Вперше явище інтерференції було незалежно виявлено Робертом Бойлем (1627—1691) і Робертом Гуком
(1635—1703). Вони спостерігали виникнення різнобарвного забарвлення
тонких плівок (інтерференційних смуг), подібних до олійних або бензинових плям на поверхні води. У 1801 році Томас Юнг (1773-1829), ввівши «Принцип суперпозиції»,
першим пояснив явище інтерференції світла, запропонував термін
«інтерференція» (1803) і пояснив «барвистість» тонких плівок. Він також
виконав перший демонстраційний експеримент зі спостереження
інтерференції світла, отримавши інтерференцію від двох щілинних джерел світла (1802). Пізніше цей дослід Юнга став класичним.
Після відкриття явища інтерференції світла його практично відразу ж почали вивчати. Ісаак Ньютон зробив важливий крок у дослідженні інтерференції світла в тонких плівках.
Кількісні дослідження в цій області важкі, так як товщина споев - близько 1 / 1000 мм. Потрібно вимірювати такі малі товщини. Відповідних пристроїв для цього тоді не було. Ньютон обходить труднощі цього виміру чудовим прийомом. На плоску скляну поверхню він кладе опуклою стороною плоско-опуклу лінзу - об'єктив телескопа з дуже великим радіусом кривизни (рис. 1). Тоді між нижньою плоскою і верхньої опуклої поверхнями утворюється надзвичайно тонкий шар повітря, який виявляє строкаті яскраві кольори; кольорові кільця в білому світі і чергування одноколірних світлих і темних кілець - в однорідному.
Цвях пристрою в тому, що, по-перше, товщина шару різна в різних місцях, тобто ми маємо тут як би набір шарів різної величини, а головне, геометрія тут така, що відстань від центру до даного місця значно, у декілька сот разів більше товщини шару в цьому місці. Вимірюючи це відстань, ми визначаємо товщину, яка по дрібниці не піддається безпосередньому виміру, вже за допомогою розрахунку. Ось результат - основний результат Ньютона. Шар повітря не відображає, якщо його товщина h дорівнює деякій величині d або кратного d: h = d, 2d, 3d і т. д. Це вже чудове явище. Якщо відставити нижню поверхню, то відображення виходить; при приєднанні другий поверхні це відображення, як цим досвідом показав Ньютон, пропадає. Навпаки, шар сильно відбиває, якщо товщина його дорівнює h = 1 / 2 d, 3 / 2 d, 5 / 2 d і т. д.
Ньютон експериментально визначив цю товщину d, для кольору на кордоні між червоним і жовтим вона виявилася рівною 1 / 89 000 дюйми.
Як вже було сказано вище, після робіт Ньютона серед вчених трималося тверде переконання в справедливості нової теорії світла. Проте все ж таки і в XVIII ст. були вчені, які заперечували проти цієї теорії. З великих учених можна назвати російських академіків М. В. Ломоносова і Л. Ейлера.
Ломоносов вважав, що світло - це розповсюджується коливальний рух частинок ефіру, тобто невідчутною середовища, яке заповнює весь світовий простір і пронизує пори вагомих тел.
Проти корпускулярної теорії світла, по Ломоносову, говорить та обставина, що світлові промені, проходячи через прозоре тіло з різних сторін, не заважають один одному. Навколо алмазу, пише Ломоносов, можна поставити тисячі свічок, так що тисячі пучків світла будуть перетинати один одного і при цьому жоден промінь не буде заважати іншому. Цей факт суперечить уявленню про те, що світло - це потік світлових частинок, але він не суперечить хвильової теорії світла. Подібно хвилям на воді, які проходять через одну і ту ж крапку не змінюючись, світлові хвилі проходять через прозорі тіла, не заважаючи один одному.
З викладеного видно, що Ломоносов вже підходив до розуміння явища інтерференції.
Ейлер, так само як і Ломоносов, висловлювався проти корпускулярної теорії світла. Він вже чітко уявляв світло як хвилі, що поширюються в ефірі. При цьому Ейлер вперше висловив ідею про те що колір визначається частотою коливань світлової хвилі.
Однак ні Ломоносов, ні Ейлер не змогли залучити вчених на бік хвильової теорії світла.
В кінці XVIII ст. оптичними дослідженнями зайнявся англійський учений Томас Юнг (1773 - 1829). Він прийшов до важливої ідеї, що кільця Ньютона дуже просто можна пояснити з точки зору хвильової теорії світла, спираючись на принцип інтерференції. 0н ж вперше і ввів назву «інтерференція» (від латинських слів inter - взаємно і ferio - ударяю).
