Борьба концепций в процессе становления и развития науки о свете
ти, характерной для каждого цвета. Поэтому
Ньютон был вынужден дать хотя бы формальные объяснение этой
периодичности. С этой целью он прежде всего замечает, что материю
следует считать весьма «пористой», т.е. состоящей из отдельных
крупинок, погруженных в пустое пространство, подобно тому как туман
состоит из капелек воды, окруженных воздухом. Отсюда следует, что
отражение света не может быть обусловлено упругим ударом частиц света о
вещество, и, согласно Ньютону, многие оптические явления подтверждают
эту точку зрения. Как же тогда объяснить отражение?
«Каждый луч света при своем прохождении через любую преломляющую
поверхность приобретает некоторое преходящее строение или состояние,
которое при продвижении луча возвращается через равные интервалы и
располагает луч при каждом возвращении к легкому прохождению через
ближайшую преломляющую поверхность, а между возвращениями – к легкому
отражению».
Определив «приступы» отражения или преломления как периодическое
возвращение предрасположения луча к отражению или преломлению, а
периоды приступов как промежутки времени между двумя последовательными
приступами, Ньютон следующим образом отвечает на вопрос, почему свет,
попадающий на границу раздела двух сред, частично отражается, а
частично преломляется:
«Свет находится в состоянии приступов легкого отражения и легкого
преломления и до падения на прозрачные тела. И, вероятно, он получил
такие приступы при первом испускании от светящегося тела, сохраняя их
во время своего пути».
Что же в конце концов – эти приступы свойственны свету, присущи ему
с самого момента его излучения или же они являются приобретенным
свойством, т.е. приобретаются в момент прохождения света через тела?
Ньютон считает свойства света то внутренними, то приобретенными, в
зависимости от того, что более удобно. Ньютон чувствовал
противоречивость и затруднительность своей позиции, но настаивал на
том, что не выдвигает никаких гипотез и что приступы – это просто
констатация факта, какова бы ни была их природа. Тут же он добавляет,
правда, что те, кто любит строить гипотезы картезианского типа, могут
представить себе, что, так же как камни падая в воду, вызывают в ней
определенное колебательное движение, так и световые корпускулы,
ударяясь об отражающие поверхности, возбуждают колебания,
распространяющиеся быстрее самих частиц света и потому обгоняющие их;
эти волны, действуя на корпускулы определяют и обусловливают приступы
легкого отражения.
Верна или ошибочна эта гипотеза, Ньютон не хочет разбирать:
«Я довольствуюсь простым открытием, что лучи света благодаря той или
иной причине попеременно располагаются к отражению или преломлению во
многих чередованиях».
Несмотря на противоречия, неясности и поправки, теория приступов
является весьма глубоким представлением, которое теперь, в свете
волновой механики, может быть лучше понятно и точнее оценено.
РАБОТЫ ГЮЙГЕНСА. ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ СВЕТА.
Фундаментальные работы Ньютона, вошедшие потом в «Оптику» оказали
большое влияние на современников. Мышление Гюйгенса находится под
воздействием этих работ. Действительно, будучи приверженцем теории
цветов Гука, он после работ Ньютона, восхищаясь их экспериментальной
стороной, но не разделяя его теоретической интерпретации, пришел к
выводу, что «явление окрашивания остается еще весьма таинственным из-за
трудности объяснения этого разнообразия цветов с помощью какого-либо
физического механизма».
Поэтому он счел наиболее целесообразным вообще не рассматривать
вопроса о цветах в своем трактате.
Эта небольшая работа, занимающая лишь 77 страниц в его полном
собрании сочинений, состоит из шести глав. В первой рассматривается
прямолинейное распространение света, во второй отражение, в третьей –
преломление, в четвертой – атмосферная рефракция, в пятой – двойное
лучепреломление и в шестой – формы линз.
Работа начинается с критики предшествующих теорий Декарта и Ньютона.
Если свет состоит из корпускул, то как же он может распространяться
прямолинейно в телах, не испытывая отклонения? И как это может быть,
чтобы два пересекающихся пучка лучей, т.е. два потока частиц, не
возмущали друг друга путем взаимных соударений? Но достаточно
вспомнить, что свет возникает от огня и пламени, т.е. от тел,
находящихся в очень быстром движении; что свет, сконцентрированный
зеркалом, способен сжигать предметы, т.е. разъединять их части, «что
служит убедительным признаком движений, по крайней мере для истинной
философии»; что зрительное ощущение возникает при возбуждении окончания
зрительного нерва; что, как и в случае соударений, два или несколько
движений могут накладываться, не возмущая друг друга; что
распространение звука происходит путем движения. Достаточно, говорит
Гюйгенс, учесть все эти факты, чтобы прийти к безусловному выводу:
«Нельзя сомневаться в том, что свет состоит в движении какого-то
вещества».
