеться до нього через подвійну час поширення світла від одногоспостерігача до другого.

Цей досвід не міг вийти з-за надзвичайно великій швидкостісвітла. Але за Галілеєм залишається заслуга першої постановки цієї проблемив експериментальному плані і проектування експерименту настількигеніального, що цей проект був здійснений Фізо через 250 років приперший вимірі швидкості світла в земних умовах. Дійсно, впринципі досвід Фізо відрізняється від досвіду Галілея лише тим, що один здвох експериментаторів замінений дзеркалом, що відображає зараз прийшовсвітловий сигнал.

ВІДКРИТТЯ Ньютона Про ПРИРОДІ ЦВЕТОВ.

Подальшим розвитком поглядів на природу світла є роботи
Ньютона. У 1669 р. в Кембриджі Ньютон почав читати оптику. До цьогоперіоду відносяться його «Лекції з оптики», опубліковані посмертно в
1729 Науковий світ дізнався відкритті Ньютона про природу квітів з доповіді,опублікованого в 1672 р. і викликав критичні зауваження рядувчених, і зокрема Гука. За ним послідувала довга полеміка, сильнозасмутив Ньютона, людини досить дратівливого і чутливогодо критики. Справа закінчилася тим, що Ньютон замкнувся у своїй лабораторії,щоб там, у тиші завершити свою фундаментальну роботу з оптики,яку опублікував у Лондоні в 1704 р. під назвою «Оптика» вмомент, був для нього сприятливим (роком раніше помер Гук.) Упередмові Ньютон каже, що значна частина цієї роботи буланаписана у 1675 р. і направлена секретарю Королівського товариства дляпрочитання на засіданні. Через 12 років Ньютон написав до неї додати,щоб зробити теорію більш повною. Ще пізніше він додав третю книгу.
Ще за життя Ньютона вийшли друге видання «Оптики» в 1717 р. і третійв 1721 р.
«Оптика складається з трьох книг. У першій розглядаються відображення,заломлення і дисперсія світла (аналіз і синтез кольорів) з додатком допоясненню веселки і з відступом, присвяченим телескопам і відбиття.
У другій книзі розглядаються кольору тонких плівок. Нарешті, третійкнига містить короткий експериментальне дослідження дифракції ізакінчується 31 «питанням» теоретичного характеру ».
Книга починається проголошенням вірності експериментального методуі обіцянкою описувати явища, не висуваючи гіпотез:
«Мій намір у цій книзі, - попереджає автор, - не пояснювативластивості гіпотезами, але викласти і довести їх міркуваннями і дослідами.
Для цього я предпосилаю наступні визначення та аксіоми », - але немає імови про те, щоб Ньютон дотримувався цієї програми. Відразу ж післяцього, вражає першого визначення, що або нічого не означає,небудь говорить про явно корпускулярну характер теорії. Перше визначенняговорить:
«Під променями світла я розумію його дрібні частини, як у їхніхпослідовному чергуванні вздовж тих самих ліній, так і одночасноіснуючі по різних лініях ».
А що означає твердження:« Промінь світла - це його дрібна частина »?
З цього твердження ясно, що для Ньютона промінь світла - це вже нетраєкторія в розумінні давньогрецьких геометрів, а, як говориться впоясненні до цього визначення, «найменший світло або частину світу ...яка може бути залишена одна, без решти світу, або жпоширюється один, або робить або відчуває один що-небудьтаке, чого не робить і не відчуває решті світло ».
Іншими словами, Ньютон був жертвою ілюзії, властивою багатьомекспериментаторам: заявляючи про бажання дотримуватися тільки фактів івідкинути всякі теорії, але одночасно засновує тлумачення своїхекспериментальних результатів на новій теоретичної концепціїсвітлового променя - концепції корпускулярної, або якщо користуватисясучасним терміном, квантової.
Наступна за цим експериментальна частина витримала випробуваннячасом і по суті залишилася основою сучасної фізичної оптики.
