Волновая теория Френеля

Тем самым было преодолено препятствие, стоявшее в течение веков на пути утверждения волновой теории — согласование прямолинейного распространения света с его волновым механизмом. Каждая точка вне волны получает свет лишь от очень небольшой ее области, прилегающей к точке, ближайшей к рассматриваемой; все происходит так, как если бы свет распространялся по прямой линии от источника к освещенной точке. Действительно, волны должны огибать препятствия, но это утверждение не следует понимать грубо качественно, поскольку отклонение волны за препятствием зависит от длины волны. Зная длину волны, можно рассчитать, как и насколько отклонится свет за препятствием. Рассматривая явление дифракции, Френель произвел такой расчет, и его результаты прекрасно совпали с экспериментальными данными. Первые статьи Френеля о дифракции вследствие их недостаточной математической строгости были неодобрительно встречены Лапласом, Пуассоном и Био, утонченными аналитиками, для которых математическая строгость была культом.

После нескольких лет перерыва в исследованиях Френель вновь излагает свою теорию в обширном мемуаре о дифракции, представленном в 1818 г. на конкурс Парижской Академии наук. Этот мемуар рассматривался комиссией, состоявшей из Лапласа, Био, Пуассона, Араго и Гей-Люссака. Трое первых были убежденные ньютонианцы, Араго был настроен в пользу Френеля, а Гей-Люссак, по существу, не был компетентен в рассматриваемом вопросе, но был известен своей честностью. Пуассон заметил, что из теории Френеля можно вывести следствия, находящиеся как будто в явном противоречии со здравым смыслом, поскольку из расчета следует, что в центре геометрической тени непрозрачного диска надлежащих размеров должно наблюдаться светлое пятно, а в центре конической проекции небольшого круглого отверстия на определенном легко вычисляемом расстоянии должно наблюдаться темное пятно. Комиссия предложила Френелю доказать экспериментально выводы из его теории, и Френель блестяще это выполнил, доказав, что "здравый смысл" в этом случае ошибается. После этого по единодушному предложению комиссии Академия наук присудила ему премию, а в 1823 г. он был избран ее членом.

После установления теории дифракции Френель перешел к исследованию явления поляризации. Корпускулярная теория, вынужденная для интерпретации многочисленных явлений, открытых в первое пятнадцатилетие XIX века, вводить одну за другой различные гипотезы, совершенно необоснованные и порой противоречивые, к этому времени невообразимо усложнилась. В своем опыте с двумя зеркалами, расположенными под углом, Френель получил с помощью одного источника света два мнимых источника, всегда строго когерентных. Он попытался также видоизменить этот прибор, используя два луча, получающихся при двойном лучепреломлении одного луча, и компенсируя надлежащим образом разность оптических путей обоих лучей. Однако ему никак не удавалось добиться интерференции этих поляризованных лучей.

В сотрудничестве с Араго он продолжал экспериментально исследовать возможность интерференции поляризованного света, и им удалось установить, что два луча света, поляризованные в параллельных плоскостях, всегда интерферируют, а два луча света, поляризованные перпендикулярно, никогда не интерферируют (в том смысле, что не гасят друг друга). Как объяснить этот факт? Как объяснить все остальные явления поляризации, не имеющие никакой аналогии в акустике?

Тот факт, что луч, поляризованный при отражении, обладает двумя плоскостями симметрии, ортогональными друг другу и проходящими через луч, мог натолкнуть на мысль о том, что колебания эфира происходят в этих плоскостях перпендикулярно направлению луча. Эта идея была высказана Френелю Ампером еще в 1815 г., но Френель не воспользовался ею. Юнгу, едва лишь он узнал об опытах Френеля и Араго с поляризованным светом,, тоже пришла мысль о поперечных колебаниях, однако то ли из-за неуверенности, то ли из благоразумия он говорил об этом как о "воображаемом поперечном движении", т. е. как о понятии чисто фантастическом,— столь бессмысленными с механической точки зрения представлялись ученым того времени поперечные колебания эфира.

После того как в течение многих лет Френель пользовался языком теории продольных колебаний, в 1821 г. он, не найдя другого пути интерпретации поляризационных явлений, решился принять теорию поперечности колебаний. В том же году он пишет: "Лишь несколько месяцев тому назад, размышляя с большим вниманием по этому поводу, я признал весьма вероятным, что колебательные движения световых волн осуществляются только в плоскости волн как для простого, так и для поляризованного света . Я постараюсь показать, что гипотеза, которую я представляю, не содержит ничего физически невозможного и что она уже может служить для объяснения основных свойств поляризованного света…".

То, что эта гипотеза может объяснить основные свойства поляризованного света, было детально показано Френелем; что же касается того, что в этой гипотезе нет ничего физически невозможного,— это уже совсем другое дело. Из поперечности колебаний следовало, что эфир, будучи тончайшим и невесомым флюидом, должен одновременно быть наитвердейшим телом, тверже стали, ибо только твердые тела передают поперечные колебания. Эта гипотеза представлялась исключительно смелой, почти безумной. Араго, физик явно не склонный к предрассудкам, тот самый Араго, который был другом, советчиком и защитником Френеля во всех случаях, не нашел возможным разделить ответственность за эту странную гипотезу и отказался подписать представленную Френелем статью.

Перейти на страницу: 1 2 3

Дополнительные материалы

Червячный редуктор
Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине. Назначение редуктора – понижение угловой скорости и ...

Атомная энергия и человек
Современную цивилизацию отличают от всех предшествующих эпох два основных качества: обилие потребляемой энергии и совершенная система коммуникаций. Именно они составляют основу всех достижений технологии и техники нашего времени. Их символ ...

Прямой свет
Эфирная природа звездной аберрации и явления Никитина Кризис физики, возникший в начале 20-го века в связи с резким расширением необъясненной физической картины мира, поставил выбор перед наукой: либо принять тяжелый вызов истории – при ...

Разделы

Электромагнитный импульс как оружие

История вопроса и современное состояние знаний в области эми.

Лабораторные стенды в учебном процессе

Обзор и сравнительный анализ существующих стендов.

Аспекты технического знания

Технический объект и предмет технических наук.

Сварка металлов плавлением

Классификация электрической дуговой сварки.

Распределение примесей в кремнии

Описание процесса зонной плавки и ее математическая модель.



Наука сегодня и вчера - www.anytechnic.ru