ПОЛЯРИЗАЦИЯ

Еще во времена Ньютона было известно, что луч света, проходящий через кристалл исландского шпата, расщепляется на два преломленных луча; это явление называется двойным лучепреломлением (фиг. 261). Такое же явление наблюдается и в кристалле турмалина.

Фиг. 261.

Если скомбинировать кристалл исландского шпата с кристаллом турмалина, то окажется, что в определенном положении турмалин пропускает только один из лучей, а будучи повернут на 90°, - другой (фиг. 262).

Создается впечатление, что два преломленных луча обладают различными свойствами и что кристалл турмалина ведет себя подобно прорези, пропускающей один луч в одном положении и другой, когда прорезь поворачивается на 90°. Далее, чрезвычайно важно то, что два преломленных луча не интерферируют друг с другом. Каждый из этих лучей, расщепленный с помощью какого-нибудь оптического метода, будет интерферировать сам с собой, но два преломленных луча, исходящих из одного источника, не интерферируют друг с другом, как будто бы свет состоит из двух независимых компонент, разделенных благодаря какому-то удивительному свойству кристаллов турмалина и исландского шпата.

Фиг. 262.

Френель обсуждал это явление с Ампером, и последний выдвинул предположение, что система световых волн может состоять из двух взаимно перпендикулярных колебаний. Френель развил эту идею, предположив, что волна, связанная со светом, носит характер смещения, перпендикулярного направлению распространения света (фиг. 263). Явление поляризации проявляется, таким образом, в том, что кристаллы исландского шпата и турмалина благодаря своему строению разделяют луч света на две его перпендикулярные составляющие. Далее, так как эти составляющие независимы, они не могут интерферировать. Горизонтальное смещение в сумме с вертикальным не могут взаимно уничтожиться.

Фиг. 263.

Если интерпретировать волновую функцию как смещение в каждой точке пространства, то этой функции можно приписать не только определенное численное значение, но и определенное направление.

Фиг. 264. Поперечная волна.

Фиг. 265. Продольная волна.

Например, смещение пружины может быть либо перпендикулярным самой пружине (фиг. 264) (т. е. перпендикулярным направлению распространения волны, которая в этом случае называется поперечной), либо параллельным ей (фиг. 265) (продольная волна).

Фиг. 266.

Фиг. 267.

Вдоль цепочки костей домино бежит продольная волна (фиг. 266). Волны в газах тоже продольные, так как движение в них передается от слоя к слою (фиг. 267). В общем случае в газах и жидкостях могут распространяться лишь продольные волны. Только в твердых телах могут существовать поперечные волны.

«При таком взгляде на вещи [пишет Френель] акт поляризации больше не состоит в возбуждении поперечных движений, а состоит в разложении их вдоль двух независимых и взаимно перпендикулярных направлений и выделении каждой из этих двух компонент. Ибо только в этом случае колебания в каждой из составляющих будут происходить в одной плоскости» [14].

Если подходить к этому выводу абстрактно, никаких вопросов не возникает. Все полученные ранее результаты остаются верными, за исключением того, что свет теперь следует считать состоящим из двух независимых смещений: горизонтального и вертикального. Однако стоит задать лишь один щекотливый вопрос: «О смещении чего здесь говорится?», - как сразу же все дело значительно усложняется. Смещения в направлении распространения возможны в газах или жидкостях, смещения же, перпендикулярные направлению распространения, возможны лишь в твердых телах. Известно, что свет может распространяться в межпланетном пространстве, т. е. практически в вакууме. Но если свет — смещение, перпендикулярное направлению его распространения, то непонятно, о смещении какой среды идет речь. Можно ли поверить, что свет есть смещение среды, которая более разрежена, чем воздух (почти вакуум), и одновременно обладает упругими свойствами твердого тела? Юнг писал:

«Эта гипотеза мистера Френеля, по крайней мере, чрезвычайно остроумна, и с ее помощью можно проводить удовлетворительные расчеты; однако ее сопровождает одно обстоятельство

следствия которого поистине ужасающи... До сих пор считалось, что только твердые тела обладают поперечной упругостью, поэтому если принять те различия, которые описывает сам вдохновитель волновой системы в своих «Лекциях», то можно прийти к выводу, что светоносный эфир, заполняющий все пространство и проникающий почти во все вещества, не только упруг, но и абсолютно тверд!!!» [15].