У другій половині XVII століття були закладені основи фізичної оптики. Ф. Грімальді відкриває явище дифракції світла (огинання світлом перешкод тобто відхилення його від прямолінійного поширення) і висловлює припущення про хвильову природу світла. В опублікованому в 1690 р. "Трактаті про світло" Х. Гюйгенсом був сформований принцип, згідно з яким кожна точка простору, якої досягла в даний момент хвиля, що поширюється, стає джерелом елементарних сферичних хвиль, і на його основі вивів закони відбиття і заломлення світла. Гюйгенсом було встановлено явище поляризації світла - явище, що відбувається з променем світла при його відображенні, ламанні (особливо при подвійному заломленні) і полягає в тому, що коливальний рух у всіх точках променя відбувається лише в одній площині, що проходить через напрямок променя, тоді як у неполяризованим промені коливання відбуваються в усіх напрямках, перпендикулярно до променя. Гюйгенс, розробивши ідею Грімальді про те, що світло поширюється не тільки прямолінійно із заломленням і відбиттям, а і з розбивкою (дифракція), дав пояснення всім відомим оптичних явищ. Він стверджує, що світлові хвилі поширюються в ефірі, що представляє собою пронизливий всі тіла тонку матерію. (1)
Але що є хвиля? Хвиля обов'язково рухається в якому то носії, в якому і відбуваються періодичні коливання. Але при поширенні хвилі, наприклад, на поверхні води, не відбувається переміщення води у напрямку поширення хвилі - при цьому поверхня води рухається лише вгору і вниз. Але хвиля при своєму переміщенні передає дію від однієї точки до іншої. Аналогічним чином ситуація з поширенням звукової хвилі, але в цьому випадку хвилі поширюються в просторі в усіх напрямках. Про світлових коливаннях можна судити за непрямими ефектів. Явище інтерференції дає і свідоцтво про хвильову природу світла. Прикладом інтерференційного ефекту є поява забарвлених смуг або кілець, які є при растекании тонкого шару нафти на поверхні води. Світло в цьому випадку спочатку відбивається від верхньої поверхні плівки, а потім від нижньої. Тому коливання в світловому промені, які відбиваються від нижньої поверхні плівки, відстають від коливань в промені, відбитому від її поверхні, причому це відставання дорівнює відстані, рівному подвоєній товщині плівки. Обидва відображених променя в цьому випадку інтерферують так, що якщо товщина плівки дорівнює чверті довжини хвилі, то другий промінь відстає від першого на половину хвилі. Накладення гребеня хвилі, відбитої від іншої поверхні, дає темряву. Білий світ в результаті інтерференції після відбиття стає пофарбованим. (3)
Ньютон спочатку у своїх доповідях у Лондонському Королівському товаристві і потім у "Оптиці" (опублікованій в 1706 р.) виклав свою концепцію світла. Слідуючи своєму феноменологічного методу, Ньютон експериментально досліджував явище дисперсії (розкладання білого світла за допомогою призми у спектр), заклав основи оптичної спектроскопії: він встановив, що кожному кольору відповідає певна довжина світлової хвилі і визначив їх. Ньютон показав, що кольори створюються не призмою. а є компонентами білого світла. Він бачив слабкість хвильової концепції в тому, що вона виявилася не в змозі пояснити явище дифракції світла - огинання світлом перешкод (це вдасться зробити з позиції хвильової концепції понад століття пізніше Френелю). Ньютон ж явище дифракції пояснював на основі полярності, властивою світлового променя. Іншим недоліком хвильової концепції було її вимогу допустити існування ефіру-середовища, в якій поширюється світло. Той факт, що рух планет і комет в небесному просторі не зустрічає помітного опору, який обов'язково відбилося б на правильності руху, дозволив Ньютону існування такого середовища піддати сумніву. А якщо відкинути можливість існування такого середовища, то гіпотеза про поширення світла через неї втрачає сенс. (Критикуючи хвильову концепцію світла, що представляє світ у вигляді поширюються в ефірі механічних хвиль, Ньютон не міг ще припустити, що світлові хвилі можуть мати не механічну природу.)
