Vlnové teorie světla


Original: http://www.victorianweb.org/science/fresnel.html

By Diane Greco, Ph. D., Massachusetts Institute of Technology

Decorative Initial A historika vědy Paul Harman, “mechanická teorie optického éteru založena paradigma pro program mechanické vysvětlení.” Dokud však toto paradigma bylo pevně na svém místě, debaty zuřily přes povahu světla a možných mechanismů jejich přenosu.

Před vlnová teorie byl založen jako kanonické vysvětlení optických jevů by vědci zapojení do debat nad výrobou a interpretaci těchto jevů lze rozdělit do dvou skupin: emissionists a vlna teoretiků. Emissionists věřil světlo je posloupnost rychle se pohybující částice podléhající síly projevovaly hmotnými těly. Wave teoretici, ale myslel světla jako šířící narušení všudypřítomného éteru. 1830s, většina optika orientované členy vědecké komunity poznal sílu vlnové teorie pro vysvětlení současných experimentů; emissionists může pochlubit žádný takový úspěch.

Nicméně, jak historik Jed Buchwald poukázal na to, vzestup vlnové teorie světla byla mnohem složitější. I když je jistě pravda, že vlny nahradit lehké částice v této koncepční posun, další, hlubší proces také došlo. Pokud se vlny v éteru se stal nových nástrojů vysvětlení, vlnoplochy také nahradil paprsky jako nástroje analýzy. Jinými slovy, musí být považován za příslušný vlna teoretik v této době nutné k porozumění nejen světla, jako éterické poruchy, ale také na povaze záření a jejich vztah k světelných paprsků. Konkrétně před 1830 mnoho fyziků zjistil, že je obtížné pochopit, jak trámy, jako kolekce diskrétních, počitatelných paprsky, může být v souladu s vlnami, a zejména vlnoplochy – porozumění, která byla zásadní pro odpovídající nasazení matematického aparátu, který pomohl, aby vlnovou teorii úspěšný (to znamená, že uspokojivě kvantitativní).

V emisní Teoreticky by jednotlivé světelné paprsky nejsou polarizované, polarizované světlo výsledkem dostatečného počtu paprsků v daném svazku ve stádiu se stejným způsobem. Nicméně, v vlnové teorie, je možno říci, že významně ray je polarizované. V tomto případě, polarizace se vztahuje pouze na stavu vlnoplochy (a zejména asymetrie v něm), a každý z nich asymetrie může odpovídat pouze jeden paprsek. Ale protože s vlnovou teorií, je paprsek světla nepovažuje sbírku paprsků na prvním místě, paprsky (jak jsme jejich použití zde) mají pouze analytický význam. Pro emissionists, polarizace se týká sbírek položek (paprsky), zatímco pro pájení vlnou teorií, paprsek a paprsek jsou identické a singulární – a vlnoplochy je důležitější než oba.

Ve Francii Laplacian JB Biot postaven kvantitativní teorii světla na základě těchto předpokladů emissionist. Jeho kolega a eventuální nemesis, DFJ Arago, produkoval teorii, že Biot tvrdil, uvedla pouze své vlastní výsledky. Ale, jak Buchwald ukázalo, byly Biot obvinění ztratil: Biot prostě nemohl pochopit, že základy teorie Arago nebyly jen odlišné od jeho emissionist principů, ale zásadně neslučitelné s nimi. Arago protoge, DFJ Fresnel, později hrál polarizaci experiment, který, alespoň podle polemické bodu Arago názoru přesvědčivě prokázána neplatnost původní polohy Biot. Nicméně, Biot udržel jeho houževnatý selectionism (emissionism) oslepila ho implicitní Fresnelovy (i když major) bod – Fresnelův princip interference (to, co se zdá být polarizované světlo mohou být vyrobeny z několika různých vln, z nichž ne všechny jsou nutně zcela polarizované nebo nepolarizované nebo i jen částečně polarizované), znamená, že paprsky nelze počítat, že není možné rozdělit světlo.

Z roku 1830, hlavní problém v optice bylo zjištění mechanických veličin obsahující světelné médium. Například, za účelem vysvětlení, polarizace světla, Fresnelovy Předpokládá se, že vibrace produkující světlo se skládala z obou podélných a příčných vibrací, v polarizovaném světle, podélné nich chybí. Ale to znamená, že příčné vlny museli cestovat přes kapalného média, což bylo nemožné, protože SD Poisson, další Laplacian, zdůraznil. Fresnel reagoval na tuto námitku s hypotézou, že éter je tuhý. Pevný ether byl citlivý na mechanické modelování, dalo by se postavit na kusy.

Naopak, AL Cauchy sleduje teze, že předpokládá ether s vlastnostmi, které z elastického tělesa, ale mechanická konstrukce tohoto pružného pevného éteru bylo otevřenou otázkou. Přes své obrovské potíže, Cauchyova teorie povolena pro použití diferenciálních rovnic v popisu vlnových jevů. Tento přístup se líbil britských fyziků takový jako John Herschel, GB Airy, W. Whewell, a zejména George Green, protože upustit potřebou explicitně modelu a definovat mikrostruktury materiálu lehkého média.

Po roce 1860 rychlý rozvoj spektroskopie (studium záření rozptýlením jeho jednotlivé frekvence a připojování relativní intenzitu každého) a zkvalitňováním difrakčních mřížek zvýšila platnost vlnové teorie světla. V souladu se vzestupem elektromagnetický, spíše než přísně mechanické, ontologie charakteristika pozdnější devatenácté století Maxwellova práce vysvětluje světelné vlny jako oscilací v rovnovážné konfiguraci elektrických a magnetických polí, a on odvodil vlnovou rovnici pro šíření elektromagnetických účinky, rychlost šíření, jehož přišel pozoruhodně blízko, poukázat na to, že světla. Rozhodující potvrzení o vlnové teorie světla by počkat, až 1887-1888, nicméně, když Heinrich Hertz demonstroval, že Maxwellovy vlny by se mohly odrazit, lámal a polarizované (stejně jako světla) a že jezdí rychlostí light.