Свет озарений.

63. Мороз О.П. СВЕТ ОЗАРЕНИЙ. М., "Знание", 1980.

(Пифагор, Платон, Евклид, Гиппарх, Птолемей и др. - Свет исходит из глаз человека, как веер.) (63. 8)

"Из органов боги прежде всего устроили светоносные глаза, которые приладили с таким намерением: по их замыслу должно было возникнуть тело, которое не имело бы жгучих свойств огня, но доставляло кроткий огонь, свойственный всякому дню. И боги сделали так, что родственный дневному свету огонь, находящийся внутри нас, вытекает очищенным через глаза..." (Платон) (63. 9)

"очертание наших глаз...а также их сферическая поверхность доказывают, что свет исходит из них. Дальнейшими доказательствами служит блеск глаз и способность некоторых людей видеть ночью без наружного освещения..." (Дамиан, IV в. н.э.) (63. 9)

(Противоречие: большинство людей все-таки не видят в темноте.) (63. 9)

(Решение противоречия) Эмпедокл, например, утверждал: чтобы видеть, одних глазных лучей недостаточно - навстречу им должны идти световые лучи от того предмета, на который мы смотрим. Их столкновение и рождает зрительный образ. Если же такого столкновения не происходит - допустим, в темноте, - зрение оказывается бессильным. Такого же мнения придерживался Платон. (63. 9-10)

(Возражения против "теории" испускания лучей из глаз.) "если мы видим потому, что свет исходит из глаз, как из фонаря, то непонятно, почему мы в темноте не видим. Предположить, что свет тухнет, если он, выйдя из глаза, попадет в темноту, совершенно безрассудно". (Аристотель) (63. 10)

...при всей своей беспомощности зрительные лучи, по-видимому, не очень задержали прогресс науки. Поскольку они предполагались прямолинейными, на их основе прекрасно развилась геометрическая оптика, трактующая законы распространения света, отражения, преломдения... Птолемей даже находил бессмысленным спорить, откуда лучи исходят - от глаза или от предметов (сам он, как и большинство его современников, полагал справедливым первое). (63. 10)

Знаменитый арабский оптик Альгазена решительно отвергает зрительные лучи, считая, что, напротив, множество лучей устремляется к глазу от каждой точки светящегося тела. Но это уже одиннадцатый век... (63. 10-11)

Демокрит и на эту область простер атомизм. Он считал, что каждый светящийся предмет испускает маленькие частицы, которые попадают на поверхность глаза, а потом, через поры - прямо в душу. Эту теорию подхватили Эпикур и Лукреций... Они утверждали, что предмет испускает не просто атомы, но собственные образы, этакие материальные автопортреты. (63. 11)

(Аристотель) изъясняется осторожнее (и туманнее): "Если в прозрачном находится нечто огненное, то получается свет; в противном случае получается тьма". (63. 12)

...Евклид знал, что вогнутые зеркала могут свет собирать, фокусировать. Даже пытался найти этот фокус. Известно Евклиду было и другое, что пучок света может сходиться и расходиться. Знали греки также о действии линз, проводили опыты с преломлением света. У Птолемея они уже подробно описаны. Ко времени Лукреция сделался хорошо известен закон отражения: "...Отскакивать все от вещей заставляет природа и отражаться назад под таким же углом, как упало". (63. 14)

Декарт скрупулезно описывает строение Вселенной, разбирает, что и как в ней движется. Планеты, увлекаемые вихрями частиц, обращаются вокруг центров заключающих их небес. В центрах помещаются звезды, в нашем небе - Солнце... Небесная материя вращает каждую планету не только вокруг Солнца, но и вокруг ее собственного центра: эта материя образует вокруг планеты малое небо, вращающееся в том же направлении, что и большое.
Мчащиеся по кругу частицы, стремятся удалиться от центра неба, то есть от Солнца, подобно тому, как стремится вылететь камень из пращи. "У этих частиц есть, однако, нечто сверх того, что имеется у камня, вращающегося в праще...- говорит Декарт.- Эти частицы постоянно толкаются всеми им подобными частицами, расположенными между ними и звездой, занимающей центр их неба; толкаются они и материей этой звезды". (63. 23)

...Декарт предлагает нам из всей массы небесной материи выделить вращающиеся столбики частиц, мысленно прочертив во все стороны от Солнца радиусы. Сила толчков колеблется из-за того, что отдельные частицы меняют свое положение внутри столбика-радиуса. "Это и является, как нам кажется, свойством, весьма похожим на свет",- говорит Декарт. Во второй раз, уже в заключение главы, он утверждает совсем уже определенно, что если в конце столбика-луча поместить человеческий глаз, толкающиеся частицы вызовут в нем ощущение света.
Короче говоря, по мнению Декарта, свет - не что иное, как беспорядочные колебания, передаваемые через пространство, плотно упакованное частицами материи. Причем любое расстояние, как полагает Декарт, свет преодолевает мгновенно. (63. 23-24)

С точки зрения Декарта, дело обстоит просто: все происходит от вращения. Если даже выкачать всю материю из непосредственно прилегающего к Солнцу пространства, столбики частиц будут толкать наши глаза "почти с такой же силой". Эта же сила будет давить на них и в том случае, если Солнце убрать вообще, но при этом сохранить вращение небесной материи. Солнца не будет, но мы будем видеть его на прежнем месте: "Это, может быть, покажется вам парадоксальным, но это так." (63. 24)

В 1663 году вышел в свет трактат Роберта Бойля "Опыты и рассуждения, касающиеся цветов", где среди прочего впервые были описаны явления интерференции. Двумя годами позже Роберт Гук, в недавнем прошлом ассистент Бойля, опубликовал свою "Микрографию", в которой описывал не только интерференцию, но и дифракцию. В том же году появился трактат итальянца Франческо Мария Гримальди "Физико-математические исследования о свете и цветах", где, в частности, также шла речь о дифракции. (63. 25)

Конечно, сама по себе дифракция не обязательно ведет к волнам. Позднее Ньютон склонен был объяснять ее тем, что частицы света, пролетая вблизи какого-либо тела, притягиваются ими, так что световой луч изгибается в этом месте. Однако для Гримальди изгибание луча скорее служило свидетельством волновой природы света. То, что палка, которую он помещал в световой конус, давала более широкую тень, чем он ожидал, учитывая прямолинейное распространение лучей, вызвало в его воображении видение волн, расходящихся от брошенного в воду камня. (63. 25-26)

(6 февраля 1672 г. Ньютон представил Королевскому обществу мемуар.) Назывался мемуар "Новая теория света и цветов". В нем излагались знаменитые ньютоновские опыты с призмой, позволившие ему заключить, что цвета не возникают при преломлении и отражении, а представляют собой "первоначальные и прирожденные" свойства света. Эти свойства различны у различных лучей: лучу, обладающему определенной степенью преломляемости, всегда соответствует один и тот же цвет. Смешение лучей порождает новые цвета, отличающиеся от исходных, смешиваемых. Самое поразительное: смешение всех цветов, подобранных в определенной пропорции, дает обыкновенный белый цвет. (63. 31)

(Гук обвинил Ньютона в приверженности корпускулярной теории света, хотя в мемуаре на эту тему у Ньютона было несколько туманных невнятных оговорок. Ньютон ответил Гуку, что, во-первых, теории не противоречат друг другу. Если свет - поток частиц, то он должен вызвать в эфире волны. Во-вторых, если бы свет был волнами, то он распространялся бы криволинейно, обходя препятствия, разрушая тени и т.д.) (63.31-32)

В 1704 году... Ньютон издал свою "Оптику", которая подводила итог его исследованиям оптических явлений. <...> ..."не имея возможности приняться вновь за исследования", как сам он об этом пишет, Ньютон заканчивает свою книгу "вопросами". Эти "вопросы" представляют собой программу исследований для грядущих поколений ученых, если хотите, научное завещание великого физика. (63.33)

Уже в первом вопросе он размышляет, не действуют ли тела на свет на расстоянии и не изгибают ли этим его лучей, причем будет ли это действие сильнее всего на наименьшем расстоянии? Ясно, что под действием здесь подразумевается что-то подобное тяготению. Но чтобы быть подверженным такому действию, свет должен представлять собой нечто телесное, вещественное. Впрочем, поскольку речь тут идет о дифракции, то имеется в виду, что тела отталкивают световые лучи, а не притягивают их. Так что здесь именно подразумевается сила, подобная гравитации, а не сама она. (63.33)