Було б зайвим підкреслювати геніальність постановки проблеми,майстерність її рішення, точність вимірювань. Достатньо лише звернутиувагу на величезний стрибок, що стався під впливом робіт Ньютона вдослідженнях заломлення в призмі, якими займалися до нього дужебагато фізиків, починаючи з Сенеки.
Перша група дослідів, дуже простих, полягала в спостереженні черезпризму двобарвною папери (червоної та синьої), освітленій сонцем. Цейдосвід дозволив Ньютону прийти до фундаментального висновку:
«Промені, що відрізняються за кольором, і відрізняються за ступенемпреломляемості ».
І якщо саме це твердження і не цілком нове, оскільки воновисловлювалося ще в 1648 р. Марко Марчі (1595-1667), зате весь комплекснаступних експериментів, які дають йому остаточне підтвердження, бувдосить новим, так що не міг пройти непоміченим. Проробивши невеликекруглий отвір у віконниці вікна темної кімнати, Ньютон змусив пучокпроменів, що проходять через цей отвір, падати на призму з великоюдисперсією і направляв «спектр» на протилежну стіну, що знаходиласяна відстані в кілька метрів. У першій серії дослідів, проведених здопомогою такого пристосування, виділяється досвід з двома схрещенимипризмами. Ці досліди переконали Ньютона в тому, що кольори присутні всонячному світлі, а призма лише розділяє їх, і привели його довстановлення взаємно однозначної відповідності між ступенемзаломлення і кольором з усіма пов'язаними з звідси поправкою до закону заломлення
Декарта: показники заломлення дійсно постійні для двохзаданих середовищ за будь-яких кутах падіння, але міняються тільки кольору.
В іншій серії дослідів Ньютон розкладає світло за допомогою призми,направляє спектр на екран, де виконана вузька щілина, інаправляє світло, що проходить через цю щілину, на другому призму, якавідхиляє його, але вже не розкладає. Ця група дослідів, яка маєфундаментальне значення для спектроскопії, призвела Ньютона до поняттяоднорідного світла:
«Всякий однорідний світло має власну забарвлення, що відповідаєступеня його преломляемості, і така забарвлення не може змінюватися привіддзеркалення і заломлення ».
Тим самим з граничною очевидністю було експериментальнопідтверджено передбачення Декарта про природу кольорів: тіла на якіпадає світло, не виробляють квітів, і промені не самі по собі; променівпритаманна певна здатність збуджувати в нас відчуття того чиіншого кольору. Слідуючи багатовікової традиції Ньютон налічує сімкольорів (червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій,фіолетовий), не рахуючи білого і чорного.
Після аналізу квітів Ньютон переходить до наступної серії дослідів врівною серії дивовижних, до синтезу кольорів. Деякі з цих дослідівстали класичними і наводяться в підручниках фізики. Сюди відноситься,наприклад, досвід з гребінкою, яка швидко переміщається перед спектром,так що він здається білим завдяки явищу стійкості зображення,якому Ньютон не дав більш точного пояснення, або ж досвід із зворотним складанням кольорів за допомогою друга призми.
Всі ці властивості відкриті Ньютоном властивості світла дозволили йому датинове, більш повне пояснення веселки витлумачити кольору тел якрезультат виборчого поглинання падаючого на них світла.
У першому частини другої книги «Оптики», що складається з чотирьох частин,описується теорія основних дослідів, проведених звинятковим і які стали класичними. Ця частина роботи представляєсобою справжній шедевр експериментального мистецтва. Тут Ньютонпоновлює дослідження квітів тонких шарів, розпочате ще Гуком, але втой же час як Гук досліджував шари постійної товщини, якубезуспішно намагався безпосередньо виміряти, Ньютон скориставсящасливою ідеєю Бойля застосувати в дослідах шари з безперервнозмінюється товщиною. Застосовувалося Ньютоном класичне пристрійзагальновідомо: плосковипуклая лінза з дуже малою кривизною, що спираєтьсясвоєї плоскою стороною на іншу лінзу, двоопуклою. При падінні наповерхню лінзи білого світу Ньютон, як до нього Бойль, а після нього,всі студенти, що навчаються фізики, спостерігаючи віддзеркалення світла, тобто дивлячисьз того ж боку, звідки падає світло, бачив темна пляма,відповідне точці дотику двох лінз, оточенепослідовністю чергуються світлих і темних концентричних кілецьрайдужної забарвлення.
