Оптика

Опыты которые не могли объяснить больше века

В течение долгого времени считалось, что свет – это поток очень быстрых частиц. Большой вклад в развитие этой теории внёс Исаак Ньютон. Теория несущихся световых частиц – корпускул объясняла известные к тому времени три закона геометрической оптики и явление дисперсии. Однако мало-помалу начали накапливаться факты, противоречащие законам геометрической оптики. Стали замечать, что свет распространяется совсем не так прямолинейно, как принято думать.


Ещё в середине XVII в. Итальянский физик и астроном Франческо Мария Гримальди (1618- 1663) заметил, что размер тени от небольших предметов чуть меньше, чем предсказывает геометрическая оптика. Более того, края у тени имеют слабовыраженную радужную окраску, получалось, что свет способен огибать препятствие. Гримальди назвал это явление дифракцией. Явление дифракции объяснили тем, что частицы света могут притягиваться частицами препятствия, которое свет огибает.


Есть ещё явление, непонятное с точки зрения геометрической оптики. Вы, несомненно, видели цветные полосы в лужах. Они появляются, когда в чистую дождевую воду попадает бензин, которым пропитан асфальт в больших городах. Почему на воде образуются цветные разводы? Мы уже знаем явление дисперсии, когда стеклянная призма разлагает белый цвет в радугу. Возможно, здесь то же самое явление?


Объяснить окраску бензиновой плёнки дисперсией не получается. Окраску даёт только очень тонкая плёнка. Если слой бензина составляет хотя бы 0,1 мм, окраска станет неяркой или вовсе исчезнет. Похожие полосы можно наблюдать от тончайшего слоя масла на воде. Окрашенные полосы на поверхности воды видели давно, но пока не было понимания природы цвета, их приписывали особым свойствам самого масла. После того как Ньютон разложил белый свет в спектр, такое объяснение уже не казалось достаточным.


Были ещё наблюдения странного окрашивания. Английский физик Роберт Бойль (1627-1691) в 1663 г. и независимо от него Роберт Гук в 1665 г. обнаружили, что если на стеклянную пластинку положить собирающую линзу, то вблизи места соприкосновения линзы и пластины возникает система цветных колец. Исаак Ньютон в 1675 г. Подробно исследовал это явление и дал ему не очень убедительное толкование, описав кольца как «периодически разрыхление и сгущение эфира». Сейчас это явление называется «кольца Ньютона». Подобную систему цветных колец или неровных полос можно увидеть, если неплотно объединить два предметных стекла микроскопа, а затем посмотреть через них на свет или на отражение источника света.


Кольца Ньютона никак нельзя объяснить дисперсией. Их появление не зависит ни от толщины пластины или линзы, ни от показателя преломления стекла – важен факт соприкосновения поверхностей. Кольца располагаются на сферической поверхности линзы вблизи точки соприкосновения с пластиной, и их размер зависит только от радиуса кривизны этой поверхности линзы.



Больше века этим экспериментам не было строгого объяснения. И только в XIX в. Появились работы фразранцузскго физика Огюстена Жана Френеля. Все описанные явления, утверждал Френель, можно объяснить. Если представить свет не как поток прямолинейно двигающихся частиц, а как волны. Френель установил, что движение света описывается примерно такими же законами, как движение волн на поверхности воды. Основываясь на этой теории, он смог рассчитать расстояние между кольцами Ньютона. Окончательно волновую теорию света построил в 1864 г. английский физик Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879).