Расцвет науки о свете

Вторая половина XIX века была временем бурного расцвета науки о свете — физической оптики. Именно тогда закладывались основы учения о взаимодействии света с веществом, возникла спектроскопия и другие области оптики, приведшие к открытию новой эры в науке — созданию квантовой механики. С другой стороны, оптические эксперименты (знаменитый опыт Майкельсона) сыграли огромную роль в рождении теории относительности. В итоге этого периода Брэгг с полным правом мог написать свою знаменитую фразу: «В слове «свет» заключена вся физика и тем самым все науки». Легко понять, сколь фундаментальным был в те годы вопрос о природе света.

Каковы же были трудности этой проблемы? Чтобы ясно их понять, надо оглянуться на ее историю.

В противовес великому Ньютону, считавшему свет потоком упругих частичек, знаменитый голландский физик Гюйгенс в конце XVII века первый высказал гипотезу о волновой природе света. С помощью этой гипотезы он смог не только объяснить ряд известных оптических явлений (например, закон отражения света), истолкование которых не встречало затруднений и у корпускулярной теории, но также рассмотреть и интерпретировать новые классы явлений (например, двойное преломление света в кристаллах). Однако в те годы перевесил авторитет Ньютона и победа осталась за ним (именно не столько за корпускулярной теорией света, сколько за самим Ньютоном). Прошли годы, и в начале XIX века волновая теория в трудах Юнга, Френеля и других физиков одержала, казалось, решительную победу, объяснив такие явления — прежде всего интерференционные и дифракционные,— перед которыми корпускулярная теория была бессильна.

Однако о каких же волнах шла речь в этой теории? Какой природы подразумевались они?

Единственно возможными казались тогда упругие волны. Повседневный опыт показал, что свет может распространяться в любых прозрачных средах: твердых, жидких и газообразных, а также в вакууме. Возникал вопрос-почему же упругие световые волны могут распространяться как в телах с высокой упругостью, так и в вакууме-говорить об упругости которого бессмысленно. Для уст, ранения этого затруднения была введена гипотетическая, наполняющая всю вселенную среда — «упругий эфир» — носитель упругих световых волн. Однако с упругим эфиром возникли новые трудности.

Не удавалось примирить эту гипотезу с целым рядом явлений. И в первую очередь здесь стала очень сложной ситуация, связанная с решением вопроса о том, являются ли упругие световые волны продольными или поперечными. Собственно, сначала этот вопрос не вставал — казалось несомненным, что упругие волны могут быть только продольными. Такими их и считал Юнг в своих ранних работах по интерференции и дифракции. Однако вскоре результаты экспериментальных работ Френеля, в частности отсутствие интерференционной картины при взаимодействии взаимно перпендикулярно поляризованных лучей, убедительно доказали полную поперечность световых колебаний.

Это породило непреодолимые трудности упругой волновой теории света. Они заключались, пожалуй, не столько в том, что в упругой среде невозможны поперечные волны (некоторые специальные предположения о характере упругости среды допускали их возникновение), сколько в невозможности полного отсутствия продольных волн. Для объяснения этого оставалось только допустить полную несжимаемость среды. Естественно, что столь решительная гипотеза сразу приводила к новым загадкам: как, например, примирить представление о несжимаемом (или хотя бы очень упругом, например, таком, как сталь) эфире с полным отсутствием сколько-нибудь заметного влияния этой среды, заполняющей космическое пространство, на движение планет.

Тем не менее успехи поперечной волновой теории Фреиеля были столь убедительными, что их были вынуждены признать все физики, даже такой великий авторитет и убежденный сторонник корпускулярной теории, как Лаплас.

Создалось парадоксальное положение — правильность представления о поперечных световых волнах и полная невозможность объяснить и понять их в рамках теории упругого эфира.

Теперь легко понять, каким блестящим выходом из этого тупика явилась электромагнитная теория света Максвелла.

Торжество этой теории продолжалось до начала XX веке, когда новые открытые явления, происходящие главным образом при взаимодействии света с веществом, заставили физиков признать недостаточность волновой теории и ввести в рассмотрение кванты (или фотоны) света. Но это не было возвратом к ньютоновским представлениям. Это было формирование новых, более глубоких и сложных понятий. С другой стороны, это не умаляет заслуг электромагнитной волновой теории света, сыгравшей важнейшую роль в понимании оптических явлений.

Прочитав интересную книгу, нередко остается некое послевкусие, ненасыщенность чтением. Хочется продолжить, хочется следить за полюбившимися героями и сопереживать им. И ведь можно утолить свой читательский аппетит, заказав книгу по своему вкусу через специальные поисковые сети. Там легко найти интересное для себя произведение, проработанная система специально для этого и создавалась. Можно ориентироваться как по жанровой направленности, так и по имени автора.