...в последнем, тридцать первом, вопросе Ньютон поясняет, каким образом силу отталкивания можно примирить с силой притяжения. Он полагает, что здесь все происходит аналогично тому, как случается в химических реакциях: металлы, растворенные в кислотах, притягивают к себе лишь небольшое количество кислоты, поскольку их притягательное действие распространяется только на небольшое расстояние. На значительных же удалениях, напротив, должно происходить отталкивание: ведь мы видим в алгебре, говорит Ньютон, что там, где исчезает положительная мера, там появляется отрицательная. Это "отрицательное" отталкивающее действие и проявляется, по-видимому, в изгибании светового луча. И не только в изгибании, но и в отражении, и в самом испускании. При изгибании и отражении лучи отталкиваются телами без непосредственного соприкосновения с ними, то есть, когда между лучем и телом сохраняется небольшое расстояние. Пнри испускании же луч выбрасывается из светящегося тела вследствие колебательного движения его частей, выходит за пределы притяжения и увлекается с огромной скоростью наружу, ибо если сила отталкивания может возвращать луч при отражении, почему она не может оказывать какого-то похожего действия при испускании?
Вопрос двадцать девятый ставится Ньютогом уже совершенно определенно: не являются ли лучи света очень малыми телами, испускаемыми светящимся веществом? (Аргументы: частицы не отклоняются в тень, имеют неизменные свойства, например, "цвет", прозрачные тела и свет взаимодействуют на расстоянии - преломление, изгибание, отражение, нагревание.) В -четвертых, если сложить вместе две линзы - плоско-выпуклую и двояковыпуклую - вокруг места их соприкосновения становятся видны концентрические радужные кольца. Как полагает Ньютон, это явление можно объяснить только в том случае, если лучи света состоят из частиц разных размеров, возбуждающих колебания в той среде, на которую они действуют. Наконец, в-пятых, и двойное преломление света в кристалле исландского шпата вроде бы легче поддается истолкованию при помощи корпускул. Ньютон объясняет его через явление поляризации, которое, по его мнению, трудно понять, если не считать лучи света состоящими из материальных тел. (63.33-35)

В следующем, тридцатом вопросе Ньютон опять говорит о частицах света. Он спрашивает: не могут ли "большие тела" превращаться в свет и не может ли свет оборачиваться телами? Почему бы и нет, собственно говоря? Разве это не соответствует общему "ходу природы", которая как бы "услаждается" подобными метаморфозами? И еще один вопрос: не способны ли тела получать значительную долю своей активности от частиц света..., входящих в их состав? (63.35)

Если учесть необычайную быстроту, с которой свет распространяется в пространстве, а также то, что различные лучи, пересекаясь, вовсе не мешают друг другу, станет совершенно ясно, полагает Гюйгенс, что в лучах света не происходит переноса материи, как, например, при полете пули или стрелы. Будь это иначе, указанные свойства света было бы слишком трудно объяснить. По мнению Гюйгенса, луч от светящегося тела доходит до нас в результате какого-то движения вещества, находящегося между этим телом и нами. А поскольку, чтобы свет преодолел это расстояние, требуется некоторое время, значит движение сообщается веществу постоянно. Иначе говоря, как и в случае звука, оно передается сферическими поверхностями, волнами. Естественно, чтобы эти волны могли распространяться в веществе - эфире - с той огромной скоростью, какой обладает свет, эфир должен быть необычайно подвижным, тонким и упругим. Как считает Гюйгенс, он состоит из мелких частиц, заполняющих все пространство. (63.37)

...с точки зрения Декарта, свет предстваляет собой давление, порождаемое центробежной силой вращающихся небес..., а в представлении Гюйгенса это именно механические продольные волны, возбуждаемые ударами частиц раскаленных светящихся тел о ближайшие к ним частицы эфира. (63.37)

Гюйгенсу, конечно, было известно одно из главных возражений Ньютона против волновой теории: каким образом объяснить, что световые волны распространяются прямолинейно, а не огибают, подобно звуковым волнам, встречающиеся на их пути препятствия, не заходят в тень, не растекаются по всевозможным закоулкам и тупикам? Чтобы преодолеть это затруднение, Гюйгенс придумал особенный механизм распространения волн. <...> Согласно Гюйгенсу, свет распространяется таким образом, что в каждой точке пространства возникает элементарная волна, расходящаяся из этой точки как из центра (знаменитый принцип Гюйгенса). Огибающая всех элементарных волн и есть, собственно световая волна. Теперь, допустим, на пути ее встречается какой-либо непрозрачный предмет. В пространство позади него проникают уже не все элементарные волны (часть их задерживается препятствием). Волн, проникших за препятствие, оказывается недостаточно, чтобы создать световую волну, - так и образуется тень. (63.37-38)

(Возражение: если поставить малое препятствие, то оно будет задерживать мало элементарных волн, и суммарная волна будет только слегка ослабляться, а не образовывать тень.) (63.38)

Впрочем, решающим доказательством правоты и справедливости разработанной им теории он (Гюйгенс – Ю.М.) считал другое - разрешение загадки двойного преломления. Как известно, луч света, проходя через кристалл исландского шпата, раздваивается. Один из образовавшихся лучей подчиняется обычному закону преломления, другой же не подчиняется ему. <...> Гюйгенс предположил, что при освещении кристалла в нем распространяются два рода волн. Одни представляют собой колебания эфира, пронизывающего кристалл (они-то и дают правильное преломление). Другие передаются и частицами эфира, и частицами самого кристалла, так что в одном направлении импульс импульс распространяется несколько быстрее, чем в другом, - поверхность волны искажается, из сферической превращается в сфероидальную.
На основе этих, в общем-то неверных, рассуждений Гюйгенс тем не менее нашел верное формальное правило, при помощи которого можно было определять направление "необыкновенного" луча. (63.38-39)

Наперекор Гюйгенсу он (Ньютон - Ю.М.) утверждает, что не существует различных по своей природе сортов лучей, один из которых всегда преломляется обыкновенным образом, а другой - необыкновенным. Разница между "обыкновенным" и "необыкновенным" лучами только в положении их сторон. По мнению Ньютона, в каждом луче следует различать четыре стороны: две из них, противоположные друг другу, будучи повернуты определенным образом по отношению к кристаллу, склоняют луч к обыкновенному преломлению, а две другие - к необыкновенному. (63.40)

Разумеется, заподозренную им особенность различных сторон луча Ньютон не преминул употребить на пользу корпускулярной теории. В этих сторонах он увидел сходство с полюсами магнита. Между тем, как известно, магнетизм обнаруживается "только в магнитах и в железе". Подобно этому, говорит Ньютон, трудно понять, каким образом лучи света могут обладать неким постоянным качеством по двум сторонам, отсутствующим по двум другим, если только они не являются телами.
Короче говоря, именно то явление, которое Гюйгенс рассматривал как наиболее явный признак волновой природы света, Ньютон с не меньшей определенностью считает свидетельством корпускулярной его природы. (63.40)

Как мы знаем, Ньютон открыл то, что цвета лучей "суть первоначальные и прирожденные" их свойства, различные для различных лучей. Он подозревал, что "свойство цвета" воплощено в размере световых частиц: наименьшие из них дают фиолетовый цвет (самый слабый и темный), наибольшие - красный... Чтобы объяснить цвета с позиций волновой теории, требовалось отыскать в волнах некое качество, которое бы соответствовало определенному размеру частиц, заподозренному Ньютоном. Нам теперь известно, что это качество - определенная длина волны. Однако Гюйгенс не считал световые волны периодическими, а потому не мог найти в них чего-либо соответствующего ньютоновым размерам частиц, хотя долго и мучительно пытался подобрать ключ к проблеме цветов. (63. 41-42)

(Дифракцию Ньютон объяснял взаимодействиеммежду частицами света и телами, мимо которых они пролетают.)
То же можно сказать и об интерференции: Ньютоново объяснение ее при посредстве придуманных им "приступов легкого отражения" и "приступов легкого преломления" хорошо известно. (63. 42)

"Справедливо, что я заключаю из моей теории о телесности света, но делаю это без всякой абсолютной определенности. Это только очень вероятное следствие моей доктрины, а не основная предпосылка." (из ответа Ньютона Гуку, 1672 г.) (63. 45)

"...Положим даже, что я упорно настаиваю на этой гипотезе..." Видите? Он вовсе на ней не настаивает. Но если бы даже настаивал, и в этом случае он не понимает, почему его противник так возражает против нее: эта гипотеза значительно ближе собственной гипотезе Гука, чем тот думает. (63.46)

