История развития представлений о природе света.

Размышлять о природе света начали еще в древние времена. Первые гипотезы были наивны и туманны. Так, Аристотелю приписывают утверждение, что свет есть нечто, исходящее из глаз. Лучи света как бы ощупывают предметы, доставляя наблюдателю информацию об их форме и качестве. Естественно, возникал вопрос, почему же в таком случае человек не видит в темноте,
В школе Пифагора утверждали, что лучи Солнца «проникают через густой и холодный эфир». Впервые появляется мысль о том, что свет каким-то образом передается материальной средой — эфиром.
Независимо от гипотез о происхождении света развивалась геометрическая оптика.
До второй половины XVII в. оптика представляла, по существу, один из разделов геометрии. Световой луч — прямая линия и светящаяся точка — начало этой линии. Далее были установлены законы отражения и преломления света. Первый был известен еще в Древней Греции. Закон преломления света открыли независимо друг от друга голландский ученый Виллеброд Снеллиус (1591—1626) и французский ученый Рене Декарт (1596—1650).
В эпоху Возрождения оптика входит в практику, становится жизненно важной областью физики в связи с созданием подзорной трубы (1609) и микроскопа (1637).
Усовершенствованием оптических приборов занимаются естествоиспытатели разнообразных научных направлений, Соз дание рациональных конструкций оптических приборов требовало устранения сферических и хроматических аберраций. Исследование последних и явилось началом развития физической оптики.
Сравнение расчетов оптических приборов с опытом ясно показало недостаточность принципов геометрической оптики для правильного описания и объяснения распространения света.
Первой проблемой физической оптики была проблема цветности световых лучей. До XVII в. естествоиспытатели, следуя традиции Аристотеля, считали, что цвета являются результатом смешения света с темнотой в разных пропорциях. Были также известны призматические цвета. Появление их относили или за счет каких-то особенностей источника света, или за счет особых свойств тела, имеющего данный цвет. Чешский естествоиспытатель Мариус Марци де Кронланд указал, что проблему можно решить, разгадав происхождение призматических цветов. Он впервые высказал правильную мысль, что «различные виды призматических цветов являются частями с различными преломлениями», однако дальше он не пошел.
Еще более трудная проблема физической оптики возникает во второй половине XVII в. В 1655 г. в Болонье был напечатан трактат иезуита Франческо Мария Гримальди, в котором было впервые описано явление диффракции света. В темную комнату сквозь узкое отверстие был пропущен солнечный свет. В световой конус Гримальди поместил, палку и наблюдал характер тени на белом экране. Образовалась картина, которая свидетельствовала о том, что лучи света могут отклоняться от прямолинейного распространения. Варьируя условия опыта, Гримальди нашел, что это новое физическое явление, и назвал его диффракцией.
Проблема цвета, связанная с ней проблема совершенствования оптических инструментов, необходимость объяснения явления диффракции — все это настоятельно требовало создания действенной системы оптических представлений, определенных гипотез о природе света. Назрела необходимость построения физической основы оптики.
Волновая теория света. Наблюдение явлений диффракции навело на мысль о световых волнах. В 1665 г. Гримальди писал: «Подобно тому, как вокруг камня, брошенного в воду (как вокруг центра), образуются круговые возвышения воды, точно так же вокруг тени непрозрачного предмета возникают блестящие полосы, которые соответственно форме последнего либо распространяются в длину или же изгибаются дугообразно. Далее, подобно тому, как те круговые волны представляют простое скопление воды, вокруг которого с обеих сторон тянется углубление, так и блестящие полосы суть не что иное, как свет, распределенный неравномерно вследствие сильного рассеяния и прорезанный теневыми промежутками». Здесь не сформулировано волновой гипотезы, сделан лишь робкий намек, проведена аналогия; но это было хорошим стимулирующим началом.
Дальше Гримальди идет Гук. На одном из заседаний Лондонского Королевского общества в 1675 г. он заявил: «Свет есть колебательное или дрожательное движение среды, происходящее вследствие подобного же движения светящегося тела, подобно звуку, который всегда объясняется дрожанием среды, проводящей его, получающимся от дрожательного движения звучащего тела. Как в звуке пропорциональные колебания производят различные гармонии, так же и в свете получаются различные странные и приятные цвета посредством смешения пропорциональных и гармоничных движений. Одни ощущаются ухом, другие глазом».
Мысль об аналогии световых и звуковых явлений мелькает у древних и в эпоху Возрождения. Гук, однако, обогащает аналогию света и звука намеком на связь цветов с колебательными («пропорциональными и гармоничными») движениями, намеком на периодичность света. Мысль в высшей степени плодотворна, но Гук ее не развивает.
Дальнейшее развитие волновая гипотеза получила в «Трактате о свете» Христиана Гюйгенса (1629—1695). ЕГ этой небольшой книжке, вышедшей в 1690 г., содержится вошедшее в физику под названием принципа Гюйгенса предположение о механизме распространения света. Светящийся предмет, так же как и звучащее тело, приводит в движение окружающую среду, и это движение «распространяется так же, как и при звуке, сферическими поверхностями и волнами». Принцип формулировался так.
«Каждая частица вещества, в котором распространяется волна, сообщает свое движение не только ближайшей частице, лежащей на прямой, проведенной от светящейся точки, но и необходимо сообщает его также всем другим частицам, которые касаются ее и препятствуют ее движению. Таким образом, вокруг каждой частицы должна образоваться волна, центром которой она является».
Итак, свет, по Гюйгенсу,— это распространение импульсов, возбуждаемых светящимся телом в упругом эфире.
Гипотезы Ньютона и их развитие. Фундамент учения о свете заложил Исаак Ньютон. В 1672 г. Ньютон прислал секретарю Лондонