Интерференция

Слово интерференция до сих пор даже не выходило из стен академии, а между тем я не знаю ни одной ветви человеческих знаний, в которой было бы так много явлений разнообразных, любопытных и необыкновенных. Попробуем главное явление этой теории освободить от выражений ученого языка, и тогда, я уверен, она возбудит в публике полное к себе внимание.

Предполагаю, что солнечный луч прямо попадает на какой-нибудь экран, например на лист хорошей белой бумаги: освещенная часть ее сделается блестящей; но поверят ли мне, если я скажу, что от меня зависит уничтожить блеск этой части, не преграждая света и не дотрагиваясь до бумаги?

В чем же состоит магическое средство, превращающее свет в темноту, день в ночь? Оно удивительнее самого явления и состоит в том, что надобно на бумагу нашу направить другой солнечный луч, изменив немного его путь. Казалось бы, что два луча, соединившись, должны увеличить блеск освещаемого ими предмета; напротив, они взаимно уничтожаются, происходит темнота от соединения света со светом.

Новое явление требует нового названия: явление, в котором два луча, соединяясь, взаимно уничтожаются или вполне или отчасти, назвали интерференцией.

В 1665 г. Гримальди уже видел легкие признаки взаимного действия солнечных лучей; но как он упомянул об опыте, в котором оно едва заметно, и ничего не сказал о средствах сделать его очевидным; то наблюдение Гримальди осталось без последствий.

Изыскивая физическую причину радужных цветов, испещряющих мыльные пузыри, Гук думал, что она заключалась в интерференции, и даже весьма остроумно указал на некоторые обстоятельства, необходимые для столкновения лучей; но как его теория не была подкреплена опытами, и Ньютон, зная ее, не удостоил даже критикой в своей оптике, то в продолжение более столетия никто о ней не вспомнил.

Опытное и полное доказательство явлений интерференции навсегда останется славой доктора Томаса Юнга. Исследования этого знаменитого физика были доведены до открытия общих начал, о которых упомянуть здесь считаю необходимым.

Два луча света не могут взаимно уничтожаться, если они не выходят из одного источника, т. е. если они не выходят из одной и той же частицы светящегося тела. Лучи из одного солнечного края не интерферируются лучами из другого края или из его центра.

Из множества цветных и различной преломляемости лучей белого цвета могут интерферировать только лучи одного цвета и одной преломляемости: как ни переменяйте опыты, красный луч никогда не уничтожится зеленым.

Лучи из одного источника и одного цвета постоянно соединяются и не действуют друг на друга, сила их освещения равняется сумме сил освещения каждого из них, если до мгновения их соединения они проходили равные пути.

Итак, интерференция может происходить только в том случае, когда лучи проходят пути неравные; но не при всякой разности путей лучи интерферируются: есть разность, при которой они не уничтожаются, а соединяются и увеличивают силу освещения.

Когда определится наименьшая разность путей, при которой лучи соединяются, не действуя друг на друга, тогда можно получить все разности путей, при которых повторяется то же самое явление: для этого надобно только упомянутую разность удвоить, учетверить, и проч.

Если знаем разность путей, при которой лучи взаимно уничтожаются; то для произведения того же явления надобно ее утроить, повторить пять раз и пр. или вообще помножить ее на числа нечетные.

Что же касается до разностей путей, не содержащихся между двумя рядами упомянутых чисел, то при них свет уничтожается только отчасти или только ослабляется.

Приведенные ряды чисел, определяющих или интерференцию, или соединение лучей без взаимного действия, изменяют свои величины для лучей разных цветов; наименьшие числа соответствуют лучам фиолетовым, синим и голубым; наибольшие же — красным, оранжевым, желтым и зеленым. Итак, когда два белых луча пересекаются в какой-нибудь точке, тогда может случиться, что из всех их цветных лучей уничтожаются, например, только лучи красные: в этом случае точка их соединения кажется зеленой, потому что белый луч, потеряв красный, кажется зеленым.