Ньютон спостерігав це явище не тільки в білому світі, але ймонохроматичному. Якісно явище носило такий же характер, але втой час як у білому світлі видно було лише вісім або дев'ять кілець, вмонохроматичному світлі було видно їх кілька десятків. Це явищеуявлялося значно більш ефектним, есЧи кільця, отримані вбілому світі, розглядати через призму: в цьому випадку кожна райдужнекільце ніби складалося з нескінченної системи кілець різного кольору,зміщених щодо один одного.
Численні досліди з цим явищем і точні вимірювання дозволили
Ньютону відкрити різні закономірності, що залишилися, справедливими і поданий час: радіуси кілець (світлих і темних) ростутьпропорційно квадратному кореню з їх порядкового номера, тому щорадіус четвертого кільця вдвічі більше радіусу першого кільця, а радіусдев'ятий кільця - втричі більше; кільця розташовані тим ближче, ніжбільше ступінь преломляемості світла, тобто радіуси кілець одного і тогож порядкового номера регулярно зменшуються при переході від червоногокольору до фіолетовому; темні кільця завжди утворюються при товщинішарів, кратних деякого найменшому значенню, що залежить від кольору;товщина, відповідна червоним кілець, становить 14/9 товщини,відповідної фіолетовим каблучок того ж порядку; кільця зближуються,якщо простір між обома лінзами заповнюється водою.
Весь цей комплекс кількісних експериментальних результатів неміг не викликати цілковитого здивування й не міг не привести до думки пронаявності деякої періодичності, характерної для кожного кольору. Тому
Ньютон був змушений дати хоча б формальні пояснення цієїперіодичності. З цією метою він насамперед зауважує, що матеріюслід вважати вельми «пористої», тобто що складається з окремихкрупинок, які завантажені у порожній простір, подібно до того як туманскладається з крапель води, оточених повітрям. Звідси випливає, щовідбиття світла не може бути обумовлено пружним ударом часток світла проречовина, і, згідно Ньютону, багато оптичні явища підтверджуютьцю точку зору. Як же тоді пояснити відображення?
«Кожен промінь світла при своєму проходженні через будь-яку заломлюючуповерхня набуває деякий минуще будівля чи стан,яке при просуванні променя повертається через рівні інтервали імає в своєму розпорядженні промінь при кожному повернення до легкого проходження черезНайближчої заломлюючу поверхню, а між поверненнями - до легкоговідображення ».
Визначивши« напади »відбиття або заломлення як періодичнеповернення схильності променя до відбиття або заломлення, аперіоди нападів як проміжки часу між двома послідовниминападами, Ньютон наступним чином відповідає на питання, чому світ,потрапляє на межу розділу двох середовищ, частково відбивається, ачастково заломлюється:
«Світло знаходиться в стані нападів легкого відображення і легкогозаломлення і до падіння на прозорі тіла. І, ймовірно, він отримавтакі напади при першій випусканні від світиться тіла, зберігаючи їхпід час свого шляху ».
Що ж, зрештою, - ці напади властиві світла, властиві йомуз самого моменту його випромінювання або ж вони є придбанимвластивістю, тобто купуються в момент проходження світла через тіла?
Ньютон вважає властивості світла то внутрішніми, то набутими, взалежно від того, що більш зручно. Ньютон відчувавсуперечливість і важко своєї позиції, але наполягав нате, що не висуває ніяких гіпотез і що напади - це простоконстатація факту, яка б не була їх природа. Тут же він додає,правда, що ті, хто любить будувати гіпотези картезіанського типу, можутьуявити собі, що, так само як камені падаючи у воду, викликають у нійпевний коливальний рух, так і світлові корпускули,вдаряючись про що відображають поверхні, збуджують коливання,поширюються швидше самих частинок світла і тому обганяли їх;ці хвилі, діючи на корпускули визначають і обумовлюють нападилегкого відображення.