"...Если мы предположим, что световые лучи состоят из маленьких частиц, выбрасываемых по всем направлениям светящимся телом, то эти частицы, попадая на преломляющие или отражающие поверхности, должны возбудить в эфире колебания столь же неизбежно, как камень, брошенный в воду... Если такие колебания, не разделяясь, проходят через среду в наш глаз, то они возбуждают ощущение белого света, если же каким-то образом они отделяются друг от друга, соответственно их неравным величинам, то они вызывают ощущения различных цветов..." (из ответа Ньютона Гуку, 1672 г.) (63.46)

...он (Ньютон - Ю.М.) не знает, как с помощью волновой теории истолковать тот факт, почему свет распространяется прямолинейно, а не огибает препятствия, подобно звуку, почему при освещении одной стороны какого-либо предмета одновременно не освещается и противоположная его сторона... (63.46)

"Если бы мне пришлось принять какую-нибудь гипотезу, - пишет Ньютон, - я бы выбрал эту...", то есть ту, которую он только что изложил, - кентавра, составленного из корпускулярной и волновой гипотез, - "...но высказанную в более общей форме, без определения, что такое свет, кроме того, что он есть то или иное, способное возбуждать колебания в эфире..." (из ответа Ньютона Гуку, 1672 г.) (63. 47)

...первая группа вопросов (с первого по пятый) наводит на мысль, что автор привержен корпускулярному представлению о свете: здесь и предполагаемое воздействие тел на световые лучи (отталкивание), и возможное даже, с точки зрения Ньютона, взаимодействсие между телами и светом. Однако, начиная с вопроса семнадцатого, он опять явно склоняется к компромиссной гипотезе. В этом, семнадцатом вопросе Ньютон вновь, в который уже раз, высказывает давнюю свою догадку - как образуются цвета тонких пластинок: луч, падая на преломляющую или отражающую поверхность, возбуждает в ней волны, которые распространяются на большие расстояния, обгоняя при этом лучи света; и вот, когда они их обгоняют, одним лучам они придают способность преимущественно отражаться при встрече со следующей поверхностью, другие же лучи благодаря этим волнам обретают способность, преломляясь, проникать сквозь эту поверхность; отсюда и образуется окраска поверхности. (63. 47)

В последующих влопросах, вплоть до двадцать пятого, Ньютон говорит о некоем, заполняющем все и вся необычайно упругом и очень неплотном веществе, существование которого он подозревает, - эфире. Ясно, что если бы эфир действительно существовал - это был бы весьма сильный аргумент в пользу волновой теории или, по крайней мере, компромиссной. И Ньютон в самом деле снова упоминает здесь компромиссную гипотезу, спрашивая в вопросе двадцать третьем, не возникает ли зрение благодаря колебаниям эфира, возбуждаемым на дне глаза (точно так же, как на любой отражающей или преломляющей поверхности) лучами света и распространяющимся по нервам "к месту ощущения".
Однако в двадцать восьмом вопросе он вновь обрушивается на различные гипотезы о природе света, которые в то время противопоставлялись корпускулярной, в частности на волновую гипотезу. (63. 48)

...в заключительных трех вопросах - двадцать девятом, тридцатом и тридцать первом - Ньютон явно склоняется в сторону корпускулярной гипотезы. (63. 48)

(Ньютон не говорит, что свет - это волны, а только что свет может вызывать волны и взаимодействовать с ними. Ньютон особо подчеркивал, что это главное отличие его позиции от позиции Гука, считавшего свет волнами. - Ю.М.) (63.49)

(Свет по Ньютону не может быть колебаниями эфира, поскольку так невозможно истолковать появление окраски тонких пластинок. Если принять гипотезу самого Ньютона о волнах на пластинке, движущихся быстрее света, то придется допустить наличие двух разных эфиров. - Ю.М.) (63.49-50)

(Ньютон нигде конкретно не показывал себя сторонником компромиссной гипотезы. Ю.М.) (63.50)

(В письме Гуку Ньютон признает, что свойства света могут быть в некоторой степени объяснены разными гипотезами, поэтому он предпочитает говорить о свете "в общих выражениях", не углубляясь в его состав. - Ю.М.) (63.52)

"Я сам не буду принимать ни этой, ни какой-либо другой гипотезы, - пишет Ньютон, - полагая, что меня не обязательно касается то, объясняются ли открытые мною свойства света этой гипотезой или гипотезой г-на Гука, или другие гипотезы могут объяснить их." (63. 54-55)

"...Гипотезы не должны рассматриваться в экспериментальной философии. И хотя аргументация на основании опытов и наблюдений посредством индукции не является доказательством общих заключений, однако это - лучший путь аргументации, допускаемый природой вещей..." (63.55)

...Юнг решается "высказать некоторые соображения" в пользу теории, "подобной теории Гюйгенса". В "ньютоновской системе", отмечает он, есть трудности, на которые до сих пор недостаточно обращали внимание. Во-первых, как так получается, что эти "удивительные корпускулы всегда движутся с одной и той же скоростью", независимо от того, откуда они вылетели - из сравнительно холодного пламени печки или с раскаленной поверхности Солнца? Во-вторых, почему среди лучей одного и того же сорта всякий раз находятся такие, которые всегда отражаются поверхностью, и такие, которые всегда прохоодят сквозь нее? Как это понять, если считать лучи, состоящими из частиц? Наконец, в-третьих, "феномен цветов тонких пластинок требует, в ньютоновской системе, очень усложненного предположения" (о "приступах" пропускания и отражения), "но даже это предположение не очень помогает объяснению". (63.61)

Но, разумеется, по-прежнему одна из основных слабостей теории волн - эфир. По-прежнему нет никаких убедительных свидетельств его существования. В качестве такого свидетельства Юнг выдвигает явление электрических разрядов: ведь они, несомненно, проводятся какой-то упругой средой; другое дело, следует ли считать, что электрический эфир и эфир световой суть одно и то же. На этот вопрос, по-видимому, можно ответить экспериментом... (63.61-62)

...сам Юнг уже в первых своих публикациях весьма небрежно и без особой нужды "задел" кое-кого... (что вызвало ответные нападки - Ю.М.) (63.62)

"Гипотеза 1. Светоносный эфир, в высокой степен6и разреженный и упругий, заполняет Вселенную". (Юнг - Ю.М.) (63.65)

Впрочем, Юнг действительно немало почерпнул у Ньютона, когда тот предположительно говорил об эфире. Среди прочего идею о том, что, может быть, светоносный эфир и эфир, проводящий электричество, на самом деле одно и то же вещество. Нередко возникновение этой идеи по ошибке относят к более позднему времени. (63.67)

Другие гипотезы Юнга таковы: всякий раз, когда тело начинает светиться, в эфире возбуждаются волнообразные движения; ощущение различных цветов зависит от различной частоты колебаний, возбуждаемых светом на сетчатке... (63.67)

Эти три основные гипотезы Юнг считает неотъемлемой частью "ньютоновской системы". Четвертая, как он полагает, до некоторой степени отличается от гипотез , выдвигавшихся когда бы то ни было другими учеными, и в определенных аспектах противоположна представлениям Ньютона. Согласно ей все материальные тела притягивают эфирную среду, вследствие чего она накапливается в их веществе и на малом расстоянии вокруг них, причем обладает здесь большей плотностью. (63.67)

(Юнг применил к свету явление интерференции. - Ю.М.) ...Сформулированный им принцип интерференции Юнг применил к тем оптическим явлениям, которые до него никому не удавалось убедительно объяснить, - возникновению окраски царапин на полированных поверхностях (*в специальной литературе это явление обычно называется возникновением цветов на "штрихованных" поверхностях), к цветам тонких пластинок, к цветам, образующимся при дифракции... (63. 68)

Опытов два. В первом из них Юнг сделал маленькую дырочку в ставне - обычный прием экспериментаторов, применявшийся на протяжении столетий. На пути луча, пробивающегося сквозь эту дырку, он поместил полоску картона толщиной менее миллиметра и наблюдал за ее тенью либо на стене, либо на экране, который он устанавливал на различном расстоянии позади полоски. При этом как обычно по обе стороны тени получались цветные каемки. Но, кроме того, сама тень оказывалась разделенной параллельными цветными полосками, причем число их зависело от расстояния между ставней и экраном. Середина же тени всегда оставалась светлой, где бы экран ни ставился. Юнг заключает, что эти цветные полосы "были результатом совместного действия пучков света, проходящих по обе стороны картонной полоски и отклоняющихся, дифрагирующих в область тени". Почему он так считает? Вот почему. Когда ученый помещал перед картонной полоской небольшой экран так, чтобы один из краев его тени располагался на полоске, все параллельные цветные полосы сразу исчезали. Когда же экран убирался, они вновь появлялись.
То же самое происходило, если дополнительный экран ставился не перед полоской, а на небольшом расстоянии позади нее (в этом случае, чтобы получился тот же результат, один из краев самой полоски должен был попасть на экран). (63. 69-70)