Усунення труднощів, що стоять перед хвильової концепцією світла, Ньютон бачив на шляху розгляду світла як складається з корпускул - своєрідних "малих тіл" (атомів), які можуть взаємодіяти з частинками речовини. Такі тіла, на його думку, проходять через однорідні середовища "без загинання". Важливо відзначити, що, порівнюючи хвильову і корпускулярну концепцію світла, Ньютон не висловлюється беззастережно на користь однієї з них. Його висловлювання багатьма дослідниками його творчості трактуються як своєрідний синтез хвильової і корпускулярних концепцій (що передбачив гіпотезу де Бройля, висловлену в 1924 р.). Відкриття явище поляризації світла переконувало Ньютона у справедливості корпускулярної концепції світла. Дослідження ж інтерференції приводило його до висновку про наявність своєрідною періодичності у властивості світла. Послідовники Ньютона представили Ньютона як беззастережного прихильника корпускулярної концепції світла. Авторитет імені Ньютона, таким чином, в даному випадку зіграв негативну роль - затримав розвиток хвильової теорії світла. (2)
Сформовані в попереднє століття корпускулярна і хвильова концепція світла в XIX столітті продовжили запеклу боротьбу. Перша спиралася на авторитет Ньютона, друга - на авторитет Гука, Гюйгенса, Ейлера, Ломоносова. Прихильники корпускулярної концепції сподівалися пояснити з її позицій труднощі з поясненням явищ дифракції та інтерференції. Т. Юнг дав це пояснення з позицій хвильової концепції. Виходячи з висловлених ним гіпотез про існування розрідженого і пружного світлоносного ефіру, що заповнює Всесвіт, про порушення хвилеподібних рухів в ефірі при світінні тіла, про залежність відчуття різних квітів від різної частоти коливань, які збуджуються світлом на сітківці ока, про притягнення усіма матеріальними тілами ефірного середовища, внаслідок чого остання накопичується в речовині цих тіл і на малій відстані навколо них у стані більшої щільності (але не більшої пружності), Юнг робить висновок про те, що випромінюється світло складається з хвилеподібних рухів світлоносного ефіру. Це дало можливість все розмаїття квітів звести до коливальним рухам ефіру, а відмінність квітів пояснити відмінностями частот коливань ефіру, а також сформулювати принцип інтерференції. (4)
Прямолінійне поширення світла було найбільш важливим аргументом на користь нової теорії. О. Френель робить новий суттєвий крок у розвитку хвильової теорії. (Ідея інтерференції взагалі виявилася настільки плідною, що при зустрічі з невідомим видом випромінювання завжди намагаються отримати інтерференцію. І якщо це вдається, то тим самим доводиться його хвильовий характер.) [1]
Зв'язавши принцип Гюйгенса, (згідно з яким молекули тіла, наведені в коливання падаючим світлом стають центрами випускання нових хвиль) з принципом інтерференції, (згідно якому накладається хвилі, на противагу корпускулярним променям, не обов'язково посилюються, а можуть і послаблюватись до повного знищення), Френель дав пояснення прямолінійним поширенню світла, показавши, що промені, поляризовані перпендикулярно один до одного, не інтерферують. У дослідах по дифракції світла він встановив. що дифракційні смуги з'являються внаслідок інтерференції променів. Принцип інтерференції дозволив Френелю закони відбиття і заломлення пояснити взаємним погашенням світлових коливань у всіх напрямках, за винятком тих. які задовольняють закону відображення. Френелю вдалося експериментально довести, що світлові промені можуть впливати один на одного, послаблюватися і навіть майже повністю погашатися у випадках приголосних коливань, що і дозволило йому дати пояснення явищу дифракції. Френель довів. що світло є поперечним хвильовим рухом. Він пояснив явище поляризації світла в експериментальних дослідженнях відображення і заломлення світла від поверхні прозорих речовин. Їм було встановлено, що відображення плоско-поляризованого світла від поверхні прозорого тіла супроводжується поворотом площини поляризації в тих випадках, коли ця площина не збігається з площиною падіння або не перпендикулярна до неї. Розвиваючи ідеї Гюйгенса про поширення хвиль в кристалах. Френель заклав основи Крісталлооптіка.
Таким чином, боротьба хвильової та корпускулярної концепції світла в першій половині XIX століття завершується перемогою хвильової концепції - було встановлено, що світло є поперечним хвильовим рухом. Вирішальним внеском у цю перемогу і стало пояснення з допомогою хвильової концепції явищ дифракції та інтерференції світла. (1)
Список літератури
1. Лауе М. Історія Фізікі.М., 1956.
2. Дірак П. Принципи квантової механіки. М: 1960.
3. А. І. Маркушевич "Дитяча енциклопедія''тому 3.М: 1994
4. А. М. Кузнєцова, І. В. Петрянов''Речовина і енергія''. М: 1982