Досить імовірно, що інтерференцію Юнг відкрив, спостерігаючи це явище для водяних хвиль. У всякому разі, описуючи це явище, він розглядав інтерференцію водяних хвиль. Він писав: «Уявімо собі, що деяка кількість однакових водяних хвиль рухається по поверхні гладкого озера з деякою постійною швидкістю і потрапляє у вузький канал, що виходить з озера. уявімо собі також, що під дією іншої причини утворився такий же ряд хвиль, який, як і перший, доходить до цього каналу з тією ж швидкістю. Жоден з цих рядів хвиль не зруйнує іншого, а їх дії з'єднаються. Якщо вони вступають в капав так, що гребені одного ряду збігаються з гребенями іншого, то утворюється ряд хвиль зі збільшеними гребенями. Але якщо гребені одного ряду будуть відповідати западин іншого, то вони в точності заповнять ці западини і поверхня води залишиться гладкою. Я вважаю, що подібні ефекти мають місце щоразу, коли подібним чином змішуються дві частини світла. Це явище я називаю законом інтерференції світла ».
Юнг, використовуючи явище інтерференції, пояснив появу кілець Ньютона. Ці кільця у відбитому світлі виникають в результаті інтерференції двох променів світла, відбитих від верхньої і нижньої поверхонь повітряного прошарку, утвореної лінзою і скляною пластинкою. Від товщини цього прошарку буде залежати різниця ходу між зазначеними променями. Зокрема, вони можуть посилювати чи гасити один одного. У першому випадку ми бачимо світле кільце, в другому - темне.
Якщо світло, що висвітлює установку, білий, то будуть спостерігатися кольорові кільця. За розташуванням кілець для різних квітів можна підрахувати довжину хвилі відповідних кольорових променів. Юнг проробив цей розрахунок і визначив довжину хвилі для різних ділянок спектра. Цікаво, що при цьому він використовував дані Ньютона, які були досить точними.
Юнг пояснив і інші випадки інтерференції в тонких пластинках, а також виконав спеціальний досвід з інтерференції світла. Цей досвід, який, як ми говорили, проводив ще Грімальді, відомий під назвою досвіду Юнга.
У даному досвіді спостерігається не тільки явище інтерференції, а й явище дифракції світла. Якщо закрити один отвір пальцем, то на екрані видно дифракційні кільця, утворені в результаті проходження світла через малий отвір.
Результати своїх досліджень з оптики Юнг доповів на вченій засіданні Лондонського королівського товариства, а також опублікував їх на початку XIX ст. Але, незважаючи на переконливість робіт Юнга, ніхто не хотів їх визнавати. Адже визнати правоту висновків Юнга означало відмовитися від звичних поглядів і, крім того, виступити проти авторитету Ньютона. На це поки ще ніхто, крім самого Юнга, не наважувався.
На роботи Юнга не звернули уваги, а в пресі навіть з'явилася стаття, що містить грубі нападки на нього. Корпускулярна теорія світла, як і раніше здавалася непохитною.
Після відкриття явища інтерференції світла його практично відразу ж почали вивчати. Ісаак Ньютон зробив важливий крок у дослідженні інтерференції світла в тонких плівках.
Кількісні дослідження в цій області важкі, так як товщина споев - близько 1 / 1000 мм. Потрібно вимірювати такі малі товщини. Відповідних пристроїв для цього тоді не було. Ньютон обходить труднощі цього виміру чудовим прийомом. На плоску скляну поверхню він кладе опуклою стороною плоско-опуклу лінзу - об'єктив телескопа з дуже великим радіусом кривизни (рис. 1). Тоді між нижньою плоскою і верхньої опуклої поверхнями утворюється надзвичайно тонкий шар повітря, який виявляє строкаті яскраві кольори; кольорові кільця в білому світі і чергування одноколірних світлих і темних кілець - в однорідному.
Цвях пристрою в тому, що, по-перше, товщина шару різна в різних місцях, тобто ми маємо тут як би набір шарів різної величини, а головне, геометрія тут така, що відстань від центру до даного місця значно, у декілька сот разів більше товщини шару в цьому місці. Вимірюючи це відстань, ми визначаємо товщину, яка по дрібниці не піддається безпосередньому виміру, вже за допомогою розрахунку. Ось результат - основний результат Ньютона. Шар повітря не відображає, якщо його товщина h дорівнює деякій величині d або кратного d: h = d, 2d, 3d і т. д. Це вже чудове явище. Якщо відставити нижню поверхню, то відображення виходить; при приєднанні другий поверхні це відображення, як цим досвідом показав Ньютон, пропадає. Навпаки, шар сильно відбиває, якщо товщина його дорівнює h = 1 / 2 d, 3 / 2 d, 5 / 2 d і т. д.
Ньютон експериментально визначив цю товщину d, для кольору на кордоні між червоним і жовтим вона виявилася рівною 1 / 89 000 дюйми.
Як вже було сказано вище, після робіт Ньютона серед вчених трималося тверде переконання в справедливості нової теорії світла. Проте все ж таки і в XVIII ст. були вчені, які заперечували проти цієї теорії. З великих учених можна назвати російських академіків М. В. Ломоносова і Л. Ейлера.
