Поляризация

Я знаю, что нетрудно наскучить самым благосклонным слушателям, говоря об одном и том же предмете: что ж мне делать, когда труды Френеля вновь привели меня к двойному преломлению? Я займусь не способами раздвоения лучей, но постоянной в них переменной, производимой раздвоением, т. е. представлю главные основания новой ветви оптики, известной под именем поляризация света.

Всякий пучок света, падающий даже перпендикулярно на какую-нибудь естественную или искусственную сторону кристалла кислоугольной извести, разделяется на две части, из которых одна проходит кристалл без уклонения от своего пути и называется лучом обыкновенным; другая же, напротив, много преломляется, и поэтому весьма справедливо назвали ее лучом необыкновенным. Лучи обыкновенный и необыкновенный находятся в одной и той же плоскости, перпендикулярной к стороне кристалла. Надобно обратить полное внимание на эту плоскость, потому что она определяет направление луча необыкновенного, в следствие чего ей дали особенное название: ее назвали главным сечением.

После этих предварительных замечаний, для большей ясности следующего изложения, я сперва предполагаю, что главное сечение одного исландского кристалла расположено от севера к югу; ниже его, в некотором расстоянии, помещаем другой кристалл и его главное сечение расположим также по меридиану: что увидим, когда свет пройдет сквозь оба кристалла? На первый из них падает один пучок лучей, а выйдет из него два; поэтому надобно ожидать, что каждый пучок вновь раздвоится в другом кристалле, и увидим четыре пучка; совсем не то: лучи, вышедшие из первого кристалла, уже не раздваиваются во втором. Итак, свет, прошедший через верхний кристалл, изменяется в своей натуре, теряет способность двойного преломления.

Если вспомним, что такое лучи света, то описанное явление, доказывающее перемену их свойств, покажется достойным изучения даже для людей, которые смотрят на науки, как на предмет простого любопытства. Без сомнения, прежде всего придет на мысль, что каждый луч естественного света состоит из двух родов частиц: одни всегда преломляются обыкновенно, другие же — необыкновенно; но простейший опыт уничтожает это предположение. Когда главное сечение второго кристалла поворотим перпендикулярно к первому его положению, т. е. от запада к востоку, тогда луч, обыкновенный в верхнем кристалле, сделается необыкновенным в нижнем, и обратно.

Но в чем состоит существенная разность в этих двух опытах, производящих столь различные явления? В обстоятельстве весьма простом и, кажется, совсем неважном: главное сечение второго кристалла повернуто от востока к западу, вместо его направления от севера к югу, т. е. в первом случае главное сечение второго кристалла пересекало северную и южную стороны лучей, выходящих из первого кристалла, а во втором случае та же плоскость пересекала их стороны, восточную и западную.

Итак, в каждом из этих двух лучей стороны северная и южная чем-то отличаются от сторон восточной и западной; при том стороны северно-южные луча обыкновенного должны иметь одинаковые свойства со сторонами восточно-западными луча необыкновенного, так что если этот последний луч заставим сделать четверть оборота, то его нельзя уже отличить от первого луча. Хотя лучи света столь тонки, что сотни миллиардов их могут единовременно проходить сквозь скважину, проколотую иглой, однако теперь можем различать их стороны по их различным свойствам.

Когда физики говорят, что большой естественный или искусственный магнит имеет полюсы; тогда они хотят сказать, что некоторые точки в его поверхности одарены особенными свойствами, которых совсем нет в других точках или которых, по крайней мере, мы не замечаем. Не имеем ли права то же самое сказать о лучах света обыкновенных и необыкновенных, происходящих от двойного преломления в исландском кристалле, т. е. по противоположности их с лучами естественными, не можем ли назвать их лучами поляризованными, — лучами, получившими полюсы?

Но такое уподобление магниту луча поляризованного не должно выходить из законных пределов аналогии; надобно твердо помнить, что в луче диаметрально противоположные полюсы, кажется, совершенно одинаковы; различные же его полюсы постоянно находятся на концах взаимно перпендикулярных радиусов.

