Развитие взглядов на теорию света

Во второй половине XVII века были заложены основы физической оптики . Ф . Гри мальди открывает явление дифракции света (оги бание светом препятствий т.е . отклонение его от прямолинейного распространения ) и выск азывает предположение о волновой природе свет а . В опубликованном в 1690 г . "Трактате о с вете " Х.Гюйгенсом был сформирован принцип , согл асно которому каждая точка пространства , кото рой достигла в данный момент распространяющая ся волна , становится и с точником эл ементарных сферических волн , и на его осно ве вывел законы отражения и преломления с вета . Гюйгенсом было установлено явление поля ризации света - явление , происходящее с лучом света при его отражении , преломлении (особен но при двойном преломлении ) и за ключающееся в том , что колебательное движение во всех точках луча происходит лишь в одной плоскости , проходящей через направлен ие луча , тогда как в неполяризованном луче колебания происходят по всем направлениям , перпендикулярно к лучу . Гюйгенс , разр а ботав идею Гримальди о том , что св ет распространяется не только прямолинейно с преломлением и отражением , а и с разб иением (дифракция ), дал объяснение всем известн ым оптическим явлениям . Он утверждает , что световые волны распространяются в эфире , пред став л яющем собой пронизывающую все тела тонкую материю .(1) Но что есть волна ? Волна обязательно движется в каком то носителе , в котор ом и происходят периодические колебания . Но при распространении волны , например , на пове рхности воды , не происходит перемещения воды в направлении распространения волны - при этом поверхность воды движется лишь ввер х и вниз . Но волна при своем перемещен ии передает действие от одной точки к другой . Аналогичным образом обстоит дело с распространением звуковой волны , но в это м случа е волны распространяются в пространстве по всем направлениям . О светов ых колебаниях можно судить по косвенным э ффектам . Явление интерференции дает и свидете льство о волновой природе света . Примером интерференционного эффекта является появление ок рашенных п о лос или колец , которые являются при растекании тонкого слоя неф ти на поверхности воды . Свет в этом сл учае сначала отражается от верхней поверхност и пленки , а затем от нижней . Поэтому ко лебания в световом луче , которые отражаются от нижней поверхности плен к и , о тстают от колебаний в луче , отраженном от ее поверхности , причем это отставание рав но расстоянию , равному удвоенной толщине плен ки . Оба отраженных луча в этом случае интерферируют так , что если толщина пленки равна четверти длины волны , то второй л уч о тстает от первого на полови ну волны . Наложение гребня волны , отраженной от другой поверхности , дает темноту . Белый свет в результате интерференции после от ражения становится окрашенным . (3) Ньютон сначала в своих докладах в Лондонском Королевском обществе и затем в "Оптике " (опубликованной в 1706 г .) изложил свою концепцию света . Следуя своему феномен ологическому методу , Ньютон экспериментально иссл едовал явление дисперсии (разложение белого с вета при помощи призмы в спектр ), заложил основы оптической спек т роскопии : он установил , что каждому цвету соответствует определенная длина световой волны и опре делил их . Ньютон показал , что цвета создаю тся не призмой . а являются компонентами бе лого света . Он видел слабость волновой кон цепции в том , что она оказалась н е в состоянии объяснить явление дифра кции света - огибание светом препятствий (это удастся сделать с позиции волновой концепц ии более столетия позже Френелю ). Ньютон ж е явление дифракции объяснял на основе по лярности , присущей световому лучу . Другим недо с т атком волновой концепции было е е требование допустить существование эфира-среды , в которой распространяется свет . Тот фак т , что движение планет и комет в небес ном пространстве не встречает заметного сопро тивления , которое обязательно отразилось бы н а прав и льности движения , позволил Ньютону существование такой среды подвергнуть сомнению . А если отбросить возможность суще ствования такой среды , то гипотеза о распр остранении света через нее утрачивает смысл . (Критикуя волновую концепцию света , представл яющую с в ет в виде распространяющи хся в эфире механических волн , Ньютон не мог еще предположить , что световые волны могут иметь не механическую природу .) Устранение трудностей , стоящих перед волн овой концепцией света , Ньютон видел на пут и рассмотрения света как со стоящего и з корпускул - своеобразных "малых тел " (атомов ), которые могут взаимодействовать с частицами вещества . Такие тела , по его мнению , прох