Глаз и Солнце

Вавилов Сергей Иванович

Если ту из двух систем волн, которая уже опаздывает на одну полуволну, задержать еще на одну полуволну, то разность хода будет в одну целую волну, совпадение между движениями обеих групп волн будет восстановлено, и скорости двух колебаний будут складываться во всех тех точках, где они налагаются друг на друга. Интенсивность света будет тогда наибольшей.

Если ту же самую систему задержать еще на одну полуволну, то разность хода составит полторы полуволны, и мы видим, что наложатся друг на друга те полуволны двух систем, которые, как и в первом случае, приносят с собой движение противоположное, и что, следовательно, все волны, входящие в обе системы, должны взаимно нейтрализовать друг друга, за исключением трех полуволн с каждого конца, которые не принимают участия в интерференции. Таким образом, почти вся совокупность движения опять оказывается уничтоженной, и соединение двух пучков света, как и в первом случае, должно производить темноту.

Продолжая последовательно и каждый раз на одну полуволну увеличивать разность хода двух систем волн,

мы будем иметь по очереди полную темноту [35] и самый сильный свет, смотря по тому, будет ли разность хода нечетным или четным числом полуволн. Таковы следствия, вытекающие из принципа интерференции волн, которые, как мы видим, превосходно согласуются с получаемым из опыта законом взаимного влияния световых лучей. В самом деле, выражение последнего станет совершенно тем же, если назвать длиною волны разность пройденных путей, которую мы обозначили через d. Таким образом, если, как все заставляет думать, допустить, что свет представляет собою колебания очень тонкой жидкости, то период d, период, с которым повторяются одни и те же явления интерференции, будет длиною волны.

35

Мы всегда предполагаем, что обе системы волн имеют одинаковую интенсивность; если бы колебания одной из них были менее энергичны, чем колебания другой, то они не могли бы более вполне их уничтожить. Скорости колебания одной из них по-прежнему должны были бы вычитаться из скоростей другой, так как они толкают молекулы эфира в разные стороны; но остатки не были бы больше равны нулю и давали бы только равнодействующие скорости более маленькие, чем те, которые имеются в самом интенсивном пучке света. Таким образом, и в этом случае с прибавлением второго пучка света света бы стало меньше, но это уменьшение будет тем менее заметно, чем слабее будет второй пучок по отношению к первому.

28. Из таблицы, которую мы дали выше для семи главных родов цветных лучей, видно, что этот период d, или длина волны, сильно меняется от одного цвета к другому и что, например, для крайних красных лучей он в полтора раза больше, чем для фиолетовых лучей, расположенных в другом конце солнечного спектра.

Становится ясным, что число различных колебаний не ограничивается семью главными, указанными в таблице, и что должно существовать множество других как между ними, так и за пределами лучей красных и лучей фиолетовых; в самом деле, весомые частицы, колебаниями которых они производятся, должны подчиняться действию сил, разнообразие которых при сжигании или накаливании тел, приводящих эфир в колебание, бесконечно велико; но от энергии этих сил как раз и зависит продолжительность колебания, а значит, и длина порождаемых колебанием волн.

Все волны, заключенные между крайней длиной в 0,000423 мм и длиной 0,000620 мм, видимы, т. е. могут действовать на оптический нерв; другие могут быть обнаружены только лишь их теплотой или вызываемыми ими химическими действиями.

Мы только что заметили, что когда обе системы волн различаются в своем ходе на одну полуволну, то две полуволны в интерференции не участвуют; если разность хода 3 полуволны, то таких полуволн будет 6, что составит 3 волны; вообще говоря, число волн, не участвующих в интерференции, будет равно числу полуволн, разделяющих соответствующие точки двух систем волн. Пока это число мало по сравнению с числом волн в каждой системе, почти все движение должно быть уничтожено, и должна получиться темнота так же, как и в первом случае полной противоположности. Но ясно, что при все увеличивающейся разности хода не принимающие участия в интерференции колебания станут значительной частью от каждой группы волн и что, наконец, эта разность может стать даже такой, что обе группы волн окажутся разделенными; в последнем случае явления взаимодействия световых волн совершенно перестанут иметь место. Если бы, например, группы волн содержали в себе вообще только тысячу волн, то разность хода в один миллиметр была бы более чем достаточна, чтобы воспрепятствовать проявлению интерференции всех родов световых лучей.

29. Но существует еще другая причина, в значительно большей степени препятствующая тому, чтобы взаимодействие между системами волн было заметно в тех случаях, когда разность хода хоть сколько-нибудь значительна; именно, оказывается невозможным сделать свет в достаточной степени однородным. Даже самый простой по составу свет состоит еще из бесконечного числа разнородных лучей, не имеющих точно одну и ту же длину волны, и, как бы ни была мала эта разность, повторенная достаточно большое число раз, она, как мы уже заметили, создаст в характере интерференции различных лучей такую противоположность, что ослабление одних лучей окажется компенсированным усилением других. В этом состоит, без сомнения, главная причина, почему проявления взаимодействия световых лучей становятся незаметными, когда разность хода делается слишком большой и превосходит только в 50 или 60 раз длину волны.

