Квинтэссенция. Книга первая - Ирина Львовна Радунская

местами становится ярче, а местами темнее. Свет, прибавленный к свету, иногда дает тьму! Он не мог объяснить это чудо, но не сомневался в достоверности своих опытов.

Может быть это странное наблюдение побудило Гримальди воздержаться от публикации результатов опытов. Его труд был опубликован посмертно.

В этом замечательном труде, появившемся в 1665 году, помимо подробного описания опытов (в том числе и опытов с разложением белого света на окрашенные части при его прохождении через призму), содержатся и попытки их объяснения. Они основаны на сходстве с тем, что можно заметить, наблюдая волны на поверхности воды.

Гримальди считал, что свет может иметь в своей основе волновое движение некоторого флюида. Замечательно, что на рисунке, поясняющем распространение световой волны, он представляет ее поперечной, аналогичной волне на поверхности воды. О свойствах светоносного флюида Гримальди не сообщает никаких соображений. Он понимает, что заметив аналогию он еще не создал настоящей теории, не раскрыл существа процесса, не понял истинной природы света.

Опыты, аналогичные опытам Гримальди, через семь лет после выхода его книги, провел Гук, причем утверждал, что провел их независимо. В связи с этим один из известных историков науки замечает: «Однако хорошо известен крупный недостаток характера Гука, заключавшийся в том, что он всегда заявлял о своем приоритете на чужие изобретения».

Опыты Гука ничего не добавили к результатам Гримальди. Он повторил и гипотезу Гримальди о флюиде, волны которого переносят свет. Гук не пошел дальше мысли Гримальди о том, что свет может представлять собой волновой процесс, распространяющийся в некоей среде. Однако, как обычно, он облек свои мысли в неопределенную туманную форму.

Ньютон, считавший, что свет является потоком частиц — корпускул, — опытным путем обнаружил в нем наличие периодичности. Он клал стеклянную линзу выпуклой стороной на плоскую стеклянную пластинку и наблюдал в отраженном свете последовательность окрашенных колец, окружающих точку соприкосновения обоих стекол. Он заметил, что подобные окрашенные кольца видны и в проходящем свете, но порядок следования цветов в этом случае был обратным.

Стремясь получить из опыта как можно большую информацию, Ньютон установил зависимость радиусов колец от толщины слоя воздуха и от наклона падающих лучей света. Так Ньютон открыл, что свет обладает некой присущей ему периодичностью, которая выявляется этими опытами. Он извлек из опыта характеристику света, обусловливающую как величину радиуса, так и цвет каждого кольца.

Этим он предвосхитил позднейшие измерения длины волны света, которой не было эквивалента в его корпускулярной теории. Он считал открытие периодичности света фундаментальным достижением, пытался объяснить ее возникновение теорией «приступов». Суть ее состояла в том, что корпускулам света свойственна периодическая смена состояний: то преимущественного отражения, то преимущественного прохождения через границы прозрачных сред.

При этом он многократно подчеркивает двойственную природу света, лучи которого обладают цветностью, периодичностью и странным свойством, приводящим к тому, что в некоторых кристаллах отдельный луч порождает два луча, идущих в различных направлениях.

Ньютона тревожила невозможность объяснить с единой точки зрения факт прямолинейного распространения света и многообразные опыты, выявляющие его внутреннюю периодичность. Он обдумывал эфирную теорию и обсуждал ее следствия в мемуаре «Об одной гипотезе, объясняющей свойства света», вышедшем в 1675 году. Но в конце-концов отдает предпочтение корпускулярной теории.

Ньютон, подводя итог своим оптическим исследованиям, вынужден признать: «Я не знаю, что такое эфир».

ВОЗРОЖДЕНИЕ ЭФИРА

Возрождение эфира как среды, переносящей свет, связано с именем и трудами старшего современника Ньютона — Х. Гюйгенса, родившегося в 1626 году в Гааге и шестнадцатилетним юношей поступившего в Лейденский университет, чтобы изучать право. Однако, начиная с 1651 года, он публикует ряд оригинальных математических трактатов и начинает работать над усовершенствованием зрительных труб. Его телескоп был столь хорош, что позволил обнаружить спутник у планеты Сатурн. Сделав еще более крупный телескоп Гюйгенс увидел, что таинственные выступы Сатурна, описанные Галилеем, в действительности являются кольцами, окружающими планету. Занятия астрономией побудили Гюйгенса к разработке точных часов.

Уже в 1657 году он добился того, к чему стремился Галилей: соединил маятник с часовым механизмом, создав этим современные часы. Это был первый механический автомат, действующий без участия человека. Впоследствии Гюйгенс создал и часы с вращающимся маятником — балансиром, сохранившимся до наших дней во всех переносных механических часах. Он же предложил применять эти часы для определения географической долготы при вычислении положения корабля в море. Здесь не место для обсуждения значительных работ Гюйгенса в области механики, акустики и теплоты.

Наша тема — связанная с эфиром — переносит нас в 1678 год. Гюйгенс прочел перед Парижской академией наук свой мемуар. В нем он доказывал, что свет происходит от колебательного движения бесконечно тонкой и легкой среды — эфира — и распространяется в ней волнообразно, наподобие звука в воздухе.

Так, уже в новое время, эфир, вытесненный Коперником с небесных сфер, спустился на Землю, чтобы затем заполнить собой Вселенную. Теперь эфир уподобился реальной физической среде, обладающей определенными свойствами. Гюйгенс пишет: «Нельзя сомневаться в том, что свет состоит в движении какого-то вещества».

Издание мемуара надолго задержалось вследствие начавшихся во Франции религиозных распрей. Гюйгенс был вынужден покинуть Париж и возвратиться в Лейден.

Работая над мемуаром Гюйгенс знал о корпускулярной теории света, предложенной Ньютоном, и видел трудности, возникающие при ее применении. Знал он и о том, что сам Ньютон был вынужден признать, что свету свойственна особая периодичность, а корпускулы во время полета совершают колебания, которые передаются эфиру.

Мемуар Гюйгенса начинается с критики корпускулярной теории, которая не может объяснить прямолинейного распространения света в плотных телах (в которых корпускулы света должны рассеиваться в стороны).

В своем мемуаре Гюйгенс рассуждал о тончайшей, в высшей степени подвижной материи, заполняющей всю Вселенную и проникающей в прозрачные тела. Основываясь на этой гипотезе и на аналогии с волнами в воздухе, Гюйгенс получает законы отражения и преломления света.

Центральным пунктом его теории является принцип построения световой волны, образующейся путем взаимодействия множества сферических волн, складывающихся между собой. Это можно теперь увидеть во всех учебниках физики. Триумфом теории было объяснение явления двойного лучепреломления в кристаллах исландского шпата, в котором световая волна расщепляется на две волны, бегущие в различных направлениях.

Но здесь волновую теорию и эфир, описанный Гюйгенсом, поджидало первое поражение. Продольные волны, подобные звуковым волнам в воздухе, неспособны объяснить явления, наблюдаемые при последовательном прохождении световых волн через два кристалла. Мы обсудим этот опыт позже. Речь пойдет о поляризации света, которую невозможно объяснить, считая свет — продольными волнами эфира.

Это послужило Ньютону основным аргументом против волновой теории света, а следовательно