§ 148. Поперечность световых волн и электромагнитная теория света

Гипотезы § 145 настолько полно и хорошо позволили объяснить все детали опытов с турмалином, что можно считать эти гипотезы вполне обоснованными. Важнейшей из них является вывод о поперечности световых волн. С помощью представления о поперечных световых волнах удается также превосходно объяснить и многочисленные другие явления, связанные с поляризацией света. Таким образом, обширная и разнообразная группа явлений поляризации света служит надежным обоснованием идеи, согласно которой световая волна есть волна поперечная, т. е. направления колебаний в ней перпендикулярны к направлению распространения волны.

Признание световых волн поперечными имело очень большое значение в учении о свете. Френель, Юнг и другие исследователи, обосновавшие волновую природу света, полагали, что световые волны имеют характер упругих волн, распространяющихся в особой среде, заполняющей все пространство и названной световым эфиром. Впоследствии, однако, выяснилось, что гипотеза упругого эфира и представление о свете как об упругих волнах не могут удовлетворительно объяснить ряд вновь открытых явлений. Так, были установлены факты, обнаруживавшие тесную связь между электромагнитными и оптическими явлениями. Из этих фактов на первом месте стояли опыты, показавшие возможность воздействовать при помощи магнитного или электрического поля на характер поляризации света. Далее было открыто влияние электрического и магнитного полей на частоту света, испускаемого атомами, и возможность при помощи света вызывать некоторые электрические процессы (например, фотоэффект; см. ниже, § 183) и т. д. Связь между оптическими и электромагнитными явлениями нашла свое выражение в электромагнитной теории света, выдвинутой Максвеллом в 1876 г. (см. § 58).

Электромагнитная теория света устранила все трудности, связанные с гипотезой упругого твердого эфира. Для понимания процесса распространения электромагнитных волн нет надобности предполагать мировое пространство заполненным каким-либо веществом. Электромагнитные волны (в том числе и свет) могут распространяться и в вакууме (ср. § 33). Электромагнитная волна представляет собой (см. §§ 54 и 59) распространение переменного электромагнитного поля, причем напряженности электрического и магнитного полей перпендикулярны друг к другу и к линии распространения волны: электромагнитные волны истеричны. Таким образом, поперечность световых волн, доказанная опытами по поляризации света, естественно объясняется электромагнитной теорией света. В световой волне, как и во всякой электромагнитной волне, имеются одновременно два взаимно перпендикулярных направления колебаний: направления колебаний напряженностей электрического и магнитного полей. Все, что мы говорили о направлении световых колебаний, относится к направлению колебаний напряженности электрического поля. В частности, специальные опыты позволили установить, что в волне, прошедшей через турмалин, колебание напряженности электрического поля направлено вдоль оптической оси турмалина.