Триумф волновой теории света

Последняя точка в споре сторонников корпускулярной и волно­вой теорий света была поставлена после обсуждения мемуара Фре­неля о его методе в комиссии Парижской Академии наук в 1817 г. Тогда крупный физик и математик академик Пуассон заметил, что, следуя логике Френеля, при дифракции света на круглом непро­зрачном экране в центре тени должно наблюдаться светлое пятно, что противоречит здравому смыслу. Секретарь Академии, талантли­вый физик-экспериментатор Доминик Араго (1786—1853) для проверки справедливости замечания Пуассона поставил экспе­римент по дифракции света на круглом экране и обнаружил в пол­ном соответствии с теорией Френеля светлое пятно в центре дифрак­ционной картины. Аргумент Пуассона против волновой теории све­та после опытов Араго стал убедительным подтверждением этой те­ории. С тех пор это светлое пятно, пятно Пуассона, навсегда связа­но с именем оппонента Френеля.

Наблюдать пятно Пуассона можно, если луч лазера пропустить через объектив с увеличением 20^х. При этом на экране получается отчетливая дифракционная картина от пылинок, которые практиче­ски всегда есть на поверхности линз объектива. В центре каждой ди­фракционной картины отчетливо видна светлая область — пятно Пу­ассона.

Дальнейшие экспериментальные исследования Френеля и Араго по интерференции и дифракции света позволили Френелю сделать вывод о поперечности световых волн. Придерживаясь традиционных воззрений о существовании светоносной среды — эфира, Френель убедительно показал, что колебания эфира, если они существуют, должны происходить в направлении, перпендикулярном направле­нию распространения света, т. е. свет — поперечная волна. Этим свой­ством свет существенно отличается от звука — продольных волн, где колебания воздуха происходят в направлении распространения зву­ковой волны.

Если в поперечных волнах колебания происходят только в оп­ределенном направлении, то такие волны называются поляризован­ными. Свет от солнца или лампы накаливания не является поляри­зованным. В природе существуют кристаллы, которые пропускают свет, поляризованный только в одном направлении. Если солнечный свет пропустить через такой кристалл, называемый поляризатором, то можно получить поляризованный свет. Пропуская поляризован­ный свет через другой поляризатор, можно убедиться в том, что ин­тенсивность проходящего света будет зависеть от расположения по­ляризаторов друг относительно друга. На рисунке показана схема эксперимента, где свет проходит через два поляризатора, которые можно поворачивать друг относительно друга.

Демонстрация прохождения света через два поляризатора с парал­лельными плоскостями поляризации

Если угол между оп­ределенными направлениями поляризаторов составляет π/2, то свет через поляризаторы не проходит

Демонстрация прохождения света через два поляризатора с перпен­дикулярными плоскостями поляризации

Благодаря своим исследованиям Френелю удалось объяснить многие оптические явления с волновой точки зрения. Получили объяснение изменения интенсивности и поляризации света при отра­жении и преломлении его в зависимости от угла падения света, по­ляризация света при полном внутреннем отражении, явление двой­ного лучепреломления и др.

После работ Френеля успехи волновой теории света стали столь очевидными, что корпускулярную теорию уже не было смысла ис­пользовать для объяснения световых явлений. Оставалось сделать последний шаг — выяснить, что же колеблется в световой волне и в какой среде распространяется свет.

Ответы на эти вопросы были найдены совершенно неожиданно благодаря исследованиям, не имеющим к оптике на первый взгляд никакого отношения.