Интерференция

Поводом к прекраснейшему открытию Юнга, к открытию навсегда прославившему его имя, было, по-видимому, самое ничтожное явление: разноцветные мыльные пузыри, столь легкие, что отделившись от соломинки забавляющегося ими школьника, они повинуются самому незаметному течению воздуха. Просвещенным слушателям, без сомнения, не нужно объяснять, что важность всякого явления в науке не зависит ни от трудности воспроизводить его, ни от его редкости и даже ни от его пользы в искусствах, и потому, не уменьшая достоинства юнгова открытия, я мог сказать, что оно тесно связано с детской игрушкой. Для оправдания себя я даже не имею надобности напоминать ни о яблоке, которое, упав неожиданно к ногам Ньютона, возбудило в нем идеи о великом законе, управляющем небесными движениями, ни о лягушке, которой новая физика обязана вольтовым столбом. Но не будем произносить негромкие слова «мыльные пузыри», а предположим, что физик для предмета своих опытов избирает чистую воду, т. е. такую жидкость, которая, будучи очищена перегонкой, окрашивается самыми легкими, едва заметными оттенками зеленоватого и голубого цвета только в том случае, когда она получает значительную толщину. Потом я спрашиваю, что подумают о добросовестности физика, если он без предварительного объяснения начнет утверждать, что этой жидкости он может сообщать самые блестящие цвета, может делать ее фиолетовой, голубой, зеленой, желтой, как померанец, и красной, как пурпур, не примешивая к ней ничего постороннего, не переменяя пропорции составляющих ее газов? Поверят ли нашему физику, когда он прибавит: для окрашивания воды надобно только превратить ее в тончайшую пленку; тонкость и окрашивание суть синонимы; переход от одного цвета к другому есть необходимое следствие изменения толщины водяного слоя, и для этого перехода толщина водяного слоя не переменяется даже на тысячную долю волоса? Несмотря на невероятность такого учения, оно есть необходимое следствие наблюдений над игрою цветов на мыльных пузырях и даже на всяких тонких пластинках.

Чтоб понять, почему явление, ежедневно и всеми видимое в продолжение двадцати столетий, не обращало на себя внимание физиков, надобно вспомнить, что не многие одарены способностью удивляться кстати.

Бойль первый спускался в этот богатый рудник; но он составил только подробное описание всех разнообразных обстоятельств, производящих радужные цвета. Его товарищ Гук шел далее: причину таких цветов приписывал он взаимному пересечению лучей света, или — как он сам выражается — взаимному пересечению волн, отражающихся от двух поверхностей тонкой пластинки. Такое мнение, как видите, есть вдохновение гения; но никто не мог понять Гука в то время, когда состав белого цвета был неизвестен.

Цвета на тонких пластинках были любимым предметом исследований Ньютона, посвятившего им целую книгу своей бессмертной оптики; он открыл законы их образования посредством длинного ряда удивительных опытов. Окружая однородным светом правильные радужные кольца, о которых говорил Гук и которые образуются около точки соприкосновения двух выпуклых стекол, Ньютон доказал, что во всяких тонких пластинках каждому простому цвету соответствует особенная их толщина, от которой не отражается уже никакой другой цвет. Вот главный вывод Ньютона; вот ключ ко всем относящимся сюда явлениям.

Но теория, выведенная Ньютоном из его наблюдений, неудовлетворительна: сказать, что отражающийся луч находится в приступе легкого отражения; сказать, что луч, проходящий сквозь пластинку, находится в приступе легкого прохождения, не значит ли описать темными словами то, что показывает опыт с выпуклыми стеклами?

Теория Томаса Юнга не подлежит подобной критике. Здесь никакой приступ не считается основным свойством света, и сверх того, тонкая пластина во всех отношениях подобна толстому зеркалу из того же вещества. Когда в некоторых ее точках не видно никакого света, тогда Юнг не говорит, что его отражение прекратилось: он предполагает, что при некотором особенном положении этих точек лучи, отраженные от второй поверхности, совершенно уничтожаются. Такое столкновение лучей, принятое Юнгом, называется ныне интерференцией.

Никто не будет спорить, что предложение Юнга весьма странно. Действительно, нельзя не удивляться, что темнота происходит там, где точки пластинки освещаются полным и свободным солнечным светом; нельзя не удивляться, что темнота происходит от присоединения света к свету!

Физик имеет полное право хвалиться открытием, непонятным для обыкновенных умов; но он должен предложить убедительные доказательства; в противном случае он будет походить на тех восточных писателей, которые фантастическими мечтами забавляли султана Шахриара в продолжение тысячи и одной ночи.