Линии, соединяющие, подобно диаметрам, тождественные полюсы в каждом луче, заслуживают особенного внимания: когда в двух лучах эти линии параллельны между собой, тогда говорят, что лучи поляризованы в одной и той же плоскости. Поэтому лучи бывают поляризованы под прямым углом, когда их тождественные полюсы находятся на взаимно перпендикулярных диаметрах.

Например, два луча, обыкновенный и необыкновенный, выходящие из всякого кристалла, всегда поляризованы под прямым углом.

Гюйгенс и Ньютон, уже перед концом XVII столетия, знали все, до сих пор предложенное мною о поляризации света. Казалось, не было предмета достойнее исследований физиков, а между тем надобно пропустить более столетия, чтобы встретиться, не говорю, с открытиями, но только с некоторыми попытками для усовершенствования этой части оптики.

В истории всех наук находим множество подобных несообразностей; в каждой из них бывают периоды, в которые, после великих трудов, предполагают, что довели науку до крайнего ее совершенства. Тогда производители опытов становятся весьма робкими; думают, что они выйдут из пределов скромности, будут обвинены в святотатстве, когда наложат дерзкую руку на границы, установленные знаменитыми их предшественниками, и обыкновенно довольствуются поправкою числовых данных или наполнением некоторых промежутков, часто посредством больших трудов, но по большей части незамечаемых публикой.

Вообще опыты Гюйгенса ясно показали, что исландский кристалл изменяет существенные свойства света, и после первого их раздвоения лучи или не разделяются, или опять разделяются, смотря по той стороне, какую встретят они в другом кристалле; но эти изменения относятся только к двойному преломлению: прочие свойства света остаются ли неприкосновенными?

Труды одного из наших знаменитых товарищей, в молодости похищенного у наук, позволяют мне отвечать на этот важный вопрос. Действительно, Малюс открыл, что при отражении в лучах поляризованных происходят не те явления, какие видим в лучах естественных, которые, как всем известно, отчасти отражаются, падая даже на самые прозрачные тела под всякими углами и при всяком положении отражающей поверхности относительно их сторон. Напротив, для луча поляризованного зеркало может быть приведено в такое положение относительно его полюсов, при котором отражение совсем уничтожается, если луч падает под известным углом, изменяющимся с веществом отражающей поверхности.

Это любопытное явление доказало, что не одним двойным преломлением можно различать свет естественный от света поляризованного; но оно все еще оставалось единственным средством для поляризования лучей, как новое открытие Малюса удивило и научило ученых, что существуют не столь тайные способы поляризования: простейшее оптическое явление, отражение от прозрачного тела, поляризует свет; именно: он поляризуется, когда отражается от воды под углом в 37° и от стеклянного зеркала под углом в 35°20′. Отражением света занимались уже наблюдатели времен Платона и Евклида; после них много делали опытов, составляли много теорий относительно отражения, и на его законе устроено множество старых и новых снарядов; но между людьми образованными и искусными художниками в продолжение двух тысяч трехсот лет не нашлось ни одного ученого, который бы догадался, что отражение способно не для одной перемены направления света, не для одного соединения или разделения его лучей; никто не воображал, что отраженный свет отличается от света падающего, и что перемена направления изменяет его натуру. Таким образом, в продолжение тысячелетий наблюдатели сменялись одни другими и ежедневно бесполезно держали в своих руках источник прекраснейших открытий.

Малюс, как я сказал, был счастливее всех своих предшественников, — открыл новое средство поляризации; но это средство и старый способ Гюйгенса поляризуют свет совершенно одинаково; лучи, отраженные и разделенные исландским кристаллом, ничем не различаются между собой; один из членов нашей академии (Араго) нашел совершенно новый род поляризации, обнаруживающейся совсем другими явлениями. Лучи, измененные этим родом поляризации, пройдя через исландский кристалл, также дают два изображения предмета, но изображения, окрашенные живым и однообразным цветом. Хотя падает свет белый, однако обыкновенный луч представляется вполне красным, оранжевым, желтым, зеленым, голубым и фиолетовым, смотря по стороне, которою главное сечение кристалла пересекает падающий луч; что же касается луча необыкновенного, то он не только не походит на луч обыкновенный, но окрашивается цветами дополнительными: если один из этих лучей бывает красным, то другой выходит зеленым, и т. д. для всех цветов призматических.

