Поперечные (и только поперечные) волны обладают изначальным, по самой природе присущим им свойством известным под названием поляризации волн. По отношению к световым волнам применяется термин «поляризация света». Под этим понимается пространственное соотношение между направлением распространения светового луча и направлением его электрического (или магнитного) вектора. Ведь теория Максвелла утверждает только, что эти векторы лежат в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения света, но не накладывает никаких ограничений на их поведение в этой плоскости. Как ведет себя, например, электрический вектор? Будет ли он фиксирован в каком-то определенном направлении, лежащем в этой плоскости, и в каком именно; совсем ли не будет фиксирован или только частично (не жестко) или же направление его может изменяться по определенному закону (и опять-таки эти законы могут быть различны)? Возможны все эти случаи. И все они составляют разные типы поляризации света.
Очевидно, что для продольных волн понятие поляризации лишено смысла.
История открытия поляризации света весьма интересна.
Экспериментально впервые обнаружил явление, в котором проявляется поляризация света — двойное преломление датчанин Эразм Бартолин в 1669 г. Гюйгенс подробно исследовал это явление и описал его закономерности с помощью остроумной, хотя и формальной теории (1690). Само явление состоит в той, Что в кристаллах луч света, преломляясь, расщепляется на два луча. Один из этих лучей по определенным причинам, называют обыкновенным, а другой — необыкновенным. Суть же дела была в том, что эти два луча в кристалле имеют разную поляризацию. Но к пониманию того, что здесь речь идет о принципиально новом и изначальном свойстве света, Гюйгенс, разработавший лишь феноменологическую теорию явления, прийти не смог.
Мысль об этом впервые родилась у основоположника корпускулярной теории света — Ньютона.
В своей знаменитой «Оптике» Ньютон писал, пытаясь осмыслить причину двойного преломления в кристаллах:
«Существует изначальное различие в лучах света, благодаря которому некоторые лучи в этом опыте постоянно преломляются обыкновенно, другие же — постоянно необыкновенно...
Не обладают ли лучи света различными сторонами с различными изначальными свойствами?..
Каждый луч можно рассматривать как имеющий четыре стороны, или четверти, две из которых, противоположные одна другой, склоняют луч к необыкновенному преломлению; ...две же другие стороны... склоняют его только к обыкновенному преломлению.
Ясно, что эти расположения существовали в лучах изначально...
Остается исследовать, нет ли еще свойств света, по отношению к которым отличались бы стороны луча и разнились одна от другой».
Это не что иное, как первое в истории науки феноменологическое определение поляризации света.
Совет Ньютона был исполнен поколениями физиков. Таких свойств оказалось много, и притом интереснейших.
Крупнейший советский физик-оптик и глубокий знаток творчества Ньютона академик Вавилов об этом так писал: «Ньютон не извлек дальнейших выводов из своей удачной гипотезы, едва ли также он серьезно занимался экспериментальным изучением двойного преломления; во всяком случае ему принадлежит честь введения понятия поляризации светового луча в оптику».
Сам термин «поляризация света» был введен французским физиком Малюсом, который более столетия спустя после работ Гюйгенса открыл явление поляризации света при отражении от поверхности стекла. Принято считать, что это крупнейшее открытие было им сделано случайно. Но случайно ли наличие интуиции у исследователя в поиске? В 1808 г. Малюс, наблюдая сквозь кусок исландского шпата отражение заходящего солнца в окнах Люксембургского дворца в Париже, обнаружил различную яркость двух изображений, меняющуюся при вращении кристалла. Говоря словами Ньютона, Малюс обнаружил, что свет, отраженный от стекла, также имеет «стороны». Семантика предложенного им термина «поляризация» явно корпускулярного происхождения. И это вполне объяснимо, потому что разрабатываемая в ту пору волновая теория света, как уже указывалось, опиралась на представление о продольных упругих волнах, для которых представление о «сторонах» луча было исключено. В корпускулярных же представлениях описание оказывалось возможным с помощью несимметричных и каким-то образом ориентированных световых частиц (аналогично поляризации диэлектриков в электрическом поле).
Таким образом, не только само понятие, но и термин прямо или косвенно ведут начало от Ньютона.
Пока волновая теория света оставалась «продольной», только корпускулярная теория имела какую-то точку зрения на сущность поляризации и пользовалась ею для объяснения новых экспериментальных открытий в этой области, которые не заставили себя ждать. Достаточно назвать открытие вращения плоскости поляризации в кварце (Араго, 1811) и в жидкостях (Био, 1815), хроматической поляризации (изменчивость цвета кристаллических пластинок; Араго, 1811), работы Брюстера и др. Однако методы корпускулярной теории оказались весьма несовершенными и громоздкими. Для объяснения новых фактов требовалось введение дополнительных гипотез и усложнение первоначальных. Так, Био для объяснения хроматической поляризации предложил в 1812 году корпускулярную «теорию подвижной поляризации», основанную на произвольной гипотезе об изменении ориентации световых частиц по мере прохождения света через кристалл. Попытки применить эту гипотезу к объяснению вращения плоскости поляризации потребовали ее дальнейшего усложнения и тем не менее не увенчались успехом.
Только поперечная волновая теория света создала адекватные представления для описания и объяснения разнообразных свойств и явлений поляризации света.
Отметим только, что приоритет введения понятия поляризации света, принадлежащий корпускулярной теории, представляет большой исторический интерес в связи с трактовкой этих явлений с квантовых (фотонных) позиций.
На любом празднике деятели оригинального жанра искусства — всегда желанные гости. В последние годы театр рисования песком становится все более популярным, что неудивительно. Почему? Такого вопроса и не стояло бы перед человеком, хоть раз увидевшим те невероятные картины, что художники изображают на песке. Сам процесс такого искусства завораживает и поглощает внимание и разум зрителя.
Похожие записи
Комментариев нет
Оставить комментарий или два