Юнг сперва не исполнил такого справедливого требования: он доказал только, что его предположение может быть применено к описанным явлениям, и хоть после предложил истинные доказательства, но уже предубеждение к его учению утвердилось и не могло быть уничтожено даже несомненным опытом.

Два луча, истекающие из одного источника, но проходящие немного разные пути, непременно пересекутся в какой-нибудь точке пространства. Поместите в этой точке кусок белой бумаги: всякий отдельный луч ярко осветит ее; но когда соединятся два луча, тогда свет исчезнет, за днем наступит ночь.

Два луча не всегда уничтожаются вполне в точке их сопересечения; иногда они потемняются отчасти, иногда же, соединяясь, увеличивают яркость освещения. Все зависит от разности между их путями, и при этом соблюдаются весьма простые законы, открытие которых во всякое время обессмертило бы всякого физика.

Разность между путями лучей, необходимая для их уничтожения при взаимной встрече, переменяется с цветом лучей. Когда сопересекаются лучи белые, тогда может случиться, что уничтожается только одна из их составных частей, например, уничтожается луч красный. Но белый свет без красного превращается в зеленый: следовательно, сопересечение лучей может сопровождаться окрашиванием, и в таком случае обнаруживаются составные части белого света без разделяющей его призмы. Но теперь вспомните, что нет ни одной точки в пространстве, в которой бы лучи, истекающие из одного источника, не пересекались после более или менее косвенного отражения, и вы поймете, какое обширное поле для исследований открыла интерференция!

Когда Юнг объявил своею теорию, тогда наблюдатели знали уже много явлений периодических цветов, но не умели объяснять их. К числу таких явлений принадлежат: кольца, образующиеся через отражение не на тонких пластинках, а на толстых стеклянных зеркалах с немного кривыми поверхностями; те радужные полосы разной ширины на краях, иногда же внутри, теней, отбрасываемых непрозрачными телами, которые в первый раз заметил Гримальди, которые не мог объяснить Ньютон и которые наконец объяснены Френелем; дуги, окрашенные красными и зелеными цветами, усматриваемые непосредственно ниже семи призматических цветов радуги и казавшиеся столь непонятными, что о них даже перестали упоминать в физических сочинениях; наконец, венцы около Солнца и Луны с ясными цветами и с беспрестанно изменяющимися диаметрами.

Если бы я захотел удовлетворить людей, уважающих теории только за их очевидную практическую пользу, то я не мог бы кончить исчисления всех явлений в периодических цветах, не говоря даже о кольцах, заслуживающих внимание своею правильностью и чистотой цветов и образующихся при прохождении света сквозь мельчайшие частицы (через пыль) или через волокна одинаковых размеров. Такие кольца навели Юнга на мысль о составлении снаряда, названного им эриометром, и посредством которого можно измерять самые мельчайшие тела. Эриометр, еще мало известный наблюдателям, имеет много преимуществ пред микроскопом, потому что он тотчас определяет среднюю величину бесчисленного множества частиц, помещающихся в поле зрения. Кроме того, эриометр отличается странным свойством: он остается безгласным, когда частицы значительно различаются своими величинами, или другими словами — когда вопрос об определении их величин не имеет никакого смысла.

Юнг употребил свой эриометр для измерения шариков крови различных животных, для измерения растительной пыли, шерсти, употребляемой для различных тканей, начиная с драгоценной шерсти бобра и доходя до шерсти овец суссекского графства, которая более, нежели вчетверо толще шерсти бобровой.

До Юнга никто не мог объяснить упомянутые цветные явления, даже никто не видал между ними связи. Например, Ньютон, много занимавшийся этими явлениями, не понимал связи между цветами на тонких пластинках и цветными полосами при изгибе света или при дифракции. То и другое явление Юнг подчинил интерференции. Потом, когда была открыта цветная или хроматическая поляризация, тогда из некоторых измерений он вывел замечательные числа, которые, рано или поздно, эту странную поляризацию присоединят к его теории. Впрочем, надобно признаться, что в его время трудно было сблизить интерференцию с цветной поляризацией: тогда многие важные свойства света были еще совсем неизвестны, так что никто не мог предвидеть, какие изменения в двойном преломлении произойдут от уничтожения сопересекающихся лучей. Но Юнгу принадлежит честь открытия новых способов исследования света; он первый начал объяснять смысл оптических иероглифов.