Но в какой же среде распространяется свет? Еще раз установив
параллель между звуком и светом, Гюйгенс замечает, что этой средой не
может служить воздух, поскольку опыты с пневматической машиной
показали, что свет в отличие от звука распространяется и в пустоте, и
постулирует существование некоторой эфирной материи, которая заполняет
всю Вселенную, проникает во все тела, чрезвычайно разрежена, так что
она не проявляет никаких свойств тяжести, но очень жесткая и упругая.
Как видно, Декарт нашел достойного последователя!
Приняв существование такого вещества, Гюйгенс рассматривает механизм
распространения движения. Он начинает с примера пламени. Каждая точка
пламени сообщает движение частицам окружающего эфира, т.е. создает свою
собственную волну, а каждая частица эфира, которой достигла волна,
становится в свою очередь центром другой, меньшей волны. Таким образом,
это движение распространяется от частицы к частице через посредство
вторичных сферических волн, подобно тому, как распространяется пожар.
Может показаться странным и почти невероятным, что волнообразное
движение, вызываемое столь малыми движениями и частицами, способно
распространяться на такие огромные расстояния, как отделяющие нас от
звезд. На это Гюйгенс отвечает:
«Но это число перестает быть удивительным, если принять во внимание,
что бесконечное число волн, исходящих правда, из различных точек
святящегося тела, на большом расстоянии от него соединяются для нашего
ощущения только в одну волну, которая, следовательно, и должна обладать
достаточной силой, чтобы быть воспринятой».
Это и есть принцип построения огибающей волны, сделавшей бессмертным
имя Гюйгенса. Он поясняет его рисунком, какой можно увидеть чуть ли не
в каждом современном учебнике физики. Ясно, что при таком понимании
исчезает световой луч древних греков, исчезает и луч света Ньютона.
Лейбниц сразу понял значение концепции и писал Гюйгенсу 22 июня 1964
года:
«Безусловно, господин Гук никогда бы не пришел к объяснению законов
преломления с помощью построенной им картины волновых движений. Вся
суть в том, каким образом вы рассматриваете каждую точку луча как
излучающую и складываете основную волну со всеми вспомогательными
волнами»
К сожалению, при новом подходе исчезает и непосредственное
интуитивное представление о прямолинейном распространении света.
Гюйгенс выдвигает объяснение, утверждая, что за препятствием
распространяющиеся там элементарные волны не имеют огибающей и потому
остаются незаметными, и делает вывод:
«В этом смысле можно принимать лучи света за прямые линии».
Однако это утверждение остается голословным, так что его можно с
равным правом принять или отвергнуть.
Неудовлетворительное объяснение прямолинейного распространения света
Гюйгенс возместил блестящим объяснением с помощью своего механизма
частичного отражения, преломления и полного внутреннего отражения –
явлений, интерпретация которых вынудила Ньютона осложнять свою теорию,
нагромождая одну теорию на другую. По существу эти объяснения Гюйгенса
и сейчас приводятся во всех учебниках. Новая теория обладала также тем
преимуществом, что для объяснения преломления она в соответствии со
здравым смыслом требовала меньшей скорости в боле плотной среде.
РАЗВИТИЕ ВЗГЛЯДОВ НА ВОЛНОВУЮ ПРИРОДУ СВЕТА .
РАБОТЫ ФРЕНЕЛЯ.
Молодой дорожный инженер Огюстен Френель (1788-1827),
присоединившийся волонтером к роялистским войскам, которые должны были
преградить дорогу Наполеону во время его возвращения с острова Эльба, в
период Ста дней был уволен со службы и вынужден был удалиться в Матье,
близ Каэне, посвятил себя исследованию дифракции, имея в своем
распоряжении лишь случайное и примитивное экспериментальное
оборудование. Два мемуара, представленных им 15 октября 1815 г.
Парижской Академии наук, были первым результатом этих трудов. Френель
был приглашен в Париж для повторения своих опытов в более благоприятных
условиях.
Френель начал исследовать тени, отбрасываемые небольшими
препятствиями на пути лучей, и обнаружил образование полос не только
снаружи, но и внутри тени, что до него уже наблюдал Гримальди и о чем
умолчал Ньютон. Исследование тени, образуемой тонкой проволокой,
привело Френеля к вторичному открытию принципа интерференции. Его
поразило, чт
| |  скачать работу |
Борьба концепций в процессе становления и развития науки о свете |
