Физика без формул

Казалось бы, волновая теория одержала триумфальную победу. Но начало XX века принесло новые открытия, заставившие ученых в каком-то смысле вернуться к воззрениям Ньютона. При объяснении новых фактов волновая теория была бессильна.

Так что же, свет — это все-таки частицы? Сегодня ученые считают: в каких-то случаях он ведет себя как поток микроскопических частиц-корпускул, в других — как волна. Иначе говоря, ему присущи и те, и другие свойства.

Как исчезает свет?

В каких случаях свет показывает себя как волна? В конце десятых годов прошлого века французские ученые были несказанно удивлены, когда молодой физик Огюстен Френель провел на их глазах любопытный опыт. Между источником света и экраном размещался непрозрачный диск. По здравому смыслу, на экране должна была получаться круглая тень. Френель, перемещая приборы, добивался того, что в центре тени появлялось светлое пятнышко. И наоборот, если пропускать свет через круглое отверстие, то при определенных условиях в середине светлого пятна образовывалась темная точка.

Огюстен Френель (1788–1827) — французский физик. Экспериментируя с помощью примитивных средств, достиг великолепных результатов в оптике. Развил учение о свете, дополнил принцип Гюйгенса. Разработал теорию дифракции — явления, при котором свет огибает препятствия. Доказал поперечность световых воли. Изобрел ряд оптических приборов.

Объяснить эти чудеса могла только волновая теория света. Подобно звуковым волнам, способным огибать препятствия, световая волна в каких-то случаях может зайти за край, скажем, диска и попасть в зону тени. Почему же такие явления довольно часто наблюдаются для звука и намного реже — для света? Дело в том, что звуковые волны обладают значительно большей длиной — расстоянием между своими «горбами», это примерно метры. Значит, на препятствиях таких размеров и будет наблюдаться огибание звуковых волн.

А вот длина световых волн чрезвычайно мала — они меньше миллионных долей метра. Вот такого размера отверстия или препятствия и позволят заметить отклонение световых лучей от прямолинейной траектории.

Например, классический опыт провел в 1802 году англичанин Томас Юнг. Проделав в непрозрачном экране две близких дырочки с помощью тонкой булавки, он осветил их солнечным светом, проникавшим в комнату через маленькое отверстие в шторе. И что же? Вместо двух ярких точек за экраном наблюдалось чередование темных и светлых колец.

Томас Юнг (1773–1829) — английский ученый. Работал в различных областях естествознания, но более всего известен как физик. Один из создателей волновой оптики. Объяснил «настройку» глаза изменением толщины хрусталика, явление усиления и ослабления звуковых и световых волн. Разрабатывал теорию цветного зрения. Также исследовал упругие деформации.

Объяснить это явление можно было, считая, что световые лучи, загибаясь в дырочках, накладываются друг на друга, то усиливая себя, то ослабляя.

Кто «отвечает» за цвет?

Вы нырнули в бассейн, а на его краю остался ваш приятель в красных плавках и голубой купальной шапочке. Какого цвета будут они казаться вам из-под воды? Неожиданный вопрос, правда? Кажется, что в нем есть подвох. Но сколько ни ныряй, всякий раз красные плавки останутся красными, да и шапочка не изменит свой цвет. Что же тут выяснять?

Да дело в том, что если считать свет волной, то хорошо бы узнать, какая его характеристика отвечает за цвет. Длина волны? Скорость? Частота? Оказалось, что при переходе в более плотную прозрачную среду свет как бы тормозится, скорость его падает. Вместе со скоростью ровно во столько же раз уменьшается длина световой волны. И если бы эти характеристики «взяли на себя ответственность» за цвет, то мир предстал бы перед нами в искаженных цветах. Ну, подумайте, вы бросаете в кастрюлю с водой ярко-красную морковку для варки, а она, «нырнув» на дно, вдруг стала синей или еще хуже, серо-буро-малиновой. Захотелось бы съесть такую морковку?