Физика

Изображение в калейдоскопе

В 1849 г. французский физик Анри Физо провел первое прямое измерение скорости света с помощью зеркал и вращательного зубчатого колеса. Физо использовал пучок света, отражающийся от полупрозрачного зеркала и проходящий через прорезь между зубцами колеса до второго зеркала, которое было размещено на расстоянии 8,66 км. Если колесо было неподвижно, наблюдатель видел отражение света в далеком зеркале. Когда колесо начинали быстро вращать, то при определенной частоте вращения можно было добиться того, чтобы свет все же проходил сквозь тот же самый проем. По частоте вращения и расстоянию, которое проходил свет, рассчитали скорость света. По результатам Физо скорость света составляла 312 000 км/с. Эта цифра превышает правильный результат, но она показала, что свет распространяется не с бесконечной скоростью, как считали ранее, а с имеющей определенное значение.

Схема телескопа-рефлектора

Позже, в 1862 г., другой французский физик Жан Фуко провел независимое измерение скорости света. При этом он тоже применял зеркало. Наиболее известные эксперименты по измерению скорости света проводил Альберт Майкельсон, которые начались в 1879 г. и продолжались почти до его смерти в 1932 г. (Многие серии опытов Майкельсон провел совместно с Эдвардом Морли.) В этих опытах также применялось вращение зеркал. Именно из-за того, что скорость света очень и очень большая, то есть обычные «земные» расстояния он проходит за очень короткое время, исследователям нужно было придумать нечто такое, что позволяло бы рассчитать эту скорость. И здесь пригодились зеркала, по частоте вращения которых и осуществили задуманное.

Другим инструментом, в котором используется вращающееся зеркало, является дальномер. В этом приборе применяется полупрозрачное зеркало, с помощью которого наблюдатель видит два изображения объекта. Одно он видит прямо через это «частичное» зеркало, а второе – после двух отражений: сначала во вращающемся зеркале, а затем – в полупрозрачном. Шкала, с помощью которой можно следить за поворотом подвижного зеркала, проградуирована в единицах расстояния. Для того чтобы определить расстояние до объекта, наблюдатель должен совмещать два его изображения.

Другая распространенная конструкция дальномера устроена так: у одного изображения будто срезана верхняя половина, а у другого – нижняя.

Подгоняя две части изображения таким образом, чтобы они давали одно целое, наблюдатель определяет расстояние до предмета.

Рассказывая о зеркалах, нельзя не сказать об их особой роли в астрономии. Представить себе исследования звездного неба, планет и Солнца без телескопов просто невозможно! Ранее мы уже упоминали о первых оптических телескопах, которые состояли только из линз. Изобретение Ньютоном телескопа-рефлектора («рефлект» – отражать), в состав которого входит зеркало, значительно улучшило качество изображений, которые давал телескоп.

Объектив одного из самых больших рефлекторов, установленный на горе Маунт Паломар в Калифорнии, является параболическим зеркалом диаметром пять метров. Такое зеркало может вобрать в 700 000 раз больше света, чем человеческий глаз.

Еще один телескоп-рефлектор с зеркалом, диаметр которого составляет шесть метров, был установлен в СССР на Кавказе в 1975 г.

Наибольшими современными оптическими телескопами являются два идентичных телескопа Кека, расположенных рядом на вершине Мауна-Кеа, на Гавайях. Каждый из них имеет рефлектор диаметром 10 метров, состоящий из 36 шестиугольных элементов. Они с самого начала предназначались для совместной работы.

«Очень большой телескоп» (на английском – аббревиатура VLT), который находится в Чили, представляет собой конструкцию из четырех зеркал диаметром 8,2 м, образующих единый телескоп с 16,4-метровым рефлектором.

Кто сломал свет?

Мы уже упоминали о том, что, когда в процессе распространения свет переходит из одного вещества в другое, происходит его отражение и преломление.

Явление преломления очень легко наблюдать, опустив в стакан с водой ложку или какую-то трубочку.

Конечно, этот и подобные ему эффекты люди наблюдали давно и поэтому старались их объяснить. Уже было отмечено, что в XVII в. поистине осуществилась первая революция в оптике. Именно тогда появились телескоп и микроскоп, были изобретены рецептуры варки стекла, резко повысилось мастерство шлифовальщиков, и открылась возможность контроля формы обрабатываемых поверхностей. Однако настоящий научный аппарат для расчета оптических систем мог быть создан только на основе точного формулирования закона преломления света. Его открытие по праву принадлежит голландцу В. Снеллиусу и французу Р. Декарту.

Виллеброрд Снеллиус (1580–1626) – голландский (датский) ученый. Родился в Лейдене. В 1608 г. он получил степень магистра в Лейденском университете, там, в последствии, и работал (с 1615 г. – профессор). Его научные труды посвящены математике, оптике, астрономии.