Краткая история оптики

Ньютон допускал возможность волновой интерпретации световых явлений, но отдавал предпочтение корпускулярной концепции, считая свет потоком частиц, действующих на эфир и вызывающих в нем колебания. Существенное значение для понимания поляризации света имело ее проявление в эффекте интерференции света. Именно тот факт, что два световых луча, линейно поляризованных, под прямым углом друг к другу не интерферируют, явился решающим доказательством поперечности световых волн. Работы Юнга, Френеля и Араго (1816–1819) в этом направлении определили победу волновой теории.

Тем временем в работах П.С.Лапласа и Ж.Б.Био развивалась далее корпускулярная теория. Ее сторонники предложили считать объяснение явления дифракции достойным премии, учрежденной на 1818 г. Парижской Академией наук. Но эта премия была присуждена А.Ж.Френелю, исследования которого основывались на волновой теории. В этом же году Френель занялся весьма важной проблемой влияния движения Земли на распространение света. Араго экспериментально обнаружил, что, помимо аберрации, нет различия между светом от звезд и светом от земных источников. На основании этих наблюдений Френель создал теорию о частичном увлечении светового эфира движущимися телами, которая была подтверждена в 1851 г. прямыми измерениями А.И.Л.Физо. Вместе с Араго Френель исследовал интерференцию поляризованных лучей света и обнаружил, что лучи, поляризованные во взаимно перпендикулярных плоскостях, никогда не интерферируют. Этот факт нельзя было согласовать с общепринятым тогда предположением о продольности световых волн. Юнг, узнавший об этом открытии от Араго, нашел разгадку возникшего противоречия, предположив, что световые колебания поперечны.

Поляризация света нашла объяснение в трудах Дж.Максвелла.Дж.Максвеллом показано, что свет представляет собой не упругие колебания, а электромагнитные волны. Друде, Гельмгольцем и Лоренцем при построении электронной теории вещества были объединены идеи об осцилляторах и электромагнитная теория света [9–11].

Исследования оптических явлений продолжались и в дальнейшем. А.Г.Столетов в 1888–1890 гг. обнаружил фотоэффект [12], который впоследствии был объяснен Эйнштейном на основе фотонных представлений. П.Н.Лебедев в 1899 г. открыл давление света [13]. Развитие оптики в ХХ столетии тесно связано с квантовой механикой и квантовой электродинамикой [14–17]. И хотя физическая сущность оптических явлений так и не получила удовлетворительного объяснения, было решено, что объяснение оптических явлений уже не нуждается в гипотезе существования эфира, что достаточно математических законов, описывающих эти явления. В настоящее время оптику принято подразделять на геометрическую, физическую и физиологическую.

Геометрическая оптика оставляет в стороне вопрос о природе света, исходит из эмпирических законов его распространения и использует представления о световых лучах, преломляющихся и отражающихся на границах сред с разными оптическими свойствами и прямолинейных в оптически однородных средах. Ее задача – математически исследовать ход световых лучей в среде с известной зависимостью показателя преломления среды от координат либо, напротив, найти оптические свойства и форму прозрачных и отражающих сред, при которых лучи проходят по заданному пути.

Физическая оптика рассматривает проблемы, связанные с природой света и световых явлений. Она утверждает, что свет есть поперечные электромагнитные волны, хотя природа этих волн ею не рассматривается. Ее разделом является волновая оптика, математическим основанием которой являются общие уравнения классической электродинамики – уравнения Максвелла. Свойства среды при этом характеризуются макроскопическими материальными константами – диэлектрической и магнитной проницаемостями, которые и определяют показатель преломления среды n = √ ε μ. Фактически это та же геометрическая оптика.

Физиологическая оптика, смыкающаяся с биофизикой и психологией, исследует зрительный анализатор от глаза до коры головного мозга и механизмы зрения.