Верна або помилкова ця гіпотеза, Ньютон не хоче розбирати:
«Я задовольняються простим відкриттям, що промені світла завдяки тій абоіншої причини поперемінно розташовуються до відбиття або заломлення підбагатьох чергування ».
Не дивлячись на протиріччя, неясності і поправки, теорія нападівє досить глибоким уявленням, яке тепер, у світліхвильової механіки, може бути краще зрозуміло і точніше оцінений.

РОБОТИ Гюйгенс. Хвильової теорії світла.

Фундаментальні роботи Ньютона, що ввійшли потім у «Оптику» зробиливеликий вплив на сучасників. Мислення Гюйгенса знаходиться підвпливом цих робіт. Дійсно, будучи прихильником теоріїквітів Гука, він після робіт Ньютона, захоплюючись їх експериментальноїстороною, але не розділяючи його теоретичної інтерпретації, прийшов довисновку, що «явище фарбування залишається ще дуже таємничим черезтруднощі пояснення цього розмаїття кольорів за допомогою якого-небудьфізичного механізму ».
Тому він вважав за найбільш доцільне взагалі не розглядатипитання про квіти в своєму трактаті.
Ця невелика робота, що займає лише 77 сторінок в його повномузібранні творів, складається з шести голів. У першому розглядаєтьсяпрямолінійний поширення світла, у другій відображення, в третій --заломлення, в четвертій - атмосферна рефракція, в п'ятому - подвійнепроменезаломлення і в шостий - лінз форми.
Робота починається з критики попередніх теорій Декарта і Ньютона.
Якщо світло складається з корпускул, то ж як він може поширюватисяпрямолінійно в тілах, не відчуваючи відхилення? І як це може бути,щоб два пересічних пучка променів, тобто два потоки часток, необурювали один одного шляхом взаємних зіткнень? Але доситьзгадати, що світ виникає від вогню та полум'я, тобто від тіл,що знаходиться в дуже швидкому русі; що світло, сконцентрованийдзеркалом, здатний спалювати предмети, тобто роз'єднувати їх частини, «щослужить переконливим ознакою рухів, принаймні для істинноїфілософії »; що зорове відчуття виникає при порушенні закінченнязорового нерва, що, як і у випадку зіткнень, два або кількарухів можуть накладатися, не бунтували один одного; щопоширення звуку відбувається шляхом руху. Досить, каже
Гюйгенс, врахувати всі ці факти, щоб прийти до безумовного висновку:
«Не можна сумніватися в тому, що світ перебуває в русі якогосьречовини ».
Але в якій ж середовищі поширюється світло? Ще раз встановившипаралель між звуком і світлом, Гюйгенс помічає, що цієї середовищем неможе служити повітря, оскільки досліди з пневматичної машиноюпоказали, що світло на відміну від звуку поширюється і в порожнечі, іпостулює існування деякої ефірної матерії, яка заповнюєвесь Всесвіт, проникає в усі тіла, надзвичайно розріджена, так щовона не виявляє жодних властивостей тяжкості, але дуже жорстка і пружна.
Як видно, Декарт знайшов гідного послідовника!
Прийнявши існування такої речовини, Гюйгенс розглядає механізмпоширення руху. Він починає з прикладу полум'я. Кожна точкаполум'я повідомляє рух частинок навколишнього ефіру, тобто створює своювласну хвилю, а кожна частка ефіру, якої досягла хвиля,стає в свою чергу центром іншої, меншої хвилі. Таким чином,цей рух поширюється від частинки до частинки за посередництвомвторинних сферичних хвиль, подібно до того, як поширюється пожежа.
Може здатися дивним і майже неймовірним, що хвилеподібнийрух, що викликається настільки малими рухами і частками, здатнепоширюватися на такі величезні відстані, що відділяють нас відзірок. На це Гюйгенс відповідає:
«Але це число перестає бути дивним, якщо взяти до уваги,що нескінченне число хвиль, що виходять правда, з різних точоксвятять тіла, на великій відстані від нього з'єднуються для нашоговідчуття тільки в одну хвилю, яка, отже, і повинна володітидостатньою силою, щоб бути сприйнятою ».