Ломоносов вважав, що світло - це розповсюджується коливальний рух частинок ефіру, тобто невідчутною середовища, яке заповнює весь світовий простір і пронизує пори вагомих тел.
Проти корпускулярної теорії світла, по Ломоносову, говорить та обставина, що світлові промені, проходячи через прозоре тіло з різних сторін, не заважають один одному. Навколо алмазу, пише Ломоносов, можна поставити тисячі свічок, так що тисячі пучків світла будуть перетинати один одного і при цьому жоден промінь не буде заважати іншому. Цей факт суперечить уявленню про те, що світло - це потік світлових частинок, але він не суперечить хвильової теорії світла. Подібно хвилям на воді, які проходять через одну і ту ж крапку не змінюючись, світлові хвилі проходять через прозорі тіла, не заважаючи один одному.
З викладеного видно, що Ломоносов вже підходив до розуміння явища інтерференції.
Ейлер, так само як і Ломоносов, висловлювався проти корпускулярної теорії світла. Він вже чітко уявляв світло як хвилі, що поширюються в ефірі. При цьому Ейлер вперше висловив ідею про те що колір визначається частотою коливань світлової хвилі.
Однак ні Ломоносов, ні Ейлер не змогли залучити вчених на бік хвильової теорії світла.
В кінці XVIII ст. оптичними дослідженнями зайнявся англійський учений Томас Юнг (1773 - 1829). Він прийшов до важливої ідеї, що кільця Ньютона дуже просто можна пояснити з точки зору хвильової теорії світла, спираючись на принцип інтерференції. 0н ж вперше і ввів назву «інтерференція» (від латинських слів inter - взаємно і ferio - ударяю).
Досить імовірно, що інтерференцію Юнг відкрив, спостерігаючи це явище для водяних хвиль. У всякому разі, описуючи це явище, він розглядав інтерференцію водяних хвиль. Він писав: «Уявімо собі, що деяка кількість однакових водяних хвиль рухається по поверхні гладкого озера з деякою постійною швидкістю і потрапляє у вузький канал, що виходить з озера. уявімо собі також, що під дією іншої причини утворився такий же ряд хвиль, який, як і перший, доходить до цього каналу з тією ж швидкістю. Жоден з цих рядів хвиль не зруйнує іншого, а їх дії з'єднаються. Якщо вони вступають в капав так, що гребені одного ряду збігаються з гребенями іншого, то утворюється ряд хвиль зі збільшеними гребенями. Але якщо гребені одного ряду будуть відповідати западин іншого, то вони в точності заповнять ці западини і поверхня води залишиться гладкою. Я вважаю, що подібні ефекти мають місце щоразу, коли подібним чином змішуються дві частини світла. Це явище я називаю законом інтерференції світла ».
Юнг, використовуючи явище інтерференції, пояснив появу кілець Ньютона. Ці кільця у відбитому світлі виникають в результаті інтерференції двох променів світла, відбитих від верхньої і нижньої поверхонь повітряного прошарку, утвореної лінзою і скляною пластинкою. Від товщини цього прошарку буде залежати різниця ходу між зазначеними променями. Зокрема, вони можуть посилювати чи гасити один одного. У першому випадку ми бачимо світле кільце, в другому - темне.
Якщо світло, що висвітлює установку, білий, то будуть спостерігатися кольорові кільця. За розташуванням кілець для різних квітів можна підрахувати довжину хвилі відповідних кольорових променів. Юнг проробив цей розрахунок і визначив довжину хвилі для різних ділянок спектра. Цікаво, що при цьому він використовував дані Ньютона, які були досить точними.
Юнг пояснив і інші випадки інтерференції в тонких пластинках, а також виконав спеціальний досвід з інтерференції світла. Цей досвід, який, як ми говорили, проводив ще Грімальді, відомий під назвою досвіду Юнга.
У даному досвіді спостерігається не тільки явище інтерференції, а й явище дифракції світла. Якщо закрити один отвір пальцем, то на екрані видно дифракційні кільця, утворені в результаті проходження світла через малий отвір.
Результати своїх досліджень з оптики Юнг доповів на вченій засіданні Лондонського королівського товариства, а також опублікував їх на початку XIX ст. Але, незважаючи на переконливість робіт Юнга, ніхто не хотів їх визнавати. Адже визнати правоту висновків Юнга означало відмовитися від звичних поглядів і, крім того, виступити проти авторитету Ньютона. На це поки ще ніхто, крім самого Юнга, не наважувався.
На роботи Юнга не звернули уваги, а в пресі навіть з'явилася стаття, що містить грубі нападки на нього. Корпускулярна теорія світла, як і раніше здавалася непохитною.
Коментарі
Дописати коментар