Второй эксперимент подобен первому, представляет собой, как говорит Юнг, "изяшную разновидность" его. Идею эксперимента Юнг, по его признанию, почерпнул у Гримальди, "с остроумием и точностью" описавшего свои наблюдения. Отличие этого второго опыта от первого заключается в том, что здесь используется прямоугольная полоска картона (чередующиеся цветные полосы распологаются вдоль биссектрисы прямого угла). Все остальное делается так же, как и в предыдущем опыте: когда один из краев тени закрывается промежуточным экраном, цветные полосы исчезают. Если экран расположить так, чтобы угол тени совпал с углом экрана, цветные полосы сохраняются.
На основании своих измерений Юнг подсчитал длины волн света, сравнил подсчитанные значения с теми, которые вытекали из явления окраски тонких пластинок, и, наконец, сопоставил собственные измерения цветных полос с измерениями, сделанными некогда Ньютоном. "Результаты были таковы, - заключает один из биографов Юнга, - что оставалось очень мало сомнений: в основе всех рассматриваемых явлений лежит интерференция, и свет действительно передается посредством волнового движения. Основы волновой теории света были достоверно и истинно установлены". (63 70)

...Юнг приводил наиболее убедительный эксперимент с тремя экранами, один из вариантов "experimentum crucis", доказывающегоявление интерференции. Сначала однородный свет направлялся на первый экран, в котором было проделано большое отверстие. Оно как бы представляло собой источник света, падающего на два других экрана. В среднем экране отверстий было два. Располагались они на небольшом расстоянии друг от друга. Наконец, пучки света, проходившего через эти отверстия, попадали на третий экран. В том месте, где они перекрывались, видны были чередующиеся темные и светлые интерференционные полосы. Если же исследователь закрывал одно из отверстий, полосы, как того и следовало ожидать, исчезали. (63. 75-76)

...Уэвелл: "В 1800 г., когда Юнг опубликовал свои мнения о принципе интерференции, как об истинной теории оптических явлений, положение в Англии не благоприятствовало справедливой оценке достоинства этих новых понятий. Ученые люди были заражены сильным пристрастием в пользу гипотезы истечений, не только вследствие национальной гордости славой Ньютона и естественного почтения к его авторитету, но также и вследствие уважения к геометрам Франции, которые считались нашими учителями в приложении математики к физике и о которых думали, что они держатся ньютоновских воззрений в оптике, как и в других науках. Со времени Ньютона сильно преобладало в философском естествознании стрем ление к атомистике. Сродная этому стремлению гипотеза истечения была так легко понятна, что после рекомендации ее высокими авторитетами сделалась общедоступною и популярною; тогда как гипотеза световых волн, несравненно труднейшая для понимания, даже при особенном напряжении мысли, оставалась в пренебрежении и была почти забыта". (63.77)

Некоторые явления Юнг просто не мог объяснить при помощи своей теории. Причем это обнаружилось как раз в тот момент, когда она подвергалась наиболее сильным атакам. Вы понимаете, какие явления я имею в виду? Ну да, разумеется, те, что связаны с поляризацией и двойным лучепреломлением. А ведь как раз их объяснение и служило в те времена пробным камнем правоты в соперничестве двух теорий света. Одним из пробных камней. Не из-за этой ли беспомощности и вся теория Юнга представлялась несостоятельной его современниками? (63. 78)

(Араго): "Физик поистине торжествует, когда может объявить результат, в такой степени нарушающий обычные представления: но ему следует немедленно подкрепить его доказательствами под страхом уподобиться тем восточным писателям, причудливые фантазии которых услаждали тысячу и одну ночь султана Шариара. Юнг не принял этой предосторожности. Он показал сначала, что его теория применима к различным явлениям, но лишь как одно из возможных объяснений этих явлений. Разработав позднее настоящие доказательства, он наткнулся на предубеждение публики и не смог его сломить ". (63.79)

...волновую гипотезу еще можно, допустим, подкрепить, доказать... Но как же гипотезу эфира докажешь? Кто ее доказал? Юнг ведь ничего не доказал. А эта гипотеза между тем стоит на первом месте. (63. 80)

Было бы неверно считать, что одна только невежественная критика стала препятствием на пути волновой теории. Препятствия воздвигались также вполне объективными обстоятельствами. Начиная с 1808 года одно за другим было сделано несколько экспериментальных открытий, вроде бы опять склонивших чашу весов в пользу корпускулярной гипотезы. Главные из них принадлежали французскому военному инженеру Этьену Малюсу. Араго утверждает, что первое и основное открытие было сделано совершенно случайно. Однажды вечером - это было как раз в 1808 году - Малюс рассматривал сквозь кристалл исландского шпата отражение заходящего солнца от окон Люксембургского дворца (дворец располагался против его квартиры). Он заметил, что вместо обычных двух изображений, наблюдаемых при прямом рассматривании предмета через кристалл, здесь получается только одно.
Согласно другой версии Малюс увидел два изображения, но разной яркости, тогда как во время непосредственного наблюдения сквозь исландский шпат яркость обоих изображений бывает одинаковой. (63. 85)

(Парижская академия объявила конкурс на разработку теории двойного преломления света, и Малюс сразу же принялся за решение этой задачи. - Ю.М.)
...Малюс провел ряд тщательно продуманных экспериментов уже со свечой, свет от которой он отражал от поверхности воды и от зеркала. И в этих опытах при некоторых углах отражения кристалл давал одно-единственное изображение пламени свечи. При других же углах яркость двух изображений оказывалась различной. (63.85)

Так было сделано открытие поляризации света при отражении от гладкой поверхности прозрачного тела. Как сказал Араго, "в эту ночь... Малюс создал одну из наиболее замечательных ветвей современной оптики и завоевал неоспоримое право на бессмертное имя". "Отражение света занимало наблюдателей еще со времен Платона и Евклида", однако на протяжении более чем двух тысяч лет "никто не подозревал в нем ничего большего, как средство отклонять лучи, никто не воображал, что изменение пути может быть причиной изменения природы".
Это-то открытие и сыграло почти решающую роль в соперничестве волновой и корпускулярной теорий. Дело в том, что Малюс в ту пору был сторонником корпускул и свое открытие он истолковал в соответствующем духе. Когда-то Ньютон в одном из вопросов "Оптики" написал: "Не обладают ли лучи света различными сторонами с различными изначальными свойствами?" Малюс ответил на этот вопрос утвердительно. А поскольку в то время много говорили о различных открытиях в области электричества, он стал рассматривать стороны светового луча как полюсы и ввел само понятие поляризации. Впрочем, Ньютон тоже намекал на то, что частицы света, может быть, обладают какими-то свойствами, сходными с теми, какие проявляют полюсы магнита (разумеется, все это у него изложено опять-таки в вопросах "Оптики").
Позднее Малюс сделал ряд других открытий, в частности, установил, что поляризация происходит не только при отражении, но и при преломлении. То обстоятельство, что подобных успехов добился сторонник корпускулярной гипотезы, окрылило всех ее защитников. И хотя вскоре, незадолго до своей кончины (он умер в 1812 году), Малюс отошел от представления о корпускулах, это уже никого не интересовало. Теория истечения готова была праздновать свой триумф.
В прочем, такому положению способствовало и реальное положение дел. После открытия Малюса поляризация света обрела самостоятельность, независимость от двойного преломления, так что ее нельзя было уже объяснить при помощи особых элипсоидальных волн, как это делал когда-то Гюйгенс, придумывая механизм преломления "необыкновенного" луча. Благодаря открытиям Малюса, как из рога изобилия, посыпались и другие открытия, касающитеся поляризации и двойного преломления. Причем когда дело шло об их истолковании, тут позиции корпускулярной теории были явно предпочтительнее. (Юнг терял уверенность в своей правоте.- Ю.М.) (63. 86-87)

Различие заключалось, пожалуй, лишь в том, что свои эксперименты Френель ставил технически более изощренно и тонко, нежели Юнг. Как ни странно, причина этого отчасти заключалась в том, что нередко Френель не имел для опытов самого необходимого и вынужден был все делать своими руками. (63.88)

