Маріо Льоцці
Томас Юнг (1773-1829), лікар за професією, людина з дуже різнобічними інтересами, відомий також як єгиптолог, став займатися теорією світла у зв'язку зі своїми дослідженнями людського голосу. Ця тема була ще предметом його дисертації по медицині. Його критичного розуму теорія Ньютона представлялася зовсім незадовільною. Особливо неприйнятним він вважав сталість швидкості світлових частинок незалежно від того, помер би чи вони задоволені таким крихітним джерелом, як тліючий вуглик, або таким величезним джерелом, як Сонце. А найбільше представлялася йому неясною і недостатньою ньютонівська теорія "нападів", за допомогою якої Ньютон намагався пояснити фарбування тонких пластин. Відтворивши це явище і поміркувавши над ним, Юнг прийшов до геніальної думки про можливість інтерпретації цього явища як накладення світла, відбитого від першої поверхні тонкої пластини, і світла, що пройшов у пластину, відбитого від другої її поверхні і вийшов потім через першу; таке накладення могло призвести до послаблення або до посилення падаючого монохроматичного світла.
Точно не відомо, яким чином Юнг прийшов до своєї ідеї накладення; можливо, це сталося в результаті дослідження звукових биття, при яких спостерігається періодичне посилення і ослаблення звуку, яка сприймається вухом. Як би там не було, в чотирьох доповідях, представлених Королівському товариству з 1801 по 1803г., Об'єднаних кілька років по тому в узагальнюючої роботі "A course of lectures on natural philosophy and the mechanical arts" ("Курс лекцій з природної філософії і механічному мистецтву" ), що вийшла в Лондоні в 1807 р., Юнг наводить результати своїх теоретичних і експериментальних досліджень. Він кілька разів приводить цитату з XXIV пропозиції третьої книги "Начал" Ньютона, в якій аномальні припливи, що спостерігалися Галлея на Філіппінському архіпелазі, пояснюються Ньютоном як результат накладання хвиль. Виходячи з цього окремого прикладу, Юнг вводить загальний принцип інтерференції.
"Уявіть собі ряд однакових хвиль, що біжать по поверхні озера з певною постійною швидкістю і потрапляють у вузький канал, що веде до виходу з озера. Уявіть собі далі, що з якої-небудь іншої аналогічної причини збуджена інша серія хвиль тієї ж величини, що приходять до того самий центр з тією ж швидкістю одночасно з першою системою хвиль. Жодна з цих двох систем не порушить інший, але їх дії складуться: якщо вони підійдуть до каналу таким чином, що вершини однієї системи хвиль співпадуть з вершинами іншої системи, то вони разом утворюють сукупність хвиль більшої величини; якщо ж вершини однієї системи хвиль будуть розташовані в місцях провалів іншої системи, то вони в точності заповнять ці провали і поверхня води в каналі залишиться рівною. Так ось, я вважаю, що подібні явища мають місце, коли змішуються дві порції світла, і це накладення я називаю загальним законом інтерференції світла ".
Для отримання інтерференції потрібно, щоб обидва світлових променя виходили з одного і того ж джерела (щоб у них був абсолютно однаковий період) і після проходження різного шляху потрапляли в одну і ту ж крапку і йшли там майже паралельно.
Значить, продовжує Юнг, коли дві частини світу спільного походження потрапляють в око різноманітні шляхах, йдучи майже в однаковому напрямку, промінь набуває максимальну інтенсивність за умови, що різниця шляхів променів дорівнює кратному числу деякої певної довжини, і має мінімальну інтенсивність у проміжному випадку. Ця характерна довжина різна для світла різних кольорів.
У 1802 р. Юнг підкріпив свій принцип інтерференції класичним досвідом "з двома отворами", можливо поставленим під впливом аналогічного досвіду Грімальді, який, проте, не привів до відкриття інтерференції через особливості застосовувалася установки. Досвід Юнга загальновідомий: в прозорому екрані кінчиком шпильки проколюються два близько розташованих одне до іншого отвори, які висвітлюються сонячним світлом, що проходить через невеликий отвір у вікні. Два світлових конуса, що утворюються за непрозорим екраном, розширюючись завдяки дифракції, частково перекриваються, і в перекривається частини, замість того щоб давати рівномірне збільшення освітленості, утворюють серію почергових темних і світлих смуг. Якщо один отвір закрито, то смуги зникають і з'являються лише дифракційні кільця від іншого отвору. Ці смуги зникають і в тому випадку, коли обидва отвори висвітлюються (як це було в досвіді Грімальді) безпосередньо сонячним світлом або штучним джерелом світла. Залучаючи хвильову теорію, Юнг дуже просто пояснює це явище: темні смуги виходять там, де провали хвиль, що пройшли через один отвір, накладаються на гребені хвиль, що пройшли через інший отвір, так що їх ефекти взаємно компенсуються; світлі облямівки виходять там, де два гребені або два провалу хвиль, що пройшли через обидва отвори, складаються. Цей досвід дозволив Юнгом виміряти довжину хвилі для різних кольорів: він отримав довжину хвилі в 1 / 36 000 дюйма (0,7 мікрона) для червоного світла і 1 / 60000 дюйма (0,42 мікрона) для крайнього фіолетового. Це перші в історії фізики вимірювання довжини хвилі світла, і, враховуючи, що вони перші, слід відзначити їх вражаючу точність.
З свого принципу інтерференції Юнг вивів цілий ряд різноманітних наслідків. Він розглянув явища фарбування тонких шарів і пояснив їх аж до найдрібніших деталей по суті так, як це робиться зараз в курсах фізики; він вивів емпіричні закони, знайдені Ньютоном, і, вважаючи незмінною частоту світла заданого кольору, пояснив ущільнення кілець в досвіді Ньютона при заміні повітряного прошарку між лінзами водою зменшенням швидкості світла в більш заломлюючої середовищі. Тим самим гіпотеза Ферма і Гюйгенса отримала своє перше експериментальне підтвердження.
Цікаво зауважити, що Юнгом належить термін "фізична оптика", застосовуваний для позначення досліджень "... джерел світла, швидкості його розповсюдження, його переривання і загасання, його розщеплення на різні кольори, впливу на нього різної щільності атмосфери, метеорологічних явищ, які стосуються світла, особливих властивостей деяких речовин по відношенню до світла ".
Роботи Юнга, що представляють собою найбільш істотний внесок у теорію оптичних явищ з часів Ньютона, були сприйняті фізиками того часу з недовірою, а в Англії вони піддавалися навіть грубим глузуванням. Пояснювалося це частково тим, що Юнг намагався застосовувати принцип інтерференції і явищ явно не інтерференційних, почасти деякою неясністю викладу, яка відчувається і зараз і яка повинна була ще більше відчуватися в ті часи, і частково, як дорікав Юнга згодом Лаплас, тим, що Юнг іноді задовольнявся недостатньо суворими, а часом поверхневими математичними доказами.