Поэтому при ослаблении белого цвета интерференция обнаруживается окрашиванием. Столь необыкновенные явления, может быть, возбудят любопытство узнать числовые величины разностей между путями света, и потому я скажу, что красный луч из условий соединения в условие уничтожения переходит при перемене его пути только на три десятимиллионные доли миллиметра.

Разность между путями двух одноцветных лучей из одного источника света производит их соединение или взаимное уничтожение только в том случае, когда тот и другой луч проходят через одно и то же тело, твердое, жидкое или газообразное; в противном случае надобно принимать в расчет величину и преломляющуюся способность тела, проходимого отдельно каждым лучом: это доказал один из членов академии (Араго). С постепенною переменою толстоты тел, проходящие через них лучи могут или уничтожаться, или соединяться, совершая совершенно равные пути.

Никогда не случается, чтоб какая-нибудь часть пространства освещалась только прямым светом; множество лучей из одного и того же источника достигает до нее после более или менее косвенных отражений или преломлений; из всего предложенного понятно, как много может быть явлений взаимного их пересечения и как напрасно искали их причину, пока была неизвестна интерференция. Однако же заметим, что до сих пор ничего не сказано о возможности приложения законов ее к тем случаям, когда лучи до их соединения подвергаются перемене, известной под именем поляризации. Этот важный вопрос был предметом тяжелого труда, предпринятого Френелем с одним из его друзей (Араго). Издавая в свет свои труды, они дали пример, как должно беспристрастно означать участие каждого сотрудника, если не в производстве различных опытов, то, по крайней мере, в их изобретении. Такой пример стоит подражания, потому что подобные товарищества часто обращаются в ссору: публика иногда по одному капризу судит о сотрудниках не на основании совершенного их равенства и оскорбляет самолюбие, одну из человеческих страстей, с которой надобно обходиться весьма осмотрительно.

Вот результаты совокупных исследований; о них должны упомянуть, если не по важности, то по крайней мере по необыкновенности следствии.

Два луча, перешедшие прямо из состояния естественного в состояние поляризации по одному направлению, сохраняют свою способность интерферироваться: они или соединяются, или взаимно уничтожаются, как лучи обыкновенные, и при тех же самых обстоятельствах.

Два луча, переходящие непосредственно из состояния естественного в состояние поляризации прямоугольной, навсегда теряют способность интерферироваться; сколько угодно изменяйте их пути, натуру и толстоту проходимых ими середин и посредством отражения приводите их в поляризацию параллельную, — никогда не заставите их взаимно уничтожаться.

Но если два луча прежде поляризации по двум перпендикулярным направлениям были поляризованы параллельно, то для возобновления их способности интерферироваться надобно только поляризовать их параллельно по произвольному направлению.

Нельзя воздержаться от удивления, когда в первый раз узнаем, что два луча способны взаимно уничтожаться, или когда узнаем, что от соединения света со светом происходит темнота; но не более ли удивительно, что лучи могут терять эту способность, и притом один луч теряет ее временно, а другой навсегда? В этом отношении теория интерференции кажется более бредом болезненного мозга, нежели строгим, необходимым следствием многочисленных опытов, не подлежащих никакому возражению. Этого мало: интерференция достойна внимания физиков не по одной странности своих явлений; Френель нашел в ней ключ ко всем прекрасным явлениям окрашивания, происходящего в кристаллических пластинках, способных производить двойное преломление. Товарищ наш разобрал эти явления со всей подробностью, определил самые таинственные их законы, доказал, что они суть следствия интерференции, уничтожил многие ученые выдумки, которым следовали или по их странности, или из уважения к именам их изобретателей. Наконец замечаю, что хотя здесь, как во всякой науке, идущей вперед, явления усложняются, однако в то же время причины становятся проще и очевиднее.