("Мемуар о дифракции света") ...Френеля и говорит в первую очередь, что он шел путем, очень близким к пути Юнга. Правда, в отличие от своего английского коллеги он вовсе не стремился скрыть или хотя бы затушевать, что посягает на Ньютоновский авторитет. Наоборот, свой мемуар Френель начинает категорическим заявлением, что у него имеются возражения против теории Ньютона. Однако это различие, обусловленное, конечно, тем, что французу Френелю в общем-то нечего было бояться тени великого англичанина, почти исчерпывает список различий между ними. Как и Юнг, Френель не удовлетворен ньютоновским представлением о"пристуупах" "легкого отражения" и "легкого прохождения света". Как и Юнг, он не понимает, каким образом, исходя из корпускулярной гипотезы,можно объяснить, что лучи света устремляются от разных источников с одинаковой скоростью. Подобно Юнгу, стремясь утвердить в правах волновую теорию, он обращается к плодотворной аналогии между светом и звуком. В мемуаре содержится почти такое же объяснение появления цветных полос в результате "перекрещивания" лучей света. Тол ько вметсо узкеой картонной полоски в одну тридцатую дюйма (что составляет около девяти десятых миллиметра), которую применяял Юнг, Френель пользовался железной проволокой толщиной в миллиметр, а вместо того чтобы затенять один край полоски экраном, как это делал Юнг в своем "experimentum crucis", он приклеивал к проволоке с одной стороны небольшой квадрат, вырезанный из черной бумаги. Поскольку цветныые полосы, или, как пишет Френел ь, каемки внутри тени при таком одностороннем перекрытии исчезали, как и в опыте Юнга, Френель, вслед за своим старшим коллегой, сделал единственно правильное заключение, что они образуются из-за взаимодействия лучей, идущих с обеих сторон проволоки.
Между прочим, тут же Френель делает вывод о возможности взаимного погашения волн: "Легко можно догадаться, что колебания двух лучей, которые скрещиваются под очень малым углом, могут действовать в противоположные стороны в тех случаях, когда узлы одних волн соответствуют пучностям других". (63.88-89)

Как и Юнг, Френель тотчас применил открытый им закон интерференции ко "многим отдельным явлениям", в том числе к ньютоновским цветным кольцам, цветам на "исцарапанных" (то есть штрихованных) поверхностях... Как и Юнг, исследуя различные явления, он подсчитал длину волн и пришел к выводу, что она одна и та же для одних и тех же цветов... (63. 89)

Но, пожалуй, самое удивительное, что Френель в своем мемуаре повторил ошибку Юнга, заключив, что цветные полосы, окаймляющие тень проволоки снаружи, возникают из-за интерференции двух лучей - луча, отраженного краем проволоки, и другого луча, который проходит мимо этого края, не задевая его, непосредственно от источника света. (63.89)

...в своем первом мемуаре Френель все-таки сделал шаг вперед по сравнению с Юнгом. Этот шаг касался методики эксперимента: Френель пришел к выводу, что явления дифракции и интерференции можно исследовать не только наблюдая за тенью предмета на экране,но и без помощи экрана - непосредственно глядя через лупу на предмет, освещенный сзади каким-либо источником света. Позднее этот способ позволил Френелю сделать свои измерения более точными. (63.91)

К указанному сроку Френель представил академии новый мемуар. Начиная с этого момента, эксперимент, поставленный историей науки, являет нашему взору иные результаты, чем до сих пор: Френель перестает повторять Юнга и быстро уходит вперед. Прежде всего он усовершенствует опыт с интерференцией лучей. Дело в том, что сторонники корпускулярной теории утверждают, будто интерференционные полосы возникают не из-за взаимодействия лучей света, а из-за влияния краев экрана или отверстия. Так вот, в своем новом эксперименте Френель обходится без экранов и отверстий, смешивая лучи при помощи двух зеркал, слегка наклоненных друг к другу. Результат получается тот же самый, что и в прежних его опытах, а также в опытах Юнга, когда использовались экраны и отверстия. (63. 92)

Далее Френель исправляет свое собственное заблуждение (подобное заблуждению Юнга), доказав, что характер дифракционных полос не зависит от того, каков край экрана, и что, следовательно, эти полосы не могут быть результатом интерференции прямого луча и луча, отраженного от экрана.
Но тогда как же объяснить образование дифракционных полос? Френель предложил весьма сложный механизм, в основе которого лежал принцип Гюйгенса. Согласно этому принципу, как мы помним, всякую световую волну можно рассматривать как сумму элементарных волн, испускаемых различными точками той же самой волны в один из предшествующих моментов. То, как Френель объясняет с помощью этого принципа возникновение дифракционных полос, отчасти напоминает объяснение образования теней, к которому прибегал сам Гюйгенс: результирующая элементарных волн во всех точках волны одинакова, но если часть ее задержать экраном, тогда интенсивность волны будет изменяться в зависимости от расстояния до края тени; если бы волны, испущенныые соседними точками, не взаимодействовали друг с другом, тогда просто происходило бы плавное увеличение интенсивности от края тени к полностью освещенному месту; однако в результате интерференции соседних волн образуются светлые и темные полосы, чередующиеся друг с другом...
Наиболее ценным здесь было не это физическое объяснение, от которого со временем прищлось отказаться, а связанный с ним способ расчета положения дифракционных полос и распределения интенсивности света. (63.92-93)

К середине 1816 года они (Френель и Араго – Ю.М.) попытались определить, оказывает ли поляризация лучей какое-либо влияние на интерференцию, но никакого влияния не заметили. Несколько месяцев спустя Френель обнаружил, что лучи, поляризованные во взаимно-перпендикулярных плоскостях, смешиваясь, не дают интерференционных полос. С точки зрения волновой теории результат был совершенно не понятен. Когда они обсуждали этот эксперимент с Араго, у Френеля, по его словам, возникла идея: всему причиной то, что свет представляет собой не продольные, а поперечные колебания. Эта идея настолько противоречила представлениям о колебаниях упругих жидкостей, что Френель не решился сразу предать догадку гласности. (Араго об опытах рассказал Юнгу, тот тоже выдвинул идею поперечных колебаний и опубликовал раньше Френеля. Но не рискнул искать физический смысл – он противоречил идее упругих жидкостей, а назвал гипотезу удобным “математическим постулатом” – Ю.М.) (63.94)

Френель, однако, не пожелал присоединиться к такому простому выходу из положения. Он долго и мучительно размышлял над действительной физической картиной происходящего. В конце концов он пришел к выводу, что без признания реальности поперечных колебаний не обойтись. Когда он сказал об этом Араго, тот заявил, что у него никогда не хватит смелости опубликовать подобную концепцию, поэтому в их совместном мемуаре, посвященном взаимодействию поляризованных лучей, который был напечатан в 1829 году, о поперечных колебаниях нет ни слова. Описываются результаты экспериментов и только, “независимо от какой-либо гипотезы”. (63. 94-95)

Лишь спустя два года в работе, появившейся за одной его подписью, Френель впервые печатно заговорил о “колебательных движениях волн”, которые “происходят только в плоскостях самих волн”. Он предположил, что сопротивление эфира сжатию несравненно больше, нежели сопротивление смещению (имелось в виду смещение концентрических слоев его, расположенных вокруг источника света). Второе выдвинутое им предположение – что скорость колебания молекул светящегося тела, передаваемая им эфиру, бесконечно меньше, чем скорость передачи сжатий и разрежений. В результате, если рассматривать каждый отдельный момент, нашему глазу предстанет такая картина: соседние концентрические слои эфира неподвижны друг относительно друга, а колебания происходят вдоль этих слоев. Иными словами, составляющая колебаний, направленная вдоль лучей, бесконечно мала по сравнению с поперечной составляющей.
Представив световые волны таким образом, Френель сразу же обрел возможность сделать следующий шаг – объяснить механизм поляризации. Приняв такое представление, логично было предположить: поляризация светового луча заключается в том, что все его колебания происходят в одном и том жеаправлении. Как достигается такое единство? В каждое отдельное мгновение свет, испускаемый какой-то одной частицей светящегося тела, поляризован в направлении, соответствующем направлению колебаний частицы. Но поскольку в целом колебания различных частиц хаотичны, то внутри светового луча перемешаны волны, обладающие различной поляризацией. Правда, в этом смешении можно выделить некую равнодействующую, или, иными словами, одно преобладающее направление поляризации, оно будетпреобладать лишь какое-то мгновение и в следующий миг сменится другим, так что в целом свет будет неполяризованным. Из этого следует необычайно важный вывод: сам акт поляризации заключается не в том, что внутри светового луча создаются движения одного направления, а в том, что уже происходящие там колебания сортируются по двум взаимно перпендикулярным направлениям и эти поперечные друг к другу составляющие отделены одна от другой. (63. 95-96)

