История лазера. Научное издание
Шрифт:
В оптике он сделал два важных экспериментальных наблюдения, которые, однако, были предвосхищены другими. Первое открытие, которое он описал в своей Micrographia, опубликованной в 1667 г., содержало детальное наблюдение радужных цветов, которые можно наблюдать, когда свет падает на тонкий слой воздуха между двумя пластинами стекла или линзами, или на любую тонкую пленку прозрачного вещества; это так называемые цвета тонких пластинок или кольца Ньютона, которые уже наблюдались Бойлем и впоследствии, были полностью изучены Ньютоном.
Второе открытие
Теоретические исследования Гука природы света имели выдающуюся важность, так как они являлись переходом от картезианской (декартовой) системы к полностью волновой теории. В отличие от Декарта Гук считал, что условие, связанное с испусканием света светящимся телом, заключается в быстрых колебательных движениях очень малой амплитуды. Он писал о распространении света;
...в Homogeneous medium это движение распространяется единообразно с равной скоростью, независимо от места, каждый импульс или колебание светящегося тела будут порождать сферу, которая станет последовательно увеличиваться, становясь все больше, совершенно таким же образом (хотя и бесконечно быстрее), как волны или круги на поверхности воды расходится вес большими кругами из точки палении камня. Отсюда следует, что все части этих сфер волнообразно распространяются в Homogeneous medium, с образованием лучей под прямыми углами к поверхности сферы.
Рис. 4. Волны на поверхности пруда. Круговая рябь представляет фронты волн. Лучи, перпендикулярные волновым фронтам, показывают направление движения волны
Гук ввел также концепцию волнового фронта или место точек, для которого, в каждый момент времени, возмущение (независимо от того, как определяется возмущение), первоначально порождаемое точечным источником, имеет одно и то же значение. Он утверждал, что это сфера, центром которой является точка испускания и радиусы которой соответствуют лучам света, испускаемого источником (рис. 4).
Гук пересмотрел теорию дифракции Декарта и вывел закон дифракции из отклонения волнового фронта. Он предположил, что отклонение волнового фронта ответственно за цвета, которые можно наблюдать, когда пучок белого света проходит через стеклянную призму. Он считал, что белый свет был простейшим типом возмущения, производимого простым и однородным импульсом под прямыми углами к направлению распространения, и предполагал, что цвет образуется за счет искажения этого возмущения во время процесса преломления. Мы увидим, что эта теория была полностью опровергнута через несколько
Христиан Гюйгенс
Христиан Гюйгенс, один из основателей механики и физической оптики, родился в Гааге в 1629 г. Он был сыном Константина (15961687), известного поэта Возрождения. Первоначально он изучал риторику и юриспруденцию, но, будучи влюблен в науки, он предпочел занятия математикой. В 1655 г. Гюйгенс с помощью своего самодельного мощного телескопа прояснил проблему конфигурации Сатурна, открыв его кольца. Он также открыл один из спутников Сатурна: Титан. Затем он обнаружил, что Луна лишена атмосферы и ее моря не имеют воды. Годом позже он написал учебник по расчетам вероятностей, De ratiociniis in ludo aleae, а в следующий год построил маятниковые часы.
Р’ 1665 Рі. РѕРЅ РїРѕ приглашению Кольбера, могущественного министра Людовика XIV, переехал РІ Париж, РіРґРµ РІ 1666 Рі. РѕРЅ был выбран членом РІРЅРѕРІСЊ образованной Королевской Академии Наук, Р° РІ 1673 Рі. опубликовал Horologium oscillatorium. Р’ этой РєРЅРёРіРµ вводилось понятие момента инерции, первые теоремы механики твердых тел Рё теория составного маятника. РЎ помощью этих, Р° также ранее проведенных исследований СѓРїСЂСѓРіРёС… столкновений РѕРЅ выразил хотя Рё РІ частном случае теорему работы Рё энергии, исследовал вращательное движение, дал фундаментальные теоремы центробежной силы Рё установил, что ускорение РїРѕРґ действием тяжести изменяется как функция высоты, продолжая РІ этом отношении исследования Р“. Борели (16081679), Рё прокладывая путь для Рсаака Ньютона.
РР·-Р·Р° жестокой кампании, РїСЂРѕРІРѕРґРёРјРѕР№ Людовиком XIV против Голландии, Гюйгенс РІ 1681 Рі. был вынужден покинуть Францию Рё возвратиться РЅР° СЂРѕРґРёРЅСѓ, РіРґРµ РѕРЅ вместе СЃРѕ СЃРІРѕРёРј братом занимался изготовлением линз для телескопов. Р’ 1690 Рі. РѕРЅ опубликовал РІ Лейдене СЃРІРѕСЋ знаменитую РєРЅРёРіСѓ Traite de Lumiere, РІ которой, РІ противовес теории истечения Ньютона, РѕРЅ поддержал волновую теорию света. РћРЅ скончался РІ Гааге РІ 1695 Рі.
Гюйгенс соглашался с Гуком, что свет, по существу, является формой движений. Следовало решить, является ли это движением среды, или сравнимое с полетом стрелы, как это следует из корпускулярной теории. Он решил, что первая альтернатива единственно правильная.
Евангелиста Торричелли (16081647) ученый, который после Галилея занял кафедру математики Рё философии герцогства Тосканы, показал, что свет очень быстро распространяется как РІ РІРѕР·РґСѓС…Рµ, так Рё РІ вакууме. Рто дало основание Гюйгенсу полагать, что среда, РІ которой распространяется свет, должна пронизывать РІСЃРµ вещества Вселенной Рё даже так называемый вакуум. Рту среду РѕРЅ назвал эфиром. Соответственно свет является возмущением этого эфира, состоящего РёР· СѓРїСЂСѓРіРёС… колебаний, которые распространяются СЃ большой скоростью РІ этой высоко СѓРїСЂСѓРіРѕР№ Рё тонкой среде. Р’ 1675 Рі. датчанин Олаф Рёмер (16441710) уже измерил скорость света РёР· астрономических наблюдений, получив значение 214 300 РєРј/СЃ, которое РЅР° треть меньше современного значения около 300 000 РєРј/СЃ.