Це і є принцип побудови огинаючої хвилі, що зробила безсмертнимім'я Гюйгенса. Він пояснює його малюнком, який можна побачити чи нев кожному сучасному підручнику фізики. Ясно, що при такому розуміннізникає світловий промінь стародавніх греків, зникає і промінь світла Ньютона.
Лейбніц відразу зрозумів значення концепції і писав Гюйгенсу 22 червня 1964року:
«Безумовно, пан Гук ніколи б не прийшов до пояснення законівзаломлення за допомогою побудованої ним картини хвильових рухів. Всясуть в тому, яким чином ви розглядаєте кожну точку променя яквипромінюючу і складаєте основну хвилю з усіма допоміжнимихвилями »
На жаль, при новому підході зникає і безпосереднєінтуїтивне уявлення про прямолінійній поширенні світла.
Гюйгенс висуває пояснення, стверджуючи, що за перешкодоюпоширюються там елементарні хвилі не мають огинаючої і томузалишаються непомітними, і робить висновок:
«У цьому сенсі можна приймати промені світла за прямі лінії».
Однак це твердження залишається голослівним, так що його можна зрівне право прийняти або відхилити.
Незадовільний пояснення прямолінійного поширення світла
Гюйгенс відшкодував блискучим поясненням за допомогою свого механізмучасткового відображення, заломлення і повного внутрішнього відображення --явищ, яких інтерпретація змусила Ньютона ускладнювати свою теорію,нагромаджуючи одну теорію на іншу. По суті ці пояснення Гюйгенсаі зараз наводяться у всіх підручниках. Нова теорія мала також тимперевагою, що для пояснення заломлення вона у відповідності зіздоровим глуздом вимагала меншій швидкості в більш щільною середовищі.

РОЗВИТОК ПОГЛЯДІВ НА хвильову природу світла.

РОБОТИ Френеля.

Молодий дорожній інженер Огюстен Френель (1788-1827 ),приєднався волонтером до роялістського військам, які повинні булиперегородити дорогу Наполеона під час його повернення з острова Ельба, вперіод Ста днів був звільнений зі служби і змушений був піти у Матьє,поблизу Каене, присвятив себе дослідженню дифракції, маючи у своємурозпорядженні лише випадковий і примітивне експериментальнеобладнання. Два мемуари, поданих ним 15 жовтня 1815
Паризької Академії наук, були першим результатом цих праць. Френельбув запрошений в Париж для повторення своїх дослідів в більш сприятливихумовах.
Френель почав досліджувати тіні, відкидаємо невеликимиперешкодами на шляху променів, і виявив освіта смуг не тількизовні, а й усередині тіні, що до нього вже спостерігав Грімальді і про щопромовчав Ньютон. Дослідження тіні, утвореною тонким дротом,Френеля призвело до вторинного відкриття принципу інтерференції. Йоговразило, що, якщо край екрана був розташований уздовж однієї сторонидроту, внутрішні смуги зникали. Отже, подумав він відразу, разпереривання світла від одного з країв дроту призводить до зникненнявнутрішніх смуг, отже, для їх утворення необхідно спільнедію променів, що приходять з обох сторін дроту.
«Внутрішні облямівки не можуть утворюватись від простого змішування цихпроменів, тому що кожна сторона дроту окремо направляєтінь тільки на безперервний потік світла, отже, облямівкиутворюються в результаті перехрещування цих променів. Цей висновок, якийє, так би мовити, переклад явища на зрозумілу мову,повністю суперечить гіпотезі Ньютона і підтверджує теоріюколивань. Легко можна здогадатися, що коливання двох променів, якісхрещуються під дуже малим кутом, можуть діяти в протилежністорони в тих випадках, коли вузли одних хвиль відповідають пучностямінших ».