В общем-то идея поперечных волн, физическое обоснование которой страдало очевидной слабостью, усилило возражения противников волновой концепции.
Что касается самого Френеля, умозрительность и произвольность предположений, подкрепляющих идею поперечных волн, по-видимому, мало его беспокоили. Основную ставку он сделал на то, чтобы объяснить с помощью нового представления как можно более широкий круг явлений, не объяснимых другим способом. И добился в этом успеха. Как сказал Уэвелл, “овладев… принципами и механизмом поляризации, Френель стал прилагать их к объяснению и других явлений поляризованного света с такой быстротою и остроумием, которые напоминают нам ту гениальность, с какою Ньютон выводил следствия из принципа всеобщего тяготения”. Помимо интерференции поляризованных лучей, ему удалось успешно истолковать великое открытие, сделанное его соотечественником Этьеном Малюсом, - поляризацию света при отражении, раскрытьсущность круговой и эллиптической поляризации, разработатьтеорию двойного лучепреломления… Все это в конце концов несравненно более ощутимо усилило волновую теорию, нежели умозрительные допущения Френеля ослабили ее. (63. 96-97)

…Определенный и заметный поворот к волновой теории в научной среде начался только после 1830 года, когда ни Френеля, ни Юнга не было уже в живых. В 1832 году Вильям Гамильтон, опираясь на метод Френеля, доказал, что при некоторых условиях луч света, проходя через кристалл, обладающий свойством двойного преломления, должен превратиться в световой конус. Вскоре Ллойд поставил соответствующий эксперимент. Действительно, на экране, куда направлялся луч, образовывалось светлое кольцо. Это предсказание и подтвердивший его опыт произвели на всех большое впечатление. (63. 100-101)

Однако решающим и вместе с тем простым свидетельством правоты той или иной теории все-таки должен был стать другой эксперимент – опытное сравнение скоростей света в двух средах, обладающих различной оптической плотностью. Ибо тут предсказания обеих соперничающих теорий категорически расходились: защитники корпускул утверждали, что скорость света увеличивается с увеличением оптической плотности, их противники настаивали на обратном (в частности, Френель уже в первом своем мемуаре пришел к заключению, которое было “абсолютно противоположно выводу Ньютона: а именно, что скорость света в стекле меньше, чем скорость света в воздухе”.
Сначала, как известно, скорость света была измерена астрономическими методами в пустоте. Что касается ее определения в какой-либо “преломляющей” среде, долго не знали, как к этому подступиться. Только в 1831 году Уитсон изобрел устройство, при помощи которого в принципе можно было бы уловить разницу скоростей света в воздухе и в воде. Идея заключалась в том, чтобы отражать вспышку света от электрической искры зеркалом, вращающимся с очень большой скоростью.Причем в одном случае свет должен был распространяться в воздухе, в другом – в воде. Расстояние от источника света до зеркала и скорость вращения предполагалось подобрать так, чтобы положения “зайчиков” в том и в другом случае заметно отличались.
Однако технические трудности, встреченные экспериментаторами, не позволили провести этот опыт. Потребовалось еще почти двадцать лет, чтобы он стал возможен. Его осуществили в 1850 году, используя аналогичный принцип, двое физиков – Физо и Фуко, независимо друг от друга.
Этот год, 1850-й считается временем окончательного торжества волновой теории и окончательного краха корпускулярной. (63. 101-102)

Семь лет спустя Вильям Уэвелл в своей книге “История индуктивных наук” начертал своего рода эпитафию световым корпускулам. “Рассматривая внимательно историю теории истечения, - писал он, - мы можем судить по ней, каков должен быть естественный ход всякой ложной теории”. Сначала такая теория может до некоторой степени объяснить явления, ради объяснения которых она, собственно говоря, и создается. Однако для толкования каждого нового класса фактов она вынуждена бывает прибегать ко все новым и новым предположениям, не имеющим между собой внутренней связи. В конце концов этого балласта накапливается столько, что под его тяжестью разрушается все здание.
В свем первоначальном, простейшем, виде гипотеза истечения более или менее сносно объясняла отражение и преломление. Но уже при попытке обосновать цвета тонких пластинок потребовалось ввести новую, довольно искусственную гипотезу о “расположении” света к легкому отражению и преломлению – о так называемых “приступах”. Чтобы объяснить дифракцию, частицам света приписали сложную способность к притяжению и отталкиванию. Когда столкнулись с поляризацией, стали утверждать, будто частицы эти обладают разными, отличающимися друг от друга сторонами. Двойное преломление, двойная поляризация потребовали новых допущений, никак не связанных с прежними. И конца этому не было видно.
“Во всей истории этой теории, - заключает Уэвелл свою “надгробную надпись”, - не было неожиданных успехов, счастливых совпадений и согласования между принципами, полученными различными путями: естествоиспытатели строили машину, но части ее не действовали; они держались вместе не внутренней связью силы, а внешним насильственным давлением. Очевидно – это признаки, несвойственные истине”.
И напротив, в волновой теории все стремится к единству и простоте. Окраска тонких пластинок прямо вытекает из существа теории. Дифракция объясняется промежутками между волнами, и эти промежутки те же самые, какие выводятся из других явлений, так что нет необходимости придумывать добавочные допущения и предположения. Правда, некоторым препятствием на пути развития теории стала поляризация. Однако задержка была недолгой, и переход от продольных волн к поперечным, позволивший препятствие преодолеть, никак нельзя считать искусственным, ибо с помощью поперечных колебаний одинаково хорошо объясняются и прежние явления, уже объясненные поперечными колебаниями, и все новые и новые, для которых прежде не находилось истолкования. “Такое совпадение, - говорил Уэвелл, - возможно только в истинной теории, а никак не в ложной”. (63.102-103)

…среди слабостей волновой теории имелась одна весьма значительная – эфир. Именно она в числе прочих оттолкнула Ньютона от этой теории. И никто не преодолел эту слабость к моменту, когда волновая теория была объявлена победительницей.
Если бы Уэвелл вспомнил хотя бы о тех произвольных манипуляциях, какие проделывал с эфиром Френель, он не стал бы с такой уверенностью утверждать, будто волновая теория в ходе своего развития “не прибегала ни к каим новым гипотезам и догадкам, но из самой себя из своих первоначальных принципов черпала объяснение для всего, что представляло наблюдение”. (63. 103-104)

Один лишь эпизод. Вскоре после того как Френель ввел представление о поперечных волнах, Пуассон доказал, что в упругой жидкости могут происходить лишь колебания, перпендикулярные к поверхности волн, а такие, которые направлены по касательной, то есть поперечные колебания, невозможны. Легко согласившись с ним, Френель заявил, что эфиру следует приписать одновременно и свойства жидкого и свойства твердого тела. Удивительное вещество, неправда ли! (63.104)

…у Максвелла есть одно остроумное возражение. …волновая теория света требует некоей среды, в которой свет распространяется; то же самое и с электромагнитной теорией – она тоже предполагает среду; но заполнять пространство всякий раз новой средой, чтобы объяснить новое явление, - это же абсурд, нелепость! Короче, мысль о тождестве света и электромагнитных волн неминуемо должна была возникнуть, как только появились на горизонте сами эти волны. (63.113)

…Максвелл подошел к свету действительно необычной дорогой. Но необычность ее, наверное, заключалась не в том, что он избегал каких-либо гипотез, касающихся природы света. Необычность была в другом: к истине Максвелл приблизился дедуктивным способом, “спускаясь” к теории света от более общей теории, им разработанной, - теории электромагнитных процессов (кстати, формулы Френеля без труда выводятся из уравнений Максвелла). (63. 116)

