![]() |
![]() |
|
![]() | ![]() |
Эксперименты по поляризации света — начиная с Х. Гюйгенса Несмотря на то, что открытие двулучепреломления принадлежит Эразму Бартолину (1669), первое представление о поляризации было введено Христианом Гюйгенсом в 1690 году в его «Трактате о свете». Гюйгенс предположившил, что внутри кристалла могут распространяться световые волны различной скорости, в результате чего и наблюдается двойное лучепреломление. Тем не менее, можно было предположить, что свойство, различающее лучи, распространяющиеся с различными скоростями — обыкновенный и необыкновенный — присуще кристаллу, но не свету. Христиан Гюйгенс пошел дальше Эразма Бартолина в изучении кристаллов исландского шпата. Введя понятие об оптической оси кристалла (которое существует и по сей день), он стал изучать прохождение света через пару кристаллов в зависимости от угла между их оптическими осями. Оказалось, что, если взять два кристалла исландского шпата с сонаправленными осями и параллельными гранями и пропустить через них нормально падающий пучок света, то после разделения на два пучка из-за двойного лучепреломления в первом кристалле, эти отдельные пучки уже не испытывают двойного лучепреломления во втором (см. рис. ниже). Это говорило о фундаментальном отличии лучей на выходе из двулучепреломляющего кристалла от падаюшего луча. Еще более интересная картина наблюдалась при повороте второго кристалла относительно первого: каждый из разделенных лучей снова начинал испытывать двойное лучепреломление на входе во него. Это отметало в сторону возможное объяснение двулучепреломления наличием двух независимых сортов световых частиц (или волн), соответствующих одному цвету: опыт показывал, что эти сорта переходили друг в друга при пространственном повороте. Гюйгенс не смог объяснить наблюдаемое явление, хотя вплотную подошел к его разгадке. Дело в том, что в его волновой теории рассматривались продольные волны, т.е. волны, колебания которых происходят в направлении движения волны (волнового вектора Следующий вклад в изучение поляризации был сделан в 1808–1812 годах Этьеном Луи Малюсом (1775–1812) и Дэвидом Брюстером (1781–1868), которые обнаружили и исследовали поляризацию света, отраженного от диэлектриков. Оказалось, что даже свет, отраженный от аморфного стекла, не обладающего двулучепреломляющими свойствами, является частично (а при определенном угле падения — полностью) поляризованным. Этому явлению посвящена следующая статья. Первыми учеными, предложившими концепцию поперечных волн, были Томас Юнг (1773–1829) и Огюстен Жан Френель (1788–1827) — каждый из них деликатно приписывал приоритет открытия другому. Френель обнаружил удивительное явление: волны, поляризованные перпендикулярно друг другу, не интерферируют! Это никак не укладывалось в его теорию, восходящую к волновой теории Гюйгенса, поскольку говорило, что в эфире распространяются два независимых колебания. Эфир считался подобным жидкости (более того, сам Френель являлся автором теории частичного увлечения эфира движущимися телами), но, как известно, в жидкости распространяются только продольные колебания! Это связано с тем, что жидкости не сохраняют свою форму — поэтому в них отсутствуют поперечные (сдвиговые) упругие напряжения. Существование поперечных упругих волн в эфире приводило к парадоксальному выводу: эфир твердый! Несмотря на кажущуюся противоречивость этого утверждения, Френель продолжил свои теоретические исследования и в 1823 году вывел свои знаменитые формулы, описывающие прохождение света через границу между диэлектриками. В этих формулах содержались и законы отражения и преломления, и выводы Малюса–Брюстера о поляризации отраженного света, и зависимости интенсивностей отраженного и преломленного лучей от угла падения, и эффекты, возникающие при падении на поверхность раздела уже поляризованного света. В современной физике существование двух световых поляризаций связывают с наличием у кванта света, фотона, внутренней характеристики — спина. Эта характеристика в некотором смысле слова определяет вращение движущегося фотона вокруг своей оси, за исключением двух существенных отличий. Первое из них происходит из квантовой физики и говорит о том, что спина на произвольную ось не может превышать единицы по модулю (в единицах постоянной Планка <<К предыдущему эксперименту | Оптика | К следующему эксперименту>> |
|