7-дәріс XVII-XIX ғғ. оптиканың дамуы

1816 ж. Френельдің ескерткішнамасы физика тарихын ұмытыла бастаған Гюйгенс принципына мән бергенімен қызықтырады. Интерференциялық сәулеленудің екінші қайнарын толықтырып, Френель геометрикалықты физикалық принципке айналдырады. Қортындысында оптика көптеген есептерді шешуге, мәндері уақыт бойынша тек қана кемімей сонымен қатар көбейетін өте мықты құрал алады, ХХ ғ. микротолқындық антенналардың, оптикалық құралдардың және де қазіргі заманғы Вавилова-Черенкова эффектісінің радиофизикалық есептеулерінің негізгі әдісін ойлап тапқан. Алғаш есептеулердің жаңа принципін Френельдің өзі өткізген.

Интерференция принципінің ашылуы айтылғандай Юнгке тиесілі. Френель ол туралы білмей, өздігінен осы жаңалыққа жеткен. Кейін Ф.Д. Араго оған Юнгтың жұмысы туралы хабардар етеді.

Френель өзінің әріптестеріне біртіндеп толқындық теорияның табиғи жарықтан дұрыс екендігін көндіре білді. Осылайша, Париждық ғылыми аккадемияда болған ең жақсы дифракция туралы проект конкурсында Френельдің «Natura cimplex et fekunda» (қарапайым және пайдалы табиғат) ескерткішнамасымен жеңіп алды. Тексерушілердің бұл жұмыстың талқылауында, оның ішіндегі, Био, Араго, Лаплас, Гей-Люссак және Пуассон, Френельдің ойының шарықтауына көмектескен бөлім пайда болды. Френельге қарсы шыққан Пуассон соңғы әдісті қолданып дөңгелек экранның көлеңке ортасында нақты бір жағдайда жарық дақ пайда болу керек деп есептеді. Бұл есептеуді Араго тәжірибеден өткізіп, соңында теория толықтай дәлелденді. Пуассонның қарсылығы Френельдің дұрыстығына әкеп соқты.

Френельдің ескерткішнамасының аты оның әлемге натурофилософиялық көзқарасын көрсетеді. Ескерткішнамада ғалымның көптеген интерференциялық тәжірибелері жазылған, сонымен қоса өте әйгілі биопризма мен айна. Осы жерде Гюйгенс-Френель принципына жаңадан тұжырымдама берілді. Ескерткішнамада дифракциялық есептерге арналған көптеген тізбектермен толтырылған. Ескерткішнама толқындық теориядағы жарықтың сынуының түсініктемесімен бітеді.

Шынын айтқанда, тек толқындық теорияның көмегімен поляризация құбылысын суреттеу мүмкін емес. Френельдің өзі 1816 ж. осы туралы айтып кеткен. Жарық туралы модификациялық елестету керектігін және «бұл жарық модификациясы көлденең жарық толқынынан тұратынын» қосып айта кеткен.

Френельдің ойы бойынша, нағыз жарық - ол «жылдам поляризациялық жүйенің әр түрлі бағыттағы толқындарға еруі». Сонымен қоса поляризация нақты жанама бағыттардың екі сәйкескен перпендикуляр бағыттан тұрады. Бұл ой «күмәнді» болғандықтан Френельдің сенімді досы Араго да оның артынан еруге батпады.

Френель теориясы эфир жайында алдыға тапсырма берді - оның біріктірілмеген құрылымын қалай біріктіру керек. Неге эфирдің тығыздығы дифференциал сипатталады? Неге эфир өзінің қатты қасиетімен одан өтетін аспан денелерінің қозғалысына қарсылық көрсетпейді? Френель бұл сұрақтарға жауап бере алмады, бірақ біз оны білеміз. Эфир жай мүлдем жоқ, ал ауадағы акустикалық толқынға ұқсас жарық толқындары, кезінде жарық тоқындарының аналогы болып қызмет жасаған.

1823 жылғы мемуарында Френель Жер мен бүкіләлемдік теңіздің үстін зерттеудегі қашықтық әдісіндегі жарықтың шағылу формуласын түсіндірді.