(В статье 1864 года “Динамическая теория электромагнитного поля” Максвелл впервые излагает свою теорию. Свет является “электромагнитным возмущением”. Подтверждения: поперечный характер возмущений, одинаковый и для света, и для эл.-магн. волн, и “достаточно хорошее” совпадение скоростей распространения. Через девять лет он повторяет это предположение, отдавая себе отчет в том, что гипотеза не доказана.
Доказательством было бы полное совпадение скоростей. Максвелл рассчитал, что скорость распространения эл.-магн. возмущений должна быть равна отношению электромагнитной единицы электричества к электростатической. Вебер и Кольрауш в 1856 г. Сделали это измерение. Скорость получилась 310 740 000 м/сек. Максвелл своим способом перемерил и получил 288 000 000. В.Томсон получил 282 000 000.
Физо в вакууме получил скорость 314 000 000, астрономические наблюдения показывали 308 000 000, Фуко получил 298 360 000. Максвелл счел, что все это в пределах погрешности.) (63. 116-117)

В статье “Эфир”, написанной Максвеллом для “Британской энциклопедии” незадолго до смерти, он перечисляет трудности, с которыми столкнулась влновая теория света и которые легко устраняются электромагнитной теорией. Во-первых, волновая теория допускает возможность не только поперечных, но и продольных колебаний. Во-вторых, явления отражения в этой теории лучшеобъясняются, если исходить из предположения, что колебания происходят перпендикулярно к плоскости поляризации, тогда как явления двойного лучепреломления требуют, чтобы они совершались в этой плоскости. Наконец, в-третьих, для объяснения двойного лучепреломления необходимо вводить весьма искусственные соотношения между коэфициентами упругости. Что касается электромагнитной теории, все эти трудности она преодолевает с помощью одной-единственной гипотезы: электрическое смещение перпендикулярно к плоскости поляризации.
(63.117-118)

Кстати, в этой самой статье (см. предыд. цитату.- Ю.М.) отчетливо проявляется отношение Максвелла к самому понятию эфира, поставленному в заголовок. Не без иронии он пишет, что гипотезу об эфире различные мыслители поддерживали по совершенно разным причинам. Одни из философского принципа, что природа боится пустоты, другие на том, опять-таки философском, основании, что протяженность – единственное существенное свойство материи (а эфир как раз олицетворяет собой протяженность)… “Но кроме этих, крайне метафизических необходимостей существования среды, - пишет Максвелл, - были и другие, более мирские потребности в аполнении пространства эфирами. Изобретали эфиры для планет… для образования электрических атмосфер и магнитных истечений, для передачи ощущений от одной части нашего тела к другой и т.д. – пока все пространство не было наполнено тремя или четырьмя эфирами”. Короче говоря, в прошлом придумывание эфиров было столь распространенным занятием и оказало такое нездоровое влияние на науку, что возникла своего рода эфиробоязнь, передававшаяся от поколения к поколению “как род наследственного предрассудка”.
Главный недостаток всех этих придумывавшихся эфиров, полагает Максвелл, состоял в том, что авторы их “не могли указать, какова природа движения этих сред, и не могли доказать, что среды, ими придуманные, производят те эффекты, для объяснения которых они были придуманы”. (63.118)

…эфир волновой теории. Максвелл убежден, что имеются веские доказательства в пользу его реального существования. Они появились тогда, когда были открыты “новые явления” света и других излучений и когда выяснилось, что свойства этого эфира, вытекающие из оптических исследований, точно такие же, какие требуются для объяснения электромагнитных явлений. Одним словом, собственная электромагнитная теория Максвелла, по его мнению, если ине поставила точку в подтверждении реальности “светоносного” эфира, то во всяком случае решающим образом укрепила соответствующие доказательства. (63. 118-119)

Ломоносов вполне определенно, без каких-либо недомолвок относит свет к электрическим явлениям. Например, в “Теории электричества”, написанной им в апреле-мае 1756 года, есть такое утверждение: “Электрические явления – притяжение, отталкивание, свет и огонь – состоят в движении”. (Переностися эфиром – Ю.М.) (63.119)

В дальнейшем Ломоносов еще более определенно связывал электрические явления с эфиром. Так, в одном из последующих своих сочинений – “Слове о происхождении света” – он представляет механизм электрического разряда как “коловратное” движение частиц эфира. Свет – также движение этих частиц, правда, несколько иное, “зыблющееся”. Зато цвета – опять-таки движение “коловратное”. (63.120)

(Идеи Ломоносова сформировали взгляды Эйлера. На работы Эйлера постоянно ссылался Фарадей. Идеи Фарадея лежали в основе работ Максвелла.) (63.120)

Как известно, Фарадей считал, что любое взаимодействие между частицами и материальными массами – тяготение, электростатическая индукция, магнитная сила и т.д. – передается при помощи силовых линий, соединяющих центры этих частиц и масс. В своих “Мыслях о дучевых колебаниях”, опубликованных в мае 1846 года, он высказывает предположение, что, возможно, свет – это не колебания эфира, как уже принято было в ту пору считать, а колебания электрических силовых линий. На эту мысль его навело, в числе прочих, то обстоятельство, что скорость света в пустоте и скорость распространения электричества – почти одна и та же. (63. 120-121)

Речь в книге (Вяльцев, Григорьян. “Генрих Герц” – Ю.М.) шла об основных работах Герца, псвященным опытам по электромагнетизму. Первая из них – “Об очень быстрых электрических колебаниях”, сделанная Герцем в конце 1886-начале 1887 года. В ней описывались опыты с двумя незамкнутыми цепями, соединенными между собой тонкой проволочкой. При возбуждении электрических колебаний в одной из цепей колебания возбуждались и в другой. Потом Герц разъединил их – эффект сохранился. Это был первый в истории эксперимент по радиосвязи.
Так вот, по поводу этой работы Герца в книжке было написано следующее: “…Герц в этой работе впервые наблюдал действие электромагнитных волн, предсказанных теорией Максвелла. Казалось бы, он только и должен был говорить об этих волнах и об этой теории. В действительности он не только не говорит о них, но при расчетах не учитывает потери энергии на излучение… Наблюдаемые действия он объяснял явлением индукции. …Впоследствии правильный взгляд на первую работу Герца был почти полностью утрачен, и лишь редкие авторы отмечали, что Герц производил опыты “не подозревая вовсе, что вокруг вибратора образуются какие-то волны”. (63.123)

Истинного же доверия заслуживают слова Герца, когда он говорит, что излагал порядок и результаты своих опытов “без обращения в существенных пунктах к каким-либо специальным теориям, так как доказательная сила опытов не зависит от каких бы то ни было теорий”. (63.127)

Само собой разумеется, весьма заботил Герца и вопрос о тождестве электромагнитных и световых волн. Он пытался представить то решающее доказательство этого тождества, о котором помышлял еще Максвелл, - сравнить скорости распространения тех и других. Правда, непосредственно измерить скорость электромагнитных волн Герц еще не мог, он рассчитал ее, определив из опыта длину волны и вычислив период колебаний. К тому же допустил при этом грубую ошибку. Однако после того, как с помощью Пуанкаре ошибка была исправлена, значение отыскиваемой скорости получилась весьма близкой к скорости света. (63. 128-129)

С этой же целью – свести воедино электромагнитные и оптические явления – Герц стал уменьшать длину электромагнитной волны, приближать ее к световым волнам. Делал он это, уменьшая размеры вибратора и резонатора, которыми пользовался в своих опытах. Ему удалось довести длину волны до 60 сантиметров…
По этому намеченному Герцем пути в дальнейшем пошли многие экспериментаторы. Так, знаменитый русский физик Петр Николаевич Лебедев в 1895 году уже добился длины волны в 6 миллиметров, в сто раз меньше, чем Герц. В двадцатые годы нашего века были получены "герцевские" волны в миллиметры и даже доли миллиметров. Спектр волн, посылаемых вибраторами Герца сомкнулся со спектром инфракрасных волн, то есть таких, которые испускаются естественными атомно-молекулярными "вибраторами"… (63. 129)

Наконец, Герц провел с "лучами электрической силы" (как он назвал электромагнитные "лучи") все те же элементарные опыты, которые проводятся со световыми лучами. Он усиливал их с помощью металлического зеркала, искривленного в виде параболы, пмещая в его фокусе источник излучения. Наблюдал интерференцию прямого и отраженного лучей. Демонстрировал прямолинейность их распространения и пытался наблюдать дифракцию. Разобрал вопрос о поляризации лучей. Исследовал их отражение и преломление при помощи своеобразных зеркал и призм (например, роль призмы у Герца играли три приставленных друг кдругу ящика с асфальтом)… Между прочим, он получил для асфальта показатель преломления почти такой же, каковы оптические показатели преломления подобных веществ. (63. 129)