Оптические спектральные исследования позволили во многом разобраться со строением вещества. Созданы многочисленные оптические приборы для самых различных целей, начиная от исследований микроскопических организмов и строения вещества до исследования Вселенной. Таким образом, достижения оптики как науки огромны. И при всем этом сущность оптических явлений и самого элементарного носителя света – фотона по-прежнему остается неизвестной…

Несмотря на то что оптика имеет давнюю историю, а попытки применения математического аппарата электродинамики начались сразу же после опубликования Максвеллом своих знаменитых уравнений, достаточно быстро обнаружилось и некоторое несоответствие распространения фотона законам Максвелла. Дело в том, что затухание света в полупроводящей среде (морской воде) оказалось полностью не соответствующим закону затухания плоской электромагнитной волны в такой среде.

Как известно, плоская электромагнитная волна затухает в полупроводящей среде в соответствии с законом Максвелла как:

Н = Н_о еxp((-0, 5μ _оμ σ ω)^0, 5 r) (9.1)

Здесь Н_о – напряженность магнитного поля на поверхности раздела сред, например на поверхности морской воды; μ - относительная магнитная проницаемость среды; σ – проводимость среды; ω = 2π f, f - частота электромагнитной волны; r – расстояние от поверхности раздела сред.

Практика обнаруживает полное подтверждение указанной формулы затуханию плоской радиоволны в морской среде и полное расхождение ее с затуханием света в прозрачной морской воде. При проводимости морской воды 1 Ом^–1· м^–1 на частоте 1 МГц практически полное затухание электромагнитной волны происходит на глубине в 3м. Учитывая, что

r₁/r₂ = (f₂/f₁)^0, 5 (9.2)

и что для зеленого света длина волны составляет 5, 6·10–7 м, что соответствует частоте 5·1014 Гц, получаем для расчетной по Максвеллу глубину проникновения света в морскую воду как:

r₂ = r₁ (10⁶/10¹⁴) ^0, 5 = 10^–4,

и таким образом, свет должен бы проникать на глубину не более чем 3·10^–4 м = 0, 3мм. Вместо этого свет проникает на глубину порядка 150 м. Таким образом, расхождение теории с практикой здесь составляет 500 тыс. раз! Теория объясняет это тем, что морская вода на таких частотах теряет свою проводимость, причины чего не объясняются. На самом деле это элементарно объясняется тем, что структура фотона ни в коей мере не соответствует структуре плоской радиоволны и в указанных расчетах полностью исключены два важнейших момента – пропорциональность энергии фотона общему числу вихрей, образующих фотон, и внутренняя энергия каждого вихря фотона.

1. Свет не является электромагнитной волной, отождествление его с электромагнитной волной в связи с равенством скоростей их распространения не может служить доказательством их тождества. Подтверждением этого является полное расхождение законов затухания света и электромагнитной волны в полупроводящей среде – в морской воде, где свет проникает на глубину на 5–6 порядков большую, чем электромагнитная волна.

2. Структуру фотона можно представить в виде двухрядной цепочки линейных винтовых вихрей эфира, в которой вихри одного ряда вращаются в одну сторону, вихри второго ряда – в противоположную. Каждый вихрь сжат в центральной своей части. Такая структура естественным образом объясняет корпускулярно-волновой дуализм, т. е. корпускулярные и волновые свойства света, объясняет поляризацию, спин, постоянство скорости относительно эфира в данной точке пространства и другие свойства света.

3. Все оптические явления можно интерпретировать с позиций эфиродинамики. Для основных оптических явлений – отражения и преломления света, интерференции, дифракции и аберрации – оказалось возможным построить соответствующие эфиродинамические модели, при этом существенно уточнены представления о сути оптических явлений, предсказано изменение знака спина фотона при каждом отражении от металлического зеркала, а также взаимодействие поляризованных лучей света.

4. Закон «красного смещения» спектров света Хаббла свидетельствует не о «разбегании Вселенной», а о потере энергии фотонами из-за вязкости эфира. Потеря энергии фотонами происходит по экспоненциальному закону с постоянной времени порядка 10 млрд лет.

5. Реликтовое излучение не является следствием «Большого взрыва», это последний этап существования фотонов, испущенных далекими звездами. На этом этапе фотоны утратили первоначальные структуру и направление распространения. Этим же обстоятельством можно объяснить границу видимой Вселенной: реальной границы у Вселенной нет, но, начиная с некоторого расстояния, фотоны не долетают до наблюдателя.

К оглавлению