Очевидное? Нет, еще неизведанное…
Шрифт:
Как только появилась гипотеза эфира, возник вопрос: «Почему же планеты, да и вообще все тела не испытывают сопротивления, двигаясь через эфир?» Единственное удовлетворительное объяснение можно дать, считая эфир каким-то исключительно разреженным газом мельчайших частиц. В этом случае еще можно как-то говорить, что трение об эфир ничтожно и потому экспериментально не выявляется.
Но если эфир — газообразная субстанция, «некий тончайший спиритус, проникающий во все тела…», как говорил Ньютон, то в нем могут осуществляться
И вот тот же Френель показал, что свет — это поперечные волны.
Естественно заинтересоваться: как вообще установили — продольные или поперечные световые колебания, если не было возможности наблюдать частицы той среды (эфира), в которой распространяется свет? Ведь никто не видел, что именно колеблется в световой волне?
И тем не менее поперечный характер колебаний эфира был установлен совершенно безупречно. При доказательстве использовали очень элегантный прием — соображения симметрии.
Рассмотрим световой луч. Согласно волновой теории, он обусловлен колебаниями эфира. А та область, в которой эфир колеблется, представляет собой узкую «трубку», центральная ось которой и есть ось светового луча.
Если в цилиндре колебания эфира продольны (направлены вдоль оси) и если свойства эфира во всех направлениях одинаковы (изотропность эфира!), можно утверждать, что физические свойства луча света должны обладать осевой симметрией.
Предыдущая фраза может показаться непонятной и потому стоит пояснения.
Что означают слова «изотропность эфира»? Только то, что в эфире нет выделенного по своим физическим свойствам направления. В этом убедились на опыте. Если, например, произвести вспышку света, то световая волна абсолютно одинаково распространится во всех направлениях.
Точно так же для лыжника в ровном поле на нетронутом снегу в смысле трудности пути все направления равноценны. Но если на поле проложены лыжни или если он стоит на склоне горы, изотропность нарушена — есть более и менее благоприятные направления.
Осевая симметрия всех свойств луча означает, что в световом луче совершенно равноправны все направления, перпендикулярные оси. Если мы повернем световой луч вокруг его оси, ничего не изменится. Вся физическая картина останется прежней. Обычные световые лучи действительно обладают такой симметрией. И ни один опыт не показывает, что какое-то из направлений, перпендикулярных к оси, выделяется по своим свойствам.
Казалось бы, все это подтверждает гипотезу о продольных колебаниях эфира.
Впрочем, не будем торопиться с выводами…
В 1670 году Гюйгенс обнаружил, что если пропустить через кристалл исландского шпата луч света, то на выходе из кристалла он раздвоится!
Факт предельно удивительный. Правда, Гюйгенсу удалось формально (математически) объяснить
Естественно, Ньютон жестоко критиковал Гюйгенса за эти построения. Сэру Исааку с лихвой хватало одного эфира, а уж примириться с двумя он никак не мог.
Несколько отвлекаясь, заметим, что вообще наблюдается, казалось бы, мистический факт. Чем более искусственны предположения, чем сложнее гипотеза, тем меньше вероятия, что она оправдается. Впрочем, это довольно естественно, потому что для сохранения правильной гипотезы по мере накопления противоречащих фактов приходится добавлять все новые искусственные предположения.
Но двойное лучепреломление таило в себе еще одну неприятность.
Если взять два одинаковых кристалла исландского шпата и через оба пропустить луч света, то на выходе мы увидим четыре луча.
Начнем вращать теперь правый кристалл относительно левого. Яркость каждой из четырех точек на экране будет изменяться. Причем при определенном положении кристаллов друг относительно друга вместо четырех лучей мы увидим только два, а два других исчезают! Значит, каждый из лучей, вышедших из первого кристалла, во втором уже не расщепляется [34] .
34
Два луча на выходе получаются тогда, когда соответствующие кристаллографические оси либо совпадают, либо угол между ними составляет 90°. Поэтому, поворачивая нижний кристалл на полный угол в 360°, мы 4 раза будем наблюдать на выходе 2 луча вместо 4.
Итак, интенсивность каждого из наблюдаемых четырех лучей меняется в зависимости только от взаимного расположения кристаллов.
Каждому лучу, который вышел из первого кристалла, не безразлично, в каком положении будет второй кристалл. Луч света, оказывается, как-то «подготовлен» к прохождению через второй кристалл. Все это довольно странно.
При вращении нижнего кристалла для лучей света, казалось бы, ничего не изменилось — ведь оба кристалла однородны, одинаковой толщины, и при вращении меняется только взаимное расположение их кристаллографических граней.
Если же вращать оба кристалла вместе, не меняя их взаимного расположения, интенсивность каждого из четырех лучей на выходе строго постоянна и не зависит от вращения.
Это сразу указывает, что весь эффект скрыт в свойствах световых лучей, вышедших из первого кристалла. Чем-то такой свет отличается от обычного. Но чем?
Этот эффект, назовем его пока условно «эффектом Гюйгенса», оставался необъясненным более ста лет.
И это не удивительно. Если принять, что свет — продольные колебания эфира и сам эфир изотропен, невозможно понять, чем могут отличаться друг от друга два луча белого света равной интенсивности.