У Парижі Френель дізнався про досліди Юнга з двома отворами, якіна його думку, були цілком придатними для ілюстрації хвильовоїприроди світла. Тим не менше, для виключення будь-якої можливостітлумачення цього явища як дії країв отворів Френельпридумав відомий «досвід з двома дзеркалами», про який він повідомляє у
1816г., А потім в 1819 р. «досвід з біпрізмой», що став з тих піркласичним методом демонстрації принципу інтерференції.
Узявши на озброєння принцип інтерференції, хвильова теоріямала у своєму розпорядженні тепер трьома принципами: принципом елементарних хвиль,принципом огинаючої і принципом інтерференції. Це були три окреміпринципи, які Френель геніально вирішив звести докупи. Таким чином,для Френеля обвідна хвиль не просто геометричне поняття, як для
Гюйгенса. У довільній точці хвилі повний ефект являє собоюалгебраїчну суму імпульсів, створюваних кожної елементарної хвилею;повна сума всіх цих імпульсів, що складаються згідно з принципомінтерференції, може бути, зокрема дорівнює нулю. Френель справивтакий розрахунок, хоча і не цілком суворим способом, і прийшов до висновку, щовплив сферичної хвилі у зовнішній точці зводиться до впливуневеликого сегмента хвилі, центр якої знаходиться на лінії,сполучає джерело світла з освітленої точкою; інша частина хвилідає у сумі нульовий ефект у розглянутій точці.
Тим самим було визначено перешкоду, що стояло протягом століть нашляху утвердження хвильової теорії - узгодження прямолінійногорозповсюдження світла з його хвильовим механізмом. Кожна точка поза хвиліотримує світ лише від дуже невеликий її області, що прилягає до точки,найближчій до розглянутої; все відбувається так, як якби світлопоширювався по прямій лінії від джерела до освітленій точці.
Дійсно, хвилі повинні об'їжджати перешкоди, але це твердження неслід розуміти грубо якісно, оскільки відхилення хвилі заперешкодою залежить від довжини хвилі. Знаючи довжину хвилі, можнарозрахувати, як і наскільки відхилився світло за перешкодою.
Розглядаючи явище дифракції, Френель зробив такий розрахунок, і йогорезультати чудово співпали з експериментальними даними.
Після декількох років перерви в дослідженнях Френель знову викладаєсвою теорію у великому мемуари про дифракції, представленому в 1818 р. наконкурс Паризької Академії наук. Цей мемуари розглядалося комісією,що складалася з Лапласа, Біо, Пуассона, Араго і Гей-Люссака. Троє першихбули переконані ньютоніанци, Араго був налаштований на користь Френеля, а Гей-
Люссак, по суті, не був компетентний в даному питанні, алебув відомий своєю чесністю. Пуассон помітив, що з теорії Френеляможна вивести слідства, знаходяться начебто в явному протиріччі зздоровим глуздом, оскільки з розрахунку випливає, що в центрігеометричної тіні непрозорого диска належних розмірів маєспостерігатися світла пляма, а в центрі конічної проекції невеликогокруглого отвору на певній відстані легко обчислюваневідстані повинно спостерігатися темна пляма. Комісія запропонувала Френелядовести експериментально висновки з його теорії, і Френель блискуче цевиконав, довівши, що «здоровий глузд» в цьому випадку помиляється. Післяцього за одностайною пропозицією комісії Академія наук присудила йомупремію, а в 1823 р. він був обраний її членом.
Після встановлення теорії дифракції Френель перейшов до дослідженняявища поляризації. Корпускулярна теорія вимушена дляінтерпретації численних явищ, відкритих в першу п'ятнадцятиріччя
XIX століття, запроваджувати одну за одною різні гіпотези, абсолютнонеобгрунтовані і часом суперечливі, до цього часу неймовірноускладнилася. У своєму досвіді з двома дзеркалами, розташованими під кутом,
Френель одержав за допомогою одного джерела світла два уявних джерела,завжди строго когерентних. Він спробував також видозмінити цей прилад,використовуючи два промені, що виходять при подвійному променезаломлення одногопроменя, і компенсуючи належним чином розносити оптичних шляхів обохпроменів. Однак йому ніяк не вдавалося добитися інтерференції цихполяризованих променів.
