Таким образом, прогресс теоретической оптики, послуживший предметом забот Петербургской академии, мог быть обеспечен только волновой теорией, которая в этом отношении и сделала к рассматриваемому моменту больше, чем, по-видимому, это подозревала академия. Именно, уже в это время Френель гениальным образом применил волновую теорию к поляризации и двойному преломлению света, и очередная задача, над которой тогда усердно и небезуспешно работали, заключалась в устранении возражений, выдвинутых против этой теории. Френель, как и Юнг, но независимо от него — так как, по крайней мере, вначале он не был знакам с работами Юнга — начал исследование оптических явлений с дифракции света. Первое свое исследование по этому вопросу он представил во Французскую академию в 1815, а затем в там же году и в ближайшие он сделал несколько дополнений к ней. Вполне же разработанный труд «Mémoire sur la diffraction de la lumiére» («Мемуар о дифракции света») был им представлен во Французскую академию 29 июля 1818 г. Рассмотрение этой работы было поручено Араго и Пуансо. Первый из них особенно горячо заинтересовался новыми идеями, обратил внимание на систему Юнга, указал на основные слабые стороны оптических исследований Био, и с этих пор начал работать вместе с Френелем над усовершенствованием волновой теории. Его же влиянию преимущественно следует, вероятно, приписать, что Французская академия в 1819 г. наградила работу Френеля премией. В мемуарах академии она появилась лишь в 1826 г. Впрочем, отдельные статьи Френель поместил уже ранее в «Annales de chimie et de physique», vol. I, 1816 и vol. XI, 1819. В своих работах Френель пошел дальше Юнга в двух направлениях. Явления интерференции он выводил не из взаимодействия двух световых лучей, как Юнг, а из комбинации элементарных волн, которые, исходя из всех точек светящейся поверхности, сходятся в наблюдаемых точках. При этом он показал, что интерференция свойственна не только лучам, прошедшим через узкое отверстие, но и обыкновенному свету, отраженному от зеркала. Юнг объяснял дифракционные полосы вокруг геометрической тени предмета, освещаемого из очень малого по своему протяжению источника света, интерференцией между лучами, которые идут прямо от источника, и теми, которые отражаются от краев предмета. Френель указывает, что и он держался этой точки зрения в первых своих работах, а затем продолжает: «Если бы это было правильно, то от лезвия бритвы, представляющего столь малую поверхность для отражения света, наружные полосы должны были бы получиться менее явственно, чем от спинки бритвы, отражающей много света. Однако никакого различия в яркости полос в действительности не наблюдается». Наружные дифракционные полосы, в общем, совершенно тождественны с теми цветными полосами, которые получаются при пропускании света через ширму с очень маленьким отверстием. Это явление Юнг тоже объяснял интерференцией прямых лучей с теми, которые отражаются от краев отверстия; Френель же рядом опытов показал, что и здесь явление не зависит от отражения света. С этой целью он пропустил пучок света через щель, образованную двумя стальными пластинками, с краями, наполовину заостренными, наполовину закругленными, которые были поставлены рядом таким образом, что у одной из пластинок закругленный край был наверху, а у второй внизу. Несмотря на такое различие краев, в дифракционных полосах не было заметно ни разрывов, ни изгибов. В другом случае он сравнил полосы, пропуская их через очень узкое прямоугольное отверстие, выскобленное перочинным ножом в слое туши, покрывавшей зеркальное стекло, и через такой же величины отверстие между двумя медными цилиндрами; и здесь дифракционные полосы оказались одинаковыми. В силу этого Френелю ничего более не оставалось, как объяснить появление дифракционных полос интерференцией всех лучей, проходящих через отверстие. Он вернулся, таким образом, к старому принципу Гюйгенса, согласно которому все точки отверстия, через которое проводит свет, следует рассматривать как центры образования новых волн света, распространяющихся дальше в темном пространстве. На всякую точку воспринимающего экрана падают все элементарные волны, но так как точки экрана находятся на различных расстояниях от разных точек отверстия, то волны приходят сюда в различном состоянии колебания или в различных фазах. Таким образом, освещение каждой точки экрана является результатом бесконечно многих освещений, которые частью складываются, частью вычитаются и, следовательно, дают местами усиление, местами ослабление освещения. Определение величины этого освещения на базе основной гипотезы интерференции бесконечного числа элементарных волн представляло собою чисто математическую, но очень трудную задачу. Прежде всего, Френелю было необходимо дать выражение для состояния движения каждой колеблющейся точки от центра образования волны. После этого он получил возможность определить движения, которые, исходя из всех точек светящейся поверхности, сходятся в одной точке экрана. Затем оставалась еще самая трудная задача — просуммировать все эти выражения для бесконечного числа движений, найти интеграл результирующей силы света для определенной точки экрана. Все эти немалые трудности Френель преодолел, и результаты его исчислений, полученные при помощи указанного интегрирования, помещенные в его трактате о дифракции света, оказались настолько согласными с данными опыта, что даже его противник Био выразился по поводу них следующим образом: «Исходя из такого воззрения, Френель сумел с исключительной строгостью подвести под одну общую точку зрения все случаи дифракции и охватить их формулами, которыми отныне и навсегда устанавливается их взаимная зависимость». Таким образом против формул, согласующихся с данными опыта, возражать не приходилось, тем не менее, Био не счел себя в праве умолчать, что теоретический вывод этих формул из принципа элементарных волн встретил возражение со стороны некоторых первоклассных математиков, а именно Пуассона («Annales de chimie et de physique» 1823). Позднее вывод френелевских интегралов был много раз упрощен и улучшен, принципиальная же основа дедукции из принципа интерференции элементарных волн осталась, несмотря на возражения, неприкосновенной.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «РАБОТЫ ФРЕНЕЛЯ ПО ВОЛНОВОЙ ТЕОРИИ СВЕТА» з дисципліни «Історія фізики»
