Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Швидкість світла у хвильовій і корпускулярній теоріях світла.



Починаючи з XVII ст. у фізиці конкурували дві різні моделі світла - корпускулярна і хвилева. Швидкість світлових корпускул могла бути довільною, окрім цього корпускулярна модель передбачала збільшення швидкості в щільнішому середовищі. Хвилева модель, навпаки, передбачала постійну швидкість поширення світла в ефірі - середовищі, що має специфічні властивості, а також зменшення швидкості світла в щільнішому середовищі пропорційно коефіцієнту заломлення. Зазвичай корпускулярні переконання зв'язуються з ім'ям І.Ньютона, а хвилеві - X.Гюйгенса. Насправді, концепція Ньютона поєднувала корпускулярні і хвилеві представлення. Ньютон навіть оцінив механічні параметри світлоносного ефіру - його щільність і пружність : ґрунтуючись на оцінці, що швидкість світла перевищує швидкість звуку в 700000 разів, Ньютон припустив, що ефір є в 700000 разів більше пружним, ніж повітря і в 700000 разів більше розрідженим 0. Проте в XVIII ст. володарювали корпускулярні переконання на природу світла, ньютоніанці вважали за краще не помічати хвилевих гіпотез Ньютона, а серед прибічників хвилевої моделі були лише Л. Ейлер і М.В. Ломоносов. Ньютонівські хвилеві гіпотези стали важливими направляючими ідеями для формування хвилевих принципів оптики Т. Юнга; відомо, що Юнг був також знаком і з роботами Ломоносова. На рубежі XVIII - XIX вв. з'явилися нові аргументи на користь хвилевої теорії світла. Цілий ряд програмних ідей і принципів були запропоновані англійським дослідником природи Т. Юнгом, а доведений до конкретних фізичних формул французьким оптиком О. Френелем. У науковій праці, опублікованій в 1800 р., Т. Юнг відмітив, що корпускулярна теорія світла стикається з проблемою пояснення однакової швидкості світла від джерел різної потужності - від іскр до Сонця. Хвилева ж теорія автоматично пояснює це, оскільки швидкість поширення обурень в пружній рідині однакова. Далі Юнг припустив еквівалентність електричного і світлового ефіру : "Швидка передача електричного удару показує, що електричне середовище має пружність настільки велику, що можна припустити, що вона поширює світло. Чи слід вважати, що електричний ефір - це те ж саме, що і світловий ефір, якщо така рідина існує, можливо, коли-небудь відкриють експериментально. Фактично ця ідея Юнга стала однією з керівних ідей для розвитку теорії електромагнетизму. У 1804 р. Юнгу вдалося пояснити аберацію на основі хвилевої моделі. Подальший розвиток хвилевої теорії пов'язаний з ім'ям О. Френеля. У 1810 р. Ф. Араго поставив досвід на основі інтерференційної методики по виявленню впливу руху Землі на показник заломлення призми і отримав негативний результат. У листі Ф. Араго в 1818 р. Френель висловив свої уявлення про ефір (опубліковано у вересні 1818 р.). З аналізу пояснення аберації у рамках хвилевої моделі Френель оцінив верхню межу для захоплення ефіру : менше 1/100 від швидкості Землі (ця ж оцінка фігурує і в листі Френеля своєму братові). Потім, використовуючи ідею Юнга про збільшення щільності ефіру пропорційно щільності тіл без впливу на пружні властивості ефіру, Френель вивів свою відому формулу часткового збільшення ефіру. У 1846 р. Г. Стоксом була висловлена ідея повного захоплення ефіру тілами, що рухалися. Модель Стоксу була внутрішньо суперечливою, за що її піддавав критику Г. Лоренц, що запропонував власну модель ефіру. Формула Френеля була успішно підтверджена в 1851 р. в експериментах И. Фізо по вивченню поширення світлових променів у воді, що рухалася. Вимір зміщення інтерференційних смуг підтвердив формулу Френеля з точністю до 14%%, причому відхилення було пов'язане, як показав Фізо, з відмінністю середньої швидкості води і швидкості води в центрі трубок, уздовж яких якраз і розповсюджувалися світлові промені. Фізо також поставив свій досвід для повітря, що рухалося, і "знайшов, що рух повітря не викликає ніякого помітного зміщення смуг", що відкидає гіпотезу захоплюваного ефіру і свідчить на користь його нерухомості, але також і не суперечить гіпотезі Френеля (із-за показника заломлення повітря близького 1) . "Мені здається, - зробив висновок Фізо, - що успіх цього досвіду повинен привести до прийняття гіпотези Френеля або принаймні закону, який був ним знайдений для вираження зміни швидкості світла внаслідок руху тіл" . Формула Френеля отримала правильне обґрунтування тільки в 1907 р. в роботі М. Лауе у рамках спеціальної теорії відносності як приблизна формула для першого порядку по V/c, що виходить з релятивістської формули складання швидкостей .

Таким чином, перехід від корпускулярної моделі світла, якій в принципі не було потрібне середовище поширення, до хвилевої моделі привів до формування уявлень про ефір як специфічне середовище поширення електричних, магнітних і світлових коливань. Подальший розвиток "фізики ефіру" привів до постановок наземних інтерференційних дослідів Майкельсона (1881 р.) і Майкельсона-Морлі (1887 р.) по виявленню абсолютного руху Землі відносно ефіру. Очікувалося підтвердження теорії Френеля. Негативний результат змусив Майкельсона висловитися проти теорії часткового захоплення ефіру Френеля на користь теорії повного захоплення Стоксу. Таким чином, у фізиці настала криза, пов'язана з протиріччям в поясненні явищ аберації (на основі не захоплення Землею ефіру), досвіду Физо (на основі гіпотези часткового захоплення ефіру) і досвіду Майкельсона (на основі повного захоплення Землею ефіру), вихід з якого був знайдений не в деякій специфічній моделі ефіру, а в перегляді просторово-часових представлень.

У 1850 р. Л. Фуко показав на досвіді, що швидкість світла у воді зменшується пропорційно показнику заломлення : u = с/n відповідно до пророцтва хвилевої теорії. Цей досвід став розглядатися як "вирішальний досвід" на користь хвилевої теорії світла. Насправді, як згодом виявилось, поняття швидкості в хвильовій і корпускулярній теоріях світла різні. Відповідність між ними встановлюється таким чином: u = с2/v. Таким чином, досвід Фуко зовсім не свідчив проти корпускулярної теорії, як тоді вважалося. Проте " перемога" хвильових представлень дала імпульс для створення Максвелом хвильової електромагнітної теорії світла.