Френельдің кристаллоптикадағы жетістіктерін ұмыту мүмкін емес. Гюйгенстің ойын осы бағытта қолданды және модифицияландырды. Френель кристалдың эллипсоид серпімділігі туралы керемет құрылым енгізді. Френельдің ойын жетілдіре келіп, Гамильтон 1832 жылы екі осьті жіңішке кристаллдың эффектісі - соңғы рефракцияны бар деп қортынды жасады. Френель-Гамильтон теориясына сүйене отырып, 1832 жылы Х.Лойд (1800-1881 жж.) оны тапты. Бұл жарық толқынында ең керемет триумф болды.

Аз уақыт ішінде Френельдің жетістіктері тек таң қалдырады. Жоғарыда айтылғандарға тағы да жер қозғалысының оптикалық эффектісінің әсері, сол кезде реалитивистік құбылыстар үлкен мағынаға ие болып қызығушылық тудырды. Френель эфирдің бөлшектеп ұлғаю теориясының авторы. Әрине оның басты мұрасы – оптикалық зерттеулер. Бірақ та, ол керемет инженер де болып шықты.

ХІХ ғасырдағы ғалым-оптиктардың ішінде Иозеф Фрауннгофер (1787-1826 жж.) атын атап кетпеуге болмас. Оған екі оптикалық ашылу тиесілі. Біріншіден, Фраунгофер сызығы - күннің күңгірт спектрлік сызықтары. Олардың пайда болғанынан атмосферада жұтылуы (53 сурет133б). Бұл сызықтарды бірінші рет 1802 ж. У.Х. Воллоктон (1766-1828 жж.) көрді. Бірақ ол олардың табиғатын түсінбей ары қарай толығырақ зерттемеді. Дәл Фраунгофер 1814-1815 жж. бұл құбылысты толық зерттеп, оны 1817 ж. сипаттады. Сонымен қоса Фраунгофер дифракциялық торды ойлап шығарушы болды. Бірақ оның принципін 1785 ж. американдық Д. Риттенхауз айтып кеткен. Дәлірек, Фраунгофер оны дайындап және оған өмірге жолдама берген, бұл Ньютонннан кейінгі спектроскопияның дамуына маңызды үлес қосқан ғалым еді. Дифракциялық тордың толық теориясын Фраунгофердің өлімінен 3 жылдан соң К. Швердің монографиясында баяндалған.

Оптика тарихын зерттегенде жарық жылдамдығының өзгеруі сұрағына тоқтамау мүмкін емес. Галилей жарықтың жылдамдығын түзу әдіспен өлшегенді керек деп санаған. Біз О. Ремердің есептеулері туралы білеміз. Ол ХІХ ғасырдың ортасында бұл тапсырманы бір мезгілде Ипполит Физо (1819-1896 жж.) және Мон Фуко (1819-1868 жж.) есептеп шығарған. Олардың тәжірибелері белгілі бір уақыттағы жарық толқынының жиілігі кезінде жарық көзінің үзілуі мен уақыт өлшемін дәлелдеуде болды. (54 сурет134б) Физо мен Фуконың құрылысы бір-бірінен өзгеше болғанымен құрылым принципі ұқсас болып келеді. Олардың біріншісі 1849 жылы тәжірибе жүргізіп, ауадағы жарық жылдамдығы 313000 км/с екенін анықтады. Фуко ауадағы жарық жылдамдығын судағы жарық жылдамдығымен салыстыруға болатын құрылғы жасады. 1850 ж. бақылаудың нәтижесінде судағы жарық ауадан қарағанда ақырын таралатыны анықталды. Бұл ХІХ ғасырдағы толқындық теорияға шешуші пайда әкелді. Бұдан кейін корпускулалық теория мұражайға тапсырылды. Классикалық оптика толқындық теорияның керемет триумфымен аяқталды.

ХХ ғасырда ең басты жетістік болып, оптикалық құрылғылардың шығуы және электромагнит толқындардың оптикалық әдістері кең ауқымда таралуы болды.

ХХ ғасырда оптиктар бұрын сонды көрмеген телескоп ойлап тапты. Басты бағыт үлкен диаметрлі айнаның шығарылуы болды. Осындай ең үлкен телескоп Кавказ тауларының маңындағы БТА телескопы, айна диаметрі 6 метр.

ХХ ғасырдың екінші жартысындағы сызықты емес оптиканың пайда болуы мына ғалымдардың алдында өтелмес парыз: Рэм Викторович Хохлов (1926-1977 жж.) және Сергей Александрович Ахманов.