Эксперименты по дифракции света

Важное звено в комплексе астрофизических работ петербургских астрономов составляли эксперименты по дифракции света, для проведения которых в третьем этаже башни астрономической обсерватории по проекту Делиля была построена специальная камера-обскура. Ее оборудование, закупленное по распоряжению Петра I еще в 1722 г., позднее было передано Академии. В экспериментах участвовали Делиль, Майер, Крафт, Эйлер, Рихман, а возможно, и Бернулли. В математической обработке наблюдений помогали Бернулли, Герман и Эйлер.

Поскольку Академия не имела тогда физического кабинета, камеру-обскуру при обсерватории можно считать первой академической лабораторией, в которой молодые петербургские ученые под руководством Делиля и по его методике получали навыки экспериментальной работы. Так, Крафт и Рихман, увлеченные этими исследованиями, затем занялись физикой профессионально. После назначения Крафта профессором физики в 1731 г., он поднял вопрос об организации физического кабинета, который и был создан впоследствии по образцу маленькой камеры-обскуры при обсерватории. С 1741 г. к этим исследованиям подключился и Ломоносов.

Можно полагать, что эксперименты в камере-обскуре привлекали многих зрителей. В числе зрителей несомненно были все стажеры обсерватории, а также некоторые преподаватели и студенты гимназии и университета. Не случайно, что Кантемир, обучавшийся в это время в Академическом университете, так ярко описал оборудование физической лаборатории, где проводились оптические эксперименты. Зрелище таких опытов было наглядной агитацией в пользу учения Ньютона. Именно так воспринимали это Кантемир, Вольтер [197] и многие их современники.

Основные результаты проведенных опытов по дифракции света были опубликованы в большой статье Делиля «Эксперименты по свету и цветам», включенной в сборник работ, посвященных 25-летию его научной деятельности [132, с. 205—266]. Сборник вышел в 1738 г., однако, по утверждению Миллера, уже с 1735 г. был вполне подготовлен к печати [50, т. 6, с. 497]. Статья содержала детальный обзор всех работ по дифракции света, начиная с Гримальди и Ньютона и кончая современниками Делиля. В ней тщательно анализировались достоинства и недостатки этих экспериментов, приводились материалы парижской дискуссии о дифракции света 1717 г., а также результаты 257 экспериментов, выполненных самим Делилем или под его руководством.

На основании проведенных в Петербурге лабораторных исследований удалось надежно установить все основные свойства дифракции света. Так, Делиль устранил допущенную Ньютоном ошибку и четко отметил наличие дифракционных полос в тени тел. Была выяснена кривизна дифракционной картины, независимость дифракционной картины от источника света, от природы тел, их формы, массы и размеров. Судя по ряду высказываний Делиля, петербургские ученые пытались разработать и математическую теорию дифракции, но безуспешно. Видимо, этим и объяснялась неудовлетворенность Делиля и его нежелание передать в печать вполне законченную работу. Он писал: «...я счел себя обязанным предварить наблюдения тем, что содержит их историю. Затем я прибавил здесь все детали и обстоятельства особых экспериментов, которые я проделал... и с публикацией которых я медлил до сих пор, потому что я предполагал их продолжить. Наконец, поскольку я не знаю, смогу ли я когда-либо предпринять эти эксперименты, я сообщу все мысли, которые у меня возникли по этому предмету, и пользу, которую можно было бы отсюда извлечь для астрономии» [132, с. 208].

Итак, основной результат, к которому Делиль стремился с 1715 г., был достигнут — главные свойства дифракции выяснены. Теперь можно было переходить к объяснению астрономических явлений с помощью дифракции. Этими вопросами и занялись петербургские ученые. Однако параллельно продолжались и лабораторные эксперименты, и попытки разработать теорию дифракции. Как можно судить по материалам архива Делиля, такие исследования он проводил и в Париже вместе со своим учеником Л. де Барросом [41, c. F.7, F.8].

Результаты всех экспериментов по дифракции, выполненных Делилем как в Париже, так и в Петербурге, с точным описанием методики их проведения хранятся в Архиве Парижской обсерватории в папке, озаглавленной: «Астрономическая рефракция и эксперименты по свету». Как выяснилось, с 1795 г. эти материалы архива Делиля стали известны Д.Ф. Араго [200], который привлек Т. Юнга и О.Ж. Френеля [198, 199] к проверке выводов, полученных Делилем и его сотрудниками [29]. Оказалось, что их результаты вполне заслуживают доверия и могут стать основой для теории дифракции. Стала ясна и ошибка, которая помешала ученым XVIII в. разработать такую теорию. Она заключалась в допущении полной аналогии между светом и звуком. Именно эта аналогия привела Эйлера и других петербургских ученых к выводу о продольности световых колебаний и помешала им открыть поперечные колебания света. Тем не менее работы Делиля и его коллег, главным образом петербургских, с которыми он провел бо́льшую часть экспериментов по дифракции, сыграли важную роль в создании первой теории дифракции — этого сложного явления, полная теория которого не создана и до сих пор [201].