§ 116. Исторические замечания

Вскоре после создания электромагнитной теории света Максвелл показал, что основные соотношения оптики кристаллов, развитой Френелем на основе волновой упругой теории света, можно получить, если ввести анизотропию диэлектрических коэффициентов.

Во времена Максвелла следствиями электромагнитной теории света, доступными экспериментальной проверке, были: 1) утверждение о равенстве электродинамической постоянной и скорости света в вакууме и 2) соотношение Максвелла для показателя преломления

Определением электродинамической постоянной занимались Вебер и Кольрауш (1856), Максвелл (1868), А. Г. Столетов (1881), Р. А. Колли (1885) и другие. Утверждение Максвелла было подтверждено с высокой степенью точности.

В 1872 году Л. Больцман осуществил проверку соотношения в области оптики. В области радиоволн такая работа проделана после открытия электромагнитных волн (§ 51). Для изучения преломления радиоволн Герц, например, воспользовался призмой из твердого изолятора (асфальта).

Проверку соотношения надо производить для волн возможно меньших частот, так как определяется для статических и медленно меняющихся полей. На это положение, предвидя значение дисперсии, указывал Максвелл. Для определения Н. И. Шиллер (1874) применил метод электрических колебаний конденсатора, a Лехер и Друде разработали способ определения при помощи изучения скорости распространения волн вдоль проводов.

В конце XIX в. особое значение приобрели работы, имеющие целью устранить разрыв между границами известных интервалов электромагнитных волн.

В 1895 году П. Н. Лебедев получил электромагнитные волны с длиной волны в 6 мм. П. Н. Лебедев показал, что в двуосных кристаллах серы эти волны испытывают двойное лучепреломление. Разрыв между радио- и инфракрасными волнами был заполнен в 1922 году А. А. Глаголевой-Аркадьевой, которая с помощью массового излучателя получила радиоволны длиной от А = 82 до десятков миллиметров. В 1895 году Рентген открыл названное его именем излучение. По теории, высказанной в 1896 году Стоксом и развитой Вихертом (1896) и Д. Д. Томсоном (1897), излучение Рентгена является электромагнитным и возникает при торможении быстрых электронов в антикатоде рентгеновской трубки. Таким образом, было показано, что практически могут быть получены электромагнитные волны от произвольно длинных до сколь угодно коротких (граница в области коротких волн определяется кинетическими энергиями частиц, достигаемыми при современном состоянии ускорительной техники).

Коэффициент отражения света от неметаллического зеркала при Нормальном падении был найден Юнгом. Формулы для отражения поляризованного света, падающего под углом, установил Френель (1831). Теория Френеля встретилась с трудностями, характерными для упругостной волновой теории. Согласно этой теории при прохождении света через границу раздела двух сред, кроме поперечных отраженной и преломленной волн, должны появляться продольные волны. Френель получил формулы для коэффициента отражения поперечных волн, отбросив те граничные условия, которые приводят к появлению продольных волн. Таким образом, вывод формул (108.17) Френелем не может считаться корректным. То же относится и к теории Франца Неймана (1832).

Строгое обоснование формул Френеля дано Г. А. Лоренцом в его докторской диссертации (1875). Лоренц вывел граничные условия на поверхности раздела двух сред и использовал их для установления коэффициента отражения. После того как Г. Герц и О. Хевисайд привели уравнение Максвелла к современной форме, вывод граничных условий очень упростился (§ 74).

Подробное исследование полного отражения было выполнено в 1908 году A. А. Эйхенвальдом.

Основы оптики металлов были даны Максвеллом и развиты П. Друде, B. Фогтом и другими. Результаты теории экспериментально подтверждены работами П. Друде (1890), Гагена и Рубенса (1903). Проблема распространения волн вдоль проводов возникла в телеграфии в связи с прокладкой длинных линий (например, трансатлантического кабеля в 1857-1858 гг.). Телеграфное уравнение (название предложено А. Пуанкаре) было выведено в 1855 году В. Томсоном и в более общем виде Г. Кирхгофом в 1857 году. О. Хевисайд для расчета устанавливающихся процессов в длинных линиях разработал специальный математический метод — так называемое операционное исчисление (1892). Значительно раньше (1862) операторный метод разрабатывался русским математиком М. Ващенко-Захарченко. Однако в то время этот метод не мог получить применения. Сейчас операционный метод широко применяется для решения задач о переходных процессах.

Естественная активность тел была открыта Араго в 1811 году. Связь оптической активности с геометрическим энантиоморфизмом кристаллов обнаружил в 1821 году Гершель. Л. Пастер (1868) выдвинул мысль, что активность возникает вследствие асимметрии строения молекул. В 1874 году Вант-Гофф и Ле-Бель независимо друг от друга ввели представление о стереоизомерах и связали оптическую активность органических соединений с молекулами, не обладающими зеркальной симметрией.

Теория естественного вращения плоскости поляризации с точки зрения волновой теории света была развита О. Френелем (1825). Изложенная в § 118 феноменологическая теория переносит в область электродинамики представления Френеля. Она была развита П. Друде (1892) и В. Фогтом (1899).

Вращение плоскости поляризации в изотропном веществе, находящемся в магнитном поле, было открыто Фарадеем в 1848 году. Открытие влияния электрического и магнитного полей на световые явления подготовило почву для электромагнитной теории света Максвелла.