Той факт, що промінь, поляризований при відображенні, володіє двомаплощинами симетрії, ортогональними один одному і проходять черезпромінь, міг наштовхнути на думку про те, що коливання ефіру відбуваються вцих площинах перпендикулярно до напрямку променя. Ця ідея булависловлена Френеля Ампером ще в 1815 р., але Френель не скориставсянею. Юнгом, тільки-но він дізнався про досліди Френеля і Араго з поляризованимсвітлом, теж прийшла думка про поперечних коливаннях, проте чи то черезневпевненості, то чи розсудливості він говорив про це як про
«Уявному поперечному русі», тобто як про поняття чистофантастичному, - настільки безглуздими з механічної точки зорупредставлялися вченим того часу поперечні коливання ефіру.
Після того як протягом багатьох років Френель користувався мовоютеорії поздовжніх коливань, в 1821 році він, не знайшовши іншого шляхуінтерпретації поляризованих явищ, зважився приняти теоріюпоперечності коливань. У тому ж році він пише:
«Лише кілька місяців тому, розмірковуючи з великою увагою поцього приводу, я визнав досить імовірним, що коливальні рухисвітлових хвиль здійснюються тільки в площині хвиль, як для простого,так і для поляризованого світла ... Я постараюся показати, що гіпотеза,яку я представляю, не містить нічого фізично неможливого і щовона вже не може служити для пояснення основних властивостейполяризованого світла ».
Те, що ця гіпотеза може пояснити основні властивостіполяризованого світла, було детально показано Френеля; що ж дотого, що в цій гіпотезі фізично немає нічого неможливого, - це вжезовсім інша справа. З поперечності коливань випливало, що ефір,будучи найтоншим і невагомим флюїдом, повинен одночасно бутинаітвердейшім тілом, твердіше сталі, тому що тільки тверді передаютьпоперечні коливання. Ця гіпотеза представлялася виключно сміливою,майже божевільної. Араго, фізик явно не схильний до забобонів, тойсамий Араго, який був другом, захисником Френеля у всіх випадках, незнайшов можливим розділити відповідальність за цю дивну гіпотезу івідмовився підписати представлену Френеля статтю.
Таким чином, з 1821 Френель продовжував свій шлях у поодинці, іце був шлях, повний перемог. Гіпотеза про поперечності коливань дозволилайому побудувати свою механічну модель світу. Основою її є ефір,що заповнює весь Всесвіт і пронизливий всі тіла, причому ці тілавикликають зміну механічних характеристик ефіру. Через цізмін, коли пружна хвиля переходить з вільного ефіру в ефір,що міститься в речовині, на поверхні розділу частина хвиліповертає назад, а частина проникає в речовину. Тим самим було даномеханічне пояснення явища часткового відображення, що залишався впротягом кількох століть таємницею для фізиків. Виведені Френеляформули, що носять тепер його ім'я, зберегли свій вигляд до наших днів.
Швидкість поширення коливань у середовищі залежить від довжини хвилі, апри заданій довжині хвилі тим менше, чим більш заломлюючої єСереда. Звідси випливають як наслідок заломлення світла і його дисперсія.
У ізотропних середовищах хвилі мають сферичну форму з центром у вибірковомуджерелі випромінювання; в анізотропних середовищах форма хвилі описується,взагалі кажучи, поверхнею четвертого порядку. У теорії Френеля всенайскладніші явища поляризації інтерпретуються в дивовижному згодіз експериментальними даними і постають як окремі випадки загальногозакону складання і розкладання швидкостей.

електромагнітну природу СВЕТА.

РОБОТИ Фарадея і Максвела.

Те, що всі фізичні явища являють собою лише різніпрояви однієї і тієї ж суті, або ідея «єдності фізичних сил»,було основною філософською передумовою фізики минулого століття.
Систематичне застосування цього принципу ми постійно знаходимо вроботах одного з найпроникливіших дослідників усіх часів -
Майкла Фарадея (1791-1867). Яка з