Из теории Максвелла вытекало еще одно следствие, связывающее электромагнетизм с оптикой: диэлектрическая постоянная прозрачной среды должна быть равна показателю ее преломления. Вместе с тем еще со времен Ньютона было известно, что значения показателя преломления различны для лучей "различного рода" (как потом выяснили, для лучей разной длины волны). Какое же значение выбрать для проверки упомянутого следствия?.. Естественно, Максвелл видел эту неувязку своей теории с опытом. Он, правда, попытался сопоставить диэлектрическую постоянную расплавленного парафина с показателем его преломления для волн бесконечной длины, но результат получился неважный. Тогда Максвелл сделал вывод, единственно достойный его гения. Он пришел к заключению, что "наши теории структуры тел должны быть значительно улучшены, прежде чем мы сможем выводить оптические свойства тел из их электрических свойств".
Как и Ньютон, он отчетливо сознавал, в чем слабые места его теории, и точно наметил направление, в котором следовало работать его преемникам. Лучшее понимание структуры тел – вот что стояло на очереди. (63. 130)

Дело в том, что Лоренц с самого начала заявил: если мы хотим заглянуть глубже в природу явлений, понять, каким образом электрические и магнитные свойства зависят от температуры, плотности, химического строения или кристаллического состояния вещества, то есть сделать шаг вперед по сравнению с Максвеллом, мы вынуждены будем обратиться к какой-нибудь гипотезе относительно скрытого механизма, лежащего в основе всех этих явлений. В качестве такой гипотезы он принял представление об электронах* (*Сам термин "электрон" был введен в научный обиход Дж.Стони в 1891 году.) - "крайне малых электрически заряженных частичках, которые в громадном количестве присутствуют во всех весомых телах". (Термином "весомые тела" в то время обозначали все, состоящее из "обычной" материи в отличие от "свободного эфира". (63. 131-132)

На первых порах под электронами понимали как положительно, так и отрицательно заряженные частицы. Считалось, чтго внутри проводника они находятся в свободном состоянии и могут перемещаться под действием электродвижущей силы: положительные частицы в одну сторону, отрицательные – в другую. Это перемещение представляет собой так называемый ток проводимости. Что касается диэлектриков, каждый электрон в них привязан к некоторой точке, пребывает в положении равновесия. Тем не менее, как предполагает Лоренц, и в диэлектриках электроны могут чуть сдвигаться под влиянием электрической силы, возникающей в эфире (эфир пронизывает всю "весомую материю"). Однако такое смещение немедленно вызывает ответную силу упругости, удерживающую электроны "в известных границах". Это быстро пресекаемое шараханье электронов и представляет собой то, что Максвелл назвал током смещения.
Наконец – что для нас особенно интересно – под влиянием упругих сил электроны способны колебаться около положения равновесия, излучая в окружающий эфир волны. Эти волны можно истолковать как тепловое или как световое излучение… (63. 132)

Не менее важная часть картины, нарисованной Лоренцом, относится к эфиру. Одно из главных его предположений: эфир не только занимает все пространство между молекулами, атомами и электронами, но и пронизывает все эти частицы насквозь. И еще гипотеза: как бы частицы ни двигались, эфир всегда остается в покое.
Поскольку внутри электрона имеется эфир, говорит Лоренц, там может существовать и электромагнитное поле. В таком случае все, что остается исследователю следать, - найти систему уравнений, которая была бы справедлива и для внешенего и для внутреннего поля. Лоренц выводит такую систему, опираясь на уравнения Максвелла, и подробно анализирует ее, рассматривает ее применение для различных случаев…
Между прочим, как одно из следствий теории он получает зависимость между диэлектрической постоянной и показателем преломления, аналогичную той, которую получил Максвелл. Однако есть и разница: в уравнении Лоренца показатель преломления не остается постоянным – он зависит от длины волны света в полном соответствии с данными опыта. "Теория электронов позволила нам пойти дальше Максвелла", - говорит по этому поводу Лоренц. (63. 132-133)

Если принять такое предположение (неподвижный и всепроникающий эфир - Ю.М.), скорость света, распространяющегося, допустим, в потоке воды, будет различной (по отношению к неподвижному эфиру) в зависимости от того, совпадает ли направление света с направлением потока или противоположно ему. В первом случае она окажентся больше, чем во втором. Естественно, скорость света по отношению к движущейся среде будет отличаться от скорости по отношению к неподвижной из-за влияния эфира.
Впрочем, все опыты такого рода не должны давать больших расхождений в значениях измеряемых скоростей. Поэтому, если пренебречь величинами второго порядка малости, можно сказать, что движение Земли, например, не оказывает накакого влияния на распространение световых лучей.
Однако в случае учета этих малых величин такого утверждения уже сделать нельзя – тут полет Земли сквозь неподвижный эфир должен сделаться заметен.
И действительно, все опыты, поставленные с целью проверки такого предположения, опыты, в которых величины второго порядка не учитывались, вроде бы подтверждали его справедливость. Что касается экспериментов, которые позволили бы взять на учет величины второго порядка, их долго не удавалось провести. Первый эксперимент такого рода поставил в 1881 году Альберт Майкельсон. Однако ввиду технического несовершенства этого опыта результаты его невозможно было истолковать однозначно (по крайней мере так считал Лоренц). Шесть лет спустя Майкельсон повторил эксперимент вместе с Эдвардом Морли, значительно усовершенствовав его. (63. 133-134)

Идея этих опытов (Майкельсона и Морли – Ю.М.) такова. Луч, посылаемый источником света, попадает на пластинку, установленную под углом 45 градусов. При этом он разделяется на два луча: один из них свободно проходит через пластинку, продолжая двигаться в том же неправлении, что и первоначальный луч, другой, будучи отраженным от пластинки, слкдует перпендикулярно к первоначальному направлению. На пути обоих лучей, на одинаковом расстоянии от точки разделения, установлены два зеркала. Отразившись от них, лучи возвращаютсяк этой точке и здесь интерферируют друг с другом. Если установку разместить так, чтобы направление одного из лучей совпадало с направлением движения Земли, (а направление второго, естественно, приходилось бы поперек этого движения), тогда к моменту встречи из-за влияния неподвижного эфира, должна была бы образоваться некоторая разность фаз. Несмотря на то, что предсказываемая величина была второго порядка малости, техника эксперимента позволяла обнаружить ее: благодаря многократному отражению от зеркал путь, проходимый лучами, был достаточно велик.
В действительности, однако, никакой разности фаз, которую можно было бы приписать влиянию эфира, экспериментаторы не обнаружили… (63. 134)

Между прочим, весьма интересно, как повел себя Лоренц, когда стало известно об этоми результате. Он мог бы сразу отказаться от гипотезы эфира и вообще от своей теории распространения электромагнитных волн. Вместо этого, как многие авторы теорий в подобном полоджении, он продолжаль ее защищать, выдвинув еще одну гипотезу, причем весьма странную и искусственную (в чем он сам признавался). Лоренц предположил, что все твердые тела при движении сквозь эфир несколько сокращаются в том направлении, в котором они движутся. Так что в эксперименте Майкельсона-Морли луч света, совпадающий по направлению с движением Земли, в действительности преодолевает более короткий путь, чем луч, перпендикулярный к нему. И эта-то разница в длине пути скрадывает ожидаемую разность фаз.
Интересно, что сокращение движущегося тела Лоренц понимал как грубый механический процесс: во время движения каким-то образом изменяются силы притяжения и отталкивания, действующие между молекулами, это и ведет к уменьшению размеров тела. Более того, даже электроны при движении сплющиваются… (63. 135)

Необходимы были какие-то совершенно новые идеи. Их выдвинул Эйнштейн. Он предположил, что не существует какого-то абсолютного времени и пространства. Они относительны. Их масштабы изменяются при переходе от одной системы координат к другой, от неподвижной – к движущейся. В принципе часы у человека, стоящего на земле и проезжающего мимо него в поезде, идут с разной скоростью. Разной величины деления на линейках, которые лежат у них в портфелях. При этом различия в единицах длины и времени таковы, что, описывая с их помощью различные явления (на земле и внутри поезда) оба человека придут к одним и тем же результатам.
В этом, если говорить коротко, и заключалась суть специальной теории относительности. С математической точки зрения почти все ее соотношения уже были в готовом виде у Лоренца. "Теория Лоренца дала готовый математический остов теории отностельности Эйнштейна", - писал Сергей Иванович Вавилов. Привнесенная Эйнштейном новизна сосотяла в общем взгляде на природу вещей.
Если же подойти к делу с другого конца, можно сказать так: упрямо защищая свою (или Френеля) гипотезу о неподвижном эфире