История лазера. Научное издание
Шрифт:
Рмеются три закона геометрической оптики: первый утверждает, что свет распространяется РїРѕ РїСЂСЏРјРѕР№ линии, если только РЅРµ встречает помех; вторым Рё третьим законами являются законы отражения Рё преломления. Первый закон уже можно найти РІ труде РїРѕ оптике, написанном Рвклидом (300 лет РґРѕ РЅ.СЌ.), там же содержится Рё закон отражения; РЅРѕ РѕР±Р° РѕРЅРё были известны Рё ранее.
Без сомнения явление преломления света было известно Аристотелю. Позднее Птолемей старался, правда безуспешно, вывести количественный закон. РР· измерений, сделанных РёРј для сравнительно малых углов, РѕРЅ сделал ошибочное утверждение, что СѓРіРѕР» преломления пропорционален углу
Правильная формулировка закона преломления была дана Виллебродом Снеллиусом (1591 1676), профессором математики РІ Лейдене, который установил экспериментально РІ 1620 Рі., что отношение косекансов углов падения Рё преломления постоянно, Рё выразил это РІ своей СЂСѓРєРѕРїРёСЃРё, которая получила некоторое распространение. Однако дальнейшие исторические исследования показывают, что закон преломления был открыт английским астрономом Рё математиком Томасом Херриотом (1560-1621) РІ Рслворте (Мидлсекс) около 1601 Рі. РљСЂРѕРјРµ того, математик РђР±Сѓ Сайд аль-Ала РІ своей РєРЅРёРіРµ Рћ зажигательных инструментах (написанной около 984 Рі.) устанавливал закон Рё рассчитывал СЃ его помощью зажигательного стекла. Декарт РІ своей РєРЅРёРіРµ Dioptrique РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ современную формулировку закона, утверждая, что отношение между синусами углов падения Рё преломления равно скорости света РІРѕ второй среде, деленной РЅР° скорость РІ первой (С‚.Рµ. РІ среде, РёР· которой выходит свет). Рспользуя СЃРІРѕСЋ теорию света, РІ которой предполагалось наличие малых испускаемых частиц, РѕРЅ показывал, что закон преломления обусловлен изменением скоростей частиц РїСЂРё переходе РёС… РёР· РѕРґРЅРѕР№ среды РІ РґСЂСѓРіСѓСЋ. Гюйгенс утверждает, что Декарт был знаком СЃ СЂСѓРєРѕРїРёСЃСЊСЋ Снеллиуса Рё использовал его результаты.
Хотя утверждение, что отношение синусов углов падения и преломления зависит от скоростей света в двух средах, справедливо, Декарт, используя законы механики к малым летящим частицам, которые по его представлению составляют свет, приходил к заключению, которое было неверным. Он считал, что для согласования с экспериментальными наблюдениями, а именно, что в более плотной среде свет отклоняется в меньшей степени, следует предположить, что в ней световые частицы движутся быстрее.
Во всяком случае его теория имела большой успех. Он дал математическое объяснение радуги, рассчитав отражение и преломление света в дождевых каплях, и это рассматривалось его современниками как изумительный результат. Радуга всегда рассматривалась как необъяснимый феномен, вплоть до того времени, когда архиепископ Сплита философ Марко Антонио де Домини (15601624) предположил, что этот феномен возможно связан с дождем и солнцем.
Теория света Декарта быстро заменила средневековые взгляды и способствовала новым знаниям. Однако попытки рационально объяснить природу и возникновение света привели к огромному противоречию в двух созданных и взаимно исключаемых теориях: волновой теории Гука и Гюйгенса, и корпускулярной теории, введенной Декартом и продолженной Ньютоном и его последователями.
ГЛАВА 1
ВОЛНОВАЯ РКОРПУСКУЛЯРНАЯ ТЕОРРРСВЕТА
Людьми,
Роберт Гук
Роберт Гук родился во Фрешвотере на острове Уайт в 1635 г. и умер в Лондоне в 1703 г. Он был целеустремленным человеком, который придумал и построил ряд инструментов и устройств: мы обязаны ему, например, новейшим использованием спиральной пружины в балансном механизме часов, что позволило обеспечить точность хода. Он ввел закон пропорциональности между упругими деформациями и силой, который носит его имя, провел ряд астрономических наблюдений и претендовал на результаты некоторых работ Ньютона, касающихся открытия закона всемирного тяготения, о котором, правда, он лишь смутно догадывался.
Благодаря своим тщательнейшим наблюдениям с помощью двадцатиметрового телескопа, колебавшегося даже под слабыми порывами ветра, он был первым, кто описал тень кольца Сатурна, бросаемую на планету, и составил детальные карты лунных кратеров. Он был назначен топографом и архитектором и помогал восстановлению Лондона после великого пожара 1666 г. Он был один из первых, кто явно выразил концепцию вымирания и предположил эволюцию двумя столетиями до Чарлза Дарвина.
РћРЅ начал СЃРІРѕСЋ научную карьеру РІ качестве ассистента хорошо известного английского С…РёРјРёРєР° Роберта Бойля (16271691), который после обучения РІ Ртоне Рё РІ Женеве приступил Рє исследованиям свойств газов Рё вакуума. Р’ 16581659 РіРі. Гук построил для Бойля вакуумный насос типа того, что РІ 1650 Рі. изобрел Отто фон Герике (16021686) Рё помогал Бойлю РІ демонстрациях, РєРѕРіРґР° тот доказывал, что РІРѕР·РґСѓС… играет важное значение РІ распространении Р·РІСѓРєР°, Р° также необходим для дыхания Рё горения. Р’ тот же самый период Бойль сформулировал знаменитый закон, который РІ Великобритании РЅРѕСЃРёС‚ его РёРјСЏ, Р° РІ континентальной Европе часто связывается СЃ Мариоттом, согласно которому произведение давления газа РЅР° его объем является постоянным, если, как указал Мариотт, температура постоянна. Бойль настолько ценил Гука, что РІ 1662 Рі. назначил его куратором экспериментов РІ Королевском Обществе для улучшения знаний Рѕ РїСЂРёСЂРѕРґРµ Английской академии наук, основанном РёРј РІ 1660 Рі. вместе СЃ РґСЂСѓРіРёРјРё английскими учеными РїРѕРґ покровительством Карла II. Роль Общества была улучшать знания Рѕ природных вещах путем наблюдений Рё экспериментов, Р° РЅРµ обращениям Рє книжным авторитетам: девизом общества было Nullius in Verba (ничего РЅРµ принимать РЅР° слово). РЎ этой целью Общество назначало куратора экспериментов. Р’ этой роли Гук был обязан, РєРѕРіРґР° Р±С‹ РЅРё проводилось заседание, выполнить три или четыре эксперимента, даже если заседание проводилось раз РІ неделю. Рта обязанность была довольно обременительной Рё обязывающей. Однако РѕРЅ выполнял эти обязанности СЃ большим мастерством РІ течение РјРЅРѕРіРёС… лет, РїРѕРєР° РЅРµ был назначен секретарем Общества.