Дифракция — это огибание препятствия волной. Если на пути распространения волн на воде окажется камень, то в образованном за камнем конусе резкой волновой тени не образуется. Волновое движение частично «захлестнет» и ту область, которая находится в «тени».
Скороговорка о важнейших свойствах волнового движения.
При прочих равных условиях огибание препятствия тем значительней, чем больше отношение длины волны к размерам преграды.
Поэтому можно слышать голос человека, рот которого прикрыт ладонью и не виден. Звуковые волны легко огибают ладонь, а дифракция световых волн слишком мала, чтобы обогнуть это препятствие. Иначе говоря — чем меньше длина волны, тем труднее наблюдать дифракцию.
Дифракцию видимого света, впрочем, можно обнаружить при помощи сравнительно простых приспособлений, но дифракция рентгеновых лучей наблюдается при рассеянии на таких препятствиях, как отдельные атомы.
Интерференция — непосредственное следствие принципа суперпозиции.
Ученый характер фразы не должен смущать. Содержание принципа суперпозиции очень ясно. «Когда в одной точке действуют несколько возмущений, то, чтобы выяснить окончательный результат, их следует просуммировать».
А суммируя даже две одинаковые волны, можно получить самые различные результаты в зависимости от разности фаз этих волн (кстати, неплохая аналогия явления интерференции — закон сложения сил). В частности, теоретически вполне возможен случай, когда при громком разговоре двух людей в комнате устанавливается абсолютная тишина.
По ряду причин именно этот эффект отсутствует, но всегда можно создать экспериментальные условия для наблюдения интерференции. И в оптике, и в акустике, и при изучении упругих волн в твердых телах интерференцию легко наблюдать.
Может быть, наиболее трудно воспринимается еще одно замечательное свойство волн — поляризация, но пока мы «минуем это препятствие».
Изучая свет, физики наблюдали эффекты, которые явно указывали на его волновую природу. Интерференцию и дифракцию, как помните, наблюдал еще Гримальди. За ним Гук, Ньютон и Гюйгенс в своих опытах неоднократно наталкивались на те же явления.
Здесь заканчиваются обрывочные замечания о волнах и (внимание!) снова появляется эфир.
Но если принять, что свет — волновое движение, необходимо, казалось бы, предположить, что существует какая-то материальная среда, в которой это движение происходит. Иначе говоря — необходим эфир.
Эфир, который у Декарта появился в результате чисто умозрительных спекуляций.
Эфир, который был принят Ньютоном, хотя всю свою жизнь он относился к нему крайне подозрительно.
Эфир, по поводу которого Ньютон к концу своих дней просто избегал говорить что-либо определенное.
Этот эфир у Гюйгенса как будто впервые получает реальное обоснование.
Что же понимали физики до начала XX века под эфиром?
Изучение звуковых волн в воздухе и упругих телах убеждало, что волновое движение возможно только в сплошных средах. А если свет — это волны, то, очевидно, все наше пространство залито какой-то сплошной средой, обладающей чрезвычайно удивительными свойствами.
Свойства этой среды удивительны потому, что ни один физический опыт, кроме опытов со светом, не давал возможности обнаружить ее существование.
С другой стороны, представить себе распространение волн без наличия какой-то материальной среды физики не могли[31]. Ведь их опыт (волны в воздухе, на поверхности воды, в упругих телах) заставлял считать, что волны могут распространяться только в среде, состоящей из каких-то частиц, связанных между собой.
Ученые вообще любят мыслить аналогиями. Но здесь она не та, что напрашивалась, ее немыслимо было избежать!
И торжество волновой теории одновременно ознаменовалось победой гипотезы эфира.
Идея Декарта о существовании некоей тончайшей материи materia subtilis[32], заливающей всю вселенную, вместе с волновой теорией света завоевывает умы физиков.
Все последующие годы — это годы споров о свойствах эфира. Эфир Гюйгенса во многом не похож на эфир Декарта, а эфир XIX столетия наделяется совершенно новыми свойствами. Но гипотеза о существовании эфира в той или иной форме прочно входит в физику.
Но если вся вселенная залита некоторой «жидкостью» (или «газом») — эфиром, то, казалось бы, решен вопрос о существовании системы отсчета, настолько выделенной по своим свойствам, что ее можно считать абсолютной.
«Слушайте, слушайте!» (как любят говорить англичане).
Эта система отсчета — покоящийся эфир.
Движение относительно эфира — абсолютное движение.
Несущественно, что, исследуя механические явления, невозможно отличить абсолютное движение от относительного.
Мы найдем такие световые явления, которые позволят наблюдать неподвижный эфир.
Так мы определим абсолютную систему. Между прочим, если принять существование эфира, довольно естественно предположить, что центробежные силы возникают именно при вращении относительно эфира.
Открываются новые перспективы для объяснения природы инерциальных и неинерциальных систем отсчета.
Взаимодействие через эфир, возможно, позволит объяснить механизм тяготения.
Гипотеза эфира выглядит как будто очень привлекательной, даже если отвлечься от попытки объяснить свойства света.
Так в конце XVII столетия завязывается в физике тот узел, разрубить который довелось Альберту Эйнштейну в 1905 году.
Глава VIII,
посвященная обоснованию волновой теории света. Терпеливый читатель, возможно, получит удовольствие, познакомившись с очень тонкими и далеко идущими выводами, которые были сделаны при исследовании неожиданного эффекта двойного лучепреломления
Я не знаю, что такое этот эфир.
Ньютон
Эфир (продолжение)
В прошлой главе допущена существенная неточность, продиктованная схематичностью изложения. Говорилось, что Гюйгенс первым обосновал волновую природу света, а Ньютон в противовес выдвинул корпускулярную теорию.
Все это не совсем верно. Гюйгенс не объяснил в своих работах многие основные явления, с которыми сталкиваешься при изучении света. Он, например, не представлял, что свет — периодический процесс. И не мог, следовательно, хорошо объяснить интерференцию света. Он ничего не говорил о дифракции и, возможно, вообще не подозревал о существовании такого явления; наконец, основные свойства световых лучей — прямолинейность их распространения и образование цветов — также не получили объяснения в теории Гюйгенса.
Рассуждения об эфире, дающие лишний повод для восхищения Ньютоном.
Волновая теория света во времена Гюйгенса — Ньютона очень неудовлетворительно описывала наблюдаемые эффекты, и Ньютон не случайно от нее отказался.
Впрочем, он не был безусловным сторонником и корпускулярной теории.
Для творца механики и оптики гипотеза всегда оставалась не более чем гипотезой. Все это он относил к физике второго сорта. Впрочем, когда без гипотез нельзя было обойтись, Ньютон демонстрировал, что может их измышлять лучше всех современников.
В свойствах света он разбирался лучше, чем Гюйгенс, лучше, чем любой из живших в то время физиков. Но… к своим собственным теориям он относился так же недоверчиво и, можно сказать, с такой же иронией, как и к построениям других авторов.
