|
Томас Юнг.
Интерференция.
В 1801 г. Т. Юнг четко формулирует основной принцип линейной волновой оптики — принцип интерференции, основанный на суперпозиции волн. Он впервые вводит и сам термин «интерференция» (1803 г.). Ученый так наглядно поясняет открытый им принцип: «Представьте себе ряд одинаковых волн, бегущих по поверхности озера с определенной постоянной скоростью и попадающих в узкий канал, ведущий к выходу из озера. Представьте себе далее, что по какой-либо иной аналогичной причине возбуждена другая серия волн той же величины, приходящих к тому же каналу с той же скоростью одновременно с первой системой волн. Ни одна из этих двух систем не нарушит другой, но их действия сложатся: если они подойдут к каналу таким образом, что вершины одной системы волн совпадут с вершинами другой системы, то они вместе образуют .совокупность волн большей величины; если же вершины одной системы волн будут расположены в месте провалов другой системы, то они в точности заполнят эти провалы и поверхность воды в канале останется ровной.
Так вот, я полагаю, что подобные явления имеют место, когда смешиваются две порции света, и это наложение я называю общим законом интерференции света».
В курсе лекций Т. Юнга, читанных в Королевском институте, сказано: «Когда две части одного и того же пучка света приходят в одну и ту же точку разными путями, появление цветов зависит однообразно от разности длин этих путей».
Первая цитата свидетельствует о полном понимании Т. Юнгом принципа суперпозиции (при интерференции происходит просто сложение, а отнюдь не взаимодействие волн), а вторая показывает, что ученый понимал необходимость когерентности складываемых волн для наблюдения интерференции.
Пользуясь принципом суперпозиции, Т. Юнг объяснил кольца Ньютона как результат сложения волн, отраженных от двух поверхностей. Этим объяснением мы пользуемся, как известно, и сейчас. В лекциях Т. Юнга приведены длины световых волн, вычисленные на основании измерений колец Ньютона; они практически совпадают с современными значениями.
Следует отметить, что прямой опыт, доказывающий справедливость объяснения Юнга, был произведен английским ученым Г. Эйри только в 1833 г. Эйри ставил эксперимент с линзой, положенной на металлическое зеркало, и, пользуясь поляризованным светом, уничтожал отраженна света от поверхности линзы. При этом исчезала интерференционная картина. Ньютон же считал, что все дело в «приступах» легкого отражения от задней поверхности.
Опыт Юнга. Ученый разработал простой по аппаратуре, но отнюдь не простой в смысле трактовки знаменитый эксперимент (опыт Юнга), связывающий явление интерференции с дифракцией.
В 1803 г. Т. Юнг реализовал первый вариант этого опыта. «Я сделал маленькую дырочку в оконной ставне и покрыл ее куском толстой бумаги, которую я проколол тонкой иглой. На пути солнечного луча я поместил бумажную полоску шириной около одной тридцатой дюйма и наблюдал ее тень или на стене или на перемещаемом экране. Рядом с цветными полосами на каждом краю тени сама тень была разделена одинаковыми параллельными полосами малых размеров, число полос зависело от расстояния, на котором наблюдалась тень, центр тени оставался всегда белым. Эти полосы были результатом соединения частей светового пучка, прошедших по обе стороны полоски и инфлектировавших, скорее дифрагировавших, в область тени». Т. Юнг доказал правильность такого объяснения, устраняя одну из двух частей пучка. Интерференционные полосы при этом исчезали, хотя дифракционные полосы оставались.
Затем ученый реализовал свой классический опыт с тремя щелями «Для получения эффектов наложения двух порций света необходимо, чтобы они исходили из одного источника и приходили в одну и ту же точку по разным путям, но по близким между собой направлениям. Для отклонения одного или обеих частей пучка можно использовать дифракцию, отражение, преломление или комбинацию этих эффектов, но самый простой способ, если пучок однородного света [от первой щели] (один цвет или длина волны) падает на экран, в котором сделаны два очень маленьких отверстия или щели, которые можно рассматривать как центры расхождения, от которых свет благодаря дифракции рассеивается во всех направлениях».
Далее Т. Юнг дал ясную теорию интерференционной картины. Сейчас во всех курсах физики и в большинстве курсов квантовой механики фигурирует опыт Юнга как наиболее простой по схеме и наиболее убедительный при рассмотрении интерференции волн.
Источник. ж. Физика в школе. №3, 1973. с.16. Фабрикант В.А.