30. Нами было также указано, что одно из необходимых условий для наблюдения явлений интерференции состоит в том, чтобы сходящиеся лучи исходили из одного общего источника; это нетрудно объяснить с помощью только что изложенной теории.

Всякая

система волн при встрече с другой системой будет на нее всегда оказывать одинаковое действие, причем безразлично, будут ли обе они исходить из одного или из различных источников, так как очевидно, что рассуждения, которыми мы объяснили их взаимодействие, одинаково приложимы в обоих случаях. Но для того чтобы это взаимодействие было заметно для наших глаз, недостаточно, чтобы оно существовало, нужно еще, чтобы проявления его сохранялись. Но как раз этого и не может быть, когда обе системы интерферирующих волн исходят из различных источников. В самом деле, как мы уже заметили, частицы светящих тел, колебания которых приводят в движение эфир и производят свет, должны испытывать в своих колебаниях весьма частые возмущения вследствие тех быстрых перемен, которые вокруг них происходят, что, впрочем, как показано, хорошо согласуется с большим числом колебаний между этими возмущениями. Установив это, нельзя допустить, что эти возмущения происходят одновременно и одинаковым образом для отдельных и независимых частиц. Так, например, может случиться, что колебания одной станут запаздывать на одну полуволну, в то время как колебания другой будут продолжаться без изменения или же запоздают на целую волну, что в корне изменит результаты интерференции двух систем волн, ибо если в первом случае между их движениями было полное согласие, то во втором случае будет полное расхождение. Эти противоположные действия будут чередоваться с чрезвычайно большой быстротой и дадут в глазу одно только непрерывное ощущение, которое будет средним из более или менее ярких ощущений, вызываемых каждым из них, и которое останется неизменным, какова бы ни была разность пройденных путей.

Иначе обстоит дело, если оба пучка света исходят из одного общего источника. В этом случае обе системы волн, исходящие из одного центра колебаний, испытывают эти возмущения одинаковым образом и в один и тот же момент времени, а это не создает никакой разницы в их относительном положении, и таким образом, если движения их вполне совпадали с самого начала, то продолжают совпадать и далее, если же расходились, то продолжают расходиться, и так до тех пор, пока центр колебания продолжает посылать свой свет. Итак, в этом случае явления будут неизменными и поэтому станут заметными. Это общий принцип, приложимый ко всем явлениям, в которых наблюдаются результаты комбинации световых волн: явления могут быть заметны только тогда, когда остаются неизменными.

31. До сих пор мы предполагали, что обе системы волн идут по одному и тому же направлению и что, следовательно, колебательные движения совершаются также, по общему правилу, или в одну сторону, или в прямо противоположные стороны. Это самый простой случай интерференции и единственный, в котором может происходить полное уничтожение одного движения другим, ибо для этого нужно не только, чтобы обе силы были равны и действовали в разные стороны, но нужно еще, чтобы они действовали по одной и той же прямой, т. е. были бы прямо противоположны.

Явление цветных колец и явления окрашивания, которые получаются с поляризованным светом в кристаллических пластинках, представляют частный случай интерференции, когда волны обеих систем параллельны между собой. Но в явлениях дифракции или в опыте с двумя зеркалами, о котором мы раньше говорили, интерферирующие лучи всегда образуют между собой, хотя и малые, но все же заметные углы. В этом случае импульсы, сообщаемые двумя системами волн одним и тем же точкам эфира, пересекаются также под заметными углами, но вследствие малости их равнодействующая двух импульсов будет почти равняться их сумме, когда они направлены в одну сторону, и их разнице, когда в разные стороны. Таким образом, в точках согласованного действия или в точках противоположного действия интенсивность света будет такая же, как если бы оба пучка света следовали по одному направлению; во всяком случае, даже самый привычный глаз не заметит здесь никакой разницы. Но если по отношению к интенсивностям рассматриваемый случай интерференции похож на тот, который мы рассматривали раньше, то в других отношениях он от него сильно отличается, в особенности своим внешним видом и условиями, необходимыми для его получения.

32. Для большей определенности рассмотрим случай, когда расходящиеся лучи, испускаемые одной и той же светящейся точкой, отражаются от двух слегка наклоненных друг к другу зеркал таким образом, что получаются два пучка лучей, сходящихся под заметным углом; тогда обе системы световых волн, отраженных от этих зеркал, пересекаются под тем же углом, и это легкое наклонение имеет следствием, что если в какой-нибудь точке одна полуволна первой системы точно совпадает с полуволной второй системы, толкающей жидкость в том же направлении, то налево и направо от этой точки пересечения совпадения не будет, но немного дальше оно произойдет опять – с одной стороны с полуволной предшествующего противоположного движения, а с другой стороны – с полуволной последующего. Потом совпадения опять не будет, но затем на двойном расстоянии от первого совпадения полуволна первой системы опять совпадет с двумя полуволнами, импульсы которых действуют в ту же сторону, как и ее собственный; отсюда следует, что на поверхности этой волны появится ряд равноотстоящих линий, в которых движение по очереди усиливается волнами другого пучка. Таким образом, если заставить падать эту световую волну на белый картон, то на нем должен быть виден ряд темных и блестящих полос, если свет приблизительно однороден, или же ряд окрашенных в разные цвета полос, если пользуются белым светом.