Когда новым способом поляризованные лучи отражаются от прозрачного зеркала, тогда замечаются не менее любопытные явления. Действительно, вообразим, что один из таких лучей имеет вертикальное положение и с отражающим зеркалом встречается под углом почти в 35°; зеркало находится на правой стороне луча, и не переменяя своего наклонения, может переходить на левую, вперед, назад и принимать все промежуточные положения. Падающий луч белый, отражаясь при всяком положении зеркала, уже не будет иметь этого цвета: он будет то красный, то зеленый, голубой, синий и фиолетовый, смотря по той стороне, которою первоначальный луч встречается с зеркалом; и притом цветные лучи последуют в означенном порядке, когда зеркало переходит через все возможные положения. В этом явлении нужно допустить уже не четыре полюса в двух перпендикулярных направлениях, — видим тысячи полюсов; каждая точка окружности луча имеет отличительное свойство; каждая сторона отражает особенный цвет. Такое удивительное перемещение белого луча позволяет разлагать его на цветные посредством отражения. Однако же надобно признаться, что цвета не имеют той однородности, с какой выходят они из ньютоновой призмы; но предметы не искажаются, что во многих исследованиях составляет главное дело.

Из этого видно, что для знания, поляризован ли луч по способу Гюйгенса и Малюса или по новому способу, называемому цветной поляризацией, стоит только подвергнуть его двойному преломлению; но два белые и равно ясные изображения, видимые через исландский кристалл, не доказывают, что они составляются из обыкновенного света, и это открытие сделано опять Френелем. Он первым показал, что луч может иметь одинаковые свойства во всех точках своей окружности, не являясь светом естественным. Чтоб объяснить это примером, я скажу, что естественный луч, подвергаясь двойному преломлению в кристаллической пластинке, дает два белых изображения, а в таких же обстоятельствах луч Френеля разлагается на два луча цветных.

Итак, лучам, обыкновенно поляризованным, можно сообщать новое изменение, независимое от их сторон, подвергая их двум полным отражениям от приличных стеклянных поверхностей: такое изменение называют круговой поляризацией.

Обыкновенный физик, вероятно, удовольствуется открытием незамеченного еще рода поляризации и не будет продолжать своих исследований; но Френель руководствовался не одним тщеславием, — имел высшие намерения: по его мнению, ничего не сделано, когда еще остается что-нибудь сделать; он хотел знать, нет ли других способов для произведения круговой поляризации, и, по обыкновению, его труды были награждены замечательным открытием, которое можно выразить двумя словами: есть особенный род двойного преломления, сообщающий свету круговую поляризацию. Этот род двойного преломления зависит не от натуры кристалла, но от особенной его отделки, показанной Френелем. Свойства лучей, поляризованных кругообразно, привели нашего товарища еще к новым и весьма любопытным способам производить поляризацию цветную.

Во все времена и во всех странах встречаются весьма странные люди, которые любят прославлять людей умерших, но недоброжелательно смотрят на своих современников! Появится открытие, — они отвергают его, оспаривают его новость, находя что-то сходное в темных и забытых сочинениях древних или старых ученых, или, наконец, утверждают, что открытие обязано слепому случаю.

Не знаю, точно ли люди нашего века лучше своих предшественников, но только не являлось ни одного сомнения в точности, новости и важности описанных здесь открытий; касательно же случайности, молчала самая слепая зависть, потому что снаряды, употребляемые Френелем для изучения круговой поляризации, были весьма сложны и совершенно сообразны с целью исследований. Поэтому, может быть, необходимо заметить, что большая часть из них была устроена на основаниях теоретических, без которых нельзя понимать многие опыты нашего товарища. Кто пишет историю науки, тот обязан во всей ясности и точности представлять открытия, прославившие людей с особенными дарованиями, но вместе с тем он не должен наводить робость на готовящихся вступить на ученое поприще.