одят через однородные среды "без загибания ". Важно отметить , что , сравнивая волновую и корпускулярную концепци ю света , Ньюто н не высказывается безоговорочно в пользу одной из них . Его высказывания многими исследователями его творчества трактуются как своеобразный синтез волновой и корпускулярных концепций (предвосхитивший гипотезу де Бройл я , высказанную в 1924 г .). Открытие явление поляризации света убеждало Ньютона в спр аведливости корпускулярной концепции света . Иссле дование же интерференции приводило его к выводу о наличии своеобразной периодичности в свойствах света . Последователи Ньютона предс тавили Ньютона ка к безоговорочного сторонника корпускулярной концепции света . Автори тет имени Ньютона , таким образом , в данном случае сыграл негативную роль - задержал развитие волновой теории света .(2) Сформировавшиеся в предшествующее столетие корпускулярная и волновая ко нцепция св ета в XIX веке продолжили ожесточенную борьбу . Первая опиралась на авторитет Ньютона , втор ая - на авторитет Гука , Гюйгенса , Эйлера , Лом оносова . Сторонники корпускулярной концепции наде ялись объяснить с ее позиций затруднения с объяснением явлени й дифракции и интерференции . Т.Юнг дал это объяснение с позиций волновой концепции . Исходя из выска занных им гипотез о существовании разреженног о и упругого светоносного эфира , заполняющего Вселенную , о возбуждении волнообразных движе ний в эфире при свечен и и тела , о зависимости ощущения различных цветов от различной частоты колебаний , возбуждаемых светом на сетчатке глаза , о притягивании в семи материальными телами эфирной среды , всле дствие чего последняя накапливается в веществ е этих тел и на малом расстоян и и вокруг них в состоянии большей плотности (но не большей упругости ), Юнг де лает вывод о том , что излучаемый свет состоит из волнообразных движений светоносного эфира . Это дало возможность все разнообрази е цветов свести к колебательным движениям эфира , а р азличие цветов объяснит ь различием частот колебаний эфира , а такж е сформулировать принцип интерференции . (4) Прямолинейное распространение света было наиболее важным аргументом в пользу корпускул ярной теории . О.Френель делает новый существен ный шаг в разви тии волновой теории . (Идея интерференции вообще оказалась столь плодотворной , что при встрече с неизвестным видом излучения всегда стараются получить интерференцию . И если это удается , то тем самым доказывается его волновой характер .) Связав принцип Гюй генса , (согласно которому молекулы тела , приведенные в колебан ие падающим светом становятся центрами испуск ания новых волн ) с принципом интерференции , (согласно которому налагающиеся волны , в пр отивоположность корпускулярным лучам , не обязател ьно усиливаю т ся , а могут и осл абляться до полного уничтожения ), Френель дал объяснение прямолинейному распространению света , показав , что лучи , поляризованные перпендикул ярно друг к другу , не интерферируются . В опытах по дифракции света он установил . что дифракционные полосы появляются в следствие интерференции лучей . Принцип интерферен ции позволил Френелю законы отражения и п реломления объяснить взаимным погашением световы х колебаний во всех направлениях , за исклю чением тех . которые удовлетворяют закону отра жения . Френ е лю удалось эксперименталь но доказать , что световые лучи могут возде йствовать друг на друга , ослабляться и даж е почти полностью погашаться в случаях со гласных колебаний , что и позволило ему дат ь объяснение явлению дифракции . Френель доказ ал . что свет являе т ся поперечным волновым движением . Он объяснил явление п оляризации света в экспериментальных исследовани ях отражения и преломления света от повер хности прозрачных веществ . Им было установлен о , что отражение плоско-поляризованного света от поверхности прозр а чного тела с опровождается поворотом плоскости поляризации в тех случаях , когда эта плоскость не с овпадает с плоскостью падения или не перп ендикулярна к ней . Развивая идеи Гюйгенса о распространении волн в кристаллах . Френель заложил основы кристаллооптики. Таким образом , борьба волновой и корпу скулярной концепции света в первой половине XIX века завершается победой волновой концепции - было установлено , что свет является попе речным волновым движением . Решающим вкладом в эту победу и явилось объяснение с по мощью волновой концепции явлений дифракци и и интерференции света .(1) Литература : 1. Лауэ М . История Физики.М .,1956. 2. Дирак П . Принципы ква нтовой механики . М :1960. 3. А.И.Маркушевич “Детская эн циклопедия '' том 3.М :1994 4. А.М.Кузнецова , И.В.Петрянов’ ’ В ещество и энергия ''.М :1982