Поэтому, заставив свет падать на один из концов стрелки, мы не должны ожидать, что этот конец станет полюсом определённого направления, поскольку два полюса не различаются между собой, как отличается свет от темноты.

Мы можем ожидать лучшего результата, заставив падать на стрелку циркулярно поляризованный свет: правополяризованный - на один конец и левополяризованный - на другой, ибо в некотором смысле про эти два вида света можно сказать, что они относятся друг к другу как полюса магнита. Однако даже здесь эта аналогия несовершенна, поскольку при объединении два луча не нейтрализуют друг друга, а дают плоскополяризованный луч.

Фарадей, который был знаком с методом изучения напряжений, производимых поляризованным светом в прозрачных твёрдых телах, проделал много экспериментов в надежде обнаружить какое-либо воздействие на поляризованный свет при его прохождении через среду, где существует электролитическая проводимость или диэлектрическая индукция ¹. Однако он не смог обнаружить никаких воздействий такого рода, хотя эксперименты производились в оптимальных - для обнаружения эффектов натяжения - условиях, а именно: электрическая сила или ток образовывали с направлением луча прямой угол, а с плоскостью поляризации - угол сорок пять градусов. Фарадей, варьируя эти эксперименты многочисленными способами, так и не открыл никакого воздействия на свет, обусловленного электролитическими токами или статической электрической индукцией.

¹Experimental Researches, 951-954 and 2216-2220.

Однако он преуспел в установлении связи между светом и магнетизмом; эксперименты, в которых он это сделал, описаны в девятнадцатой серии его «Экспериментальных исследований». Это открытие Фарадея будет взято нами в качестве отправной точки для дальнейшего углубления в природу магнетизма, и поэтому мы опишем явление, которое он наблюдал.

807. Луч плоскополяризованного света пропускается через прозрачную диамагнитную среду, а плоскость его поляризации на выходе из среды устанавливается путём наблюдения положения анализатора, при котором луч отсекается. Затем прикладывается магнитная сила, которая действует таким образом, что направление магнитной силы внутри прозрачной среды совпадает с направлением луча. Свет тотчас же появляется вновь, но при повороте анализатора на определённый угол свет опять отсекается. Это показывает, что действие магнитной силы состоит в повороте плоскости поляризации вокруг луча, взятого в качестве оси, на определённый угол, измеряемый углом, на который надо повернуть анализатор, чтобы отсечь свет.

808. Угол, на который поворачивается плоскость поляризации, пропорционален:

(1). Расстоянию, которое луч проходит внутри среды. Следовательно, плоскость поляризации меняется непрерывно от её положения на входе до её положения на выходе.

(2). Величине составляющей магнитной силы в направлении луча.

(3). Степень вращения зависит от природы среды. До сих пор не наблюдалось никакого вращения, когда средой являлся воздух или любой другой газ.

Эти три утверждения объединяются в одно, более общее, которое гласит, что угловое вращение численно равно величине, на которую возрастает магнитный потенциал от точки, где луч входит в среду, до точки, где он выходит из неё, умноженной на коэффициент, который для диамагнитных сред обычно положителен.

809. В диамагнитных веществах вращение плоскости поляризации происходит в направлении, в котором должен циркулировать ток, создающий магнитную силу, направленную так же, как и действительно существующая в среде магнитная сила.

Вердье (Verdet), однако, обнаружил, что в некоторых ферромагнитных средах (например, сильный раствор перхлорида железа в древесном спирте или в эфире) вращение происходит в направлении, противоположном току, который создавал бы магнитную силу.

Это показывает, что различие между ферромагнитными и диамагнитными веществами не возникает просто из «магнитной проницаемости», которая в одном случае больше, а в другом меньше, чем у воздуха; свойства этих двух классов тел действительно противоположны.

Способность, приобретаемая веществом под действием магнитного поля поворачивать плоскость поляризации света, неточно пропорциональна его диамагнитной или ферромагнитной намагниченности. В действительности есть исключения из того правила, что вращение положительно для диамагнитных и отрицательно для ферромагнитных веществ, поскольку нейтральный хромат соды является диамагнитным, но производит отрицательное вращение.

810. Существуют другие вещества, которые независимо от приложения магнитной силы заставляют поворачиваться плоскость поляризации вправо или влево при прохождении луча через вещество. В некоторых из них это свойство относится к оси, как в случае кварца. В других это свойство не зависит от направления луча в пределах среды, как в скипидаре, растворе сахара и т. п. Во всех этих веществах, однако, если плоскость поляризации какого-то луча скручена, подобно правостороннему винту, она по-прежнему будет скручена в виде правостороннего винта, если луч пропускается через среду в противоположном направлении. Направление, в котором наблюдатель должен повернуть свой анализатор, чтобы погасить луч при введении среды на пути луча, одинаково относительно наблюдателя независимо от того, приходит ли к нему луч с севера или с юга. Направление вращения в пространстве, конечно, меняется на противоположное при обращении направления луча. Но когда это вращение производится магнитным действием, его направление одно и то же, независимо то того, идёт ли луч на север или на юг. Вращение всегда происходит в направлении тока, который создаёт (или создал бы) действительное магнитное состояние поля, если среда принадлежит к средам положительного класса, и в противоположном направлении, если среда принадлежит к средам отрицательного класса.

Из этого следует, что если луч света после прохождения через среду с севера на юг отражается зеркалом и возвращается через среду с юга на север, вращение будет удваиваться, если оно является результатом магнитного действия. Когда же вращение зависит только от природы среды, как в скипидаре и др., отражённый луч при прохождении обратно через среду выходит в той же плоскости, в какой он вошёл в неё, - вращение во время первого прохождения через среду точно обращается на противоположное во время второго прохождения.

811. Физическое объяснение этого явления представляет значительные трудности, про которые едва ли можно сказать, что они преодолены к настоящему времени как для магнитного вращения, так и для вращения, которое некоторые среды производят сами по себе. Мы можем, однако, подготовить путь для такого объяснения на основе анализа наблюдаемых фактов.

В кинематике существует хорошо известная теорема, что два однородных круговых колебания одинаковой амплитуды, имеющие один и тот же период и лежащие в одной и той же плоскости, но вращающиеся в противоположных направлениях, будучи соединены вместе, эквивалентны прямолинейному колебанию. Период этого колебания равен периоду круговых колебаний, его амплитуда удвоена, а его направление находится на линии, соединяющей точки, в которых встречаются две частицы, совершающие круговые колебания в противоположных направлениях по одному и тому же кругу. Следовательно, если фаза одного из круговых колебаний ускоряется, направление прямолинейных колебаний будет поворачиваться в сторону, соответствующую направлению этого кругового колебания, но на угол, равный половине угла ускорения фазы.

Можно также доказать при помощи непосредственного оптического эксперимента, что два луча света, имеющих равные интенсивности и циркулярно поляризованные в противоположных направлениях, после их соединения превращаются в один плоскополяризованный луч и что если любыми способами ускорить фазу одного из циркулярно поляризованных лучей, то плоскость поляризации результирующего луча поворачивается на половину угла опережения фазы.