Раскрывая тайны света. Принципы гюйгенса френеля

Световые явления являются для нас столь обыденными, что, воспринимая различные их проявления, мы даже не задумываемся о сущности происходящих процессов. Доля получения человеческим мозгом информации посредством именно световых явлений достигает девяноста процентов, что говорит об их громадной роли в нашей жизнедеятельности. Богатство красок окружающего нас мира, голубой оттенок неба, радуга, собственное отражение в зеркале являются предметом описания скорее для людей, настроенных лирически, чем обладающих научным складом ума. Но среди учёных и естествоиспытателей, стремящихся проникнуть в суть окружающих нас предметов и явлений, произвести их количественное измерение и качественную оценку нашлось немало желающих раскрыть тайну света.

Видео: Physics for Dummies. Lecture 54. Wave theory. The principle of Huygens - Fresnel

Первые исследователи световых явлений, чьи труды дошли до наших дней, знали о свойствах изогнутых поверхностей. Евклид (300 лет до н.э.) и Птоломей (127-151 гг.) смогли описать законы геометрической оптики, а вот практическое применение они уже получили значительно позже в конструкциях первых очков (1285 г.), телескопов (1450 г.), микроскопов (1595 г.).

Дальнейшее исследование световых явлений заставило перейти от геометрической оптики к волновой теории света, описание которой известно нам как принципы Гюйгенса-Френеля. Гюйгенс первым поставил под сомнение теорию Ньютона и предложил рассматривать световой луч не как поток мельчайших быстрораспространяющихся частиц, а как волну. Волновая теория Гюйгенса не только полностью подтверждала законы геометрической оптики, но и позволяла по-новому взглянуть на все световые явления. Взяв за основу выражение, что каждой точке среды, в которой происходит распространения волны, присуще свойство становиться источником вторичных волн, смог объяснить принцип Гюйгенса закон отражения света и другие явления, ранее описываемые теорией Ньютона. Но никак не поддавалось объяснению принципами новой теории понятие дифракции, да и сторонников ньютоновских взглядов оказалось так много, что споры об истинной природе света затянулись на сто лет.

Видео: Дифракция света

Объяснение понятию "дифракция света" принцип Гюйгенса-Френеля даёт путём определения её зависимости от длины волны. Звук за стеной мы слышим, свет же препятствие не огибает, а даёт тень. Но принципы Гюйгенса-Френеля этим примером никак не опровергаются. Дифракция присуща и световым волнам, но она столь незаметна из-за мизерности величины длины световой волны, что зафиксировать её было просто невозможно, и только Френель смог описать это явление, он также смог вычислить длину световой волны, которая составляет полмикрона (половину тысячной миллиметра).

Сделав существенный вклад в развитие и доказательство истинности волновой теории света в девятнадцатом веке, Френель по праву считается одним из её основоположников. Его имя вошло в историю мировой науки, а основы теории, заложенной в семнадцатом веке Гюйгенсом, принято называть "принципы Гюйгенса-Френеля".

Видео: Физика для школьников. Урок 3.6. Волновые и квантовые свойства света

Если вкратце подводить итог, то преимущества волновой теории света Гюйгенса заключаются в объяснении многих явлений, которым ньютоновская версия природы света объяснения не даёт. Наложение световых волн приводит к явлению интерференции, затемненные участки в виде колец Ньютона сам великий учёный не смог объяснить. Ведь по его теории наложение световых потоков должно было сопровождаться увеличением их силы. А проявление дифракции в световой волне смог подтвердить своими опытами Френель, чем полностью развеял сомнения в волновой природе света.

Новый взгляд на свойства светового луча, в основу которого легли принципы Гюйгенса-Френеля, дал толчок развитию научно-технической мысли. В результате мы стали свидетелями появления такого изобретения как лазер (60-е годы 20 ст.), ставший мощным инструментов в руках учёных, медиков, технологов. Фотографы получили возможность создавать свои шедевры, используя светофильтры, астрономы могут изучать состав далеких звёзд на расстоянии, и ещё много других областей человеческой жизнедеятельности обогатилось с появлением новых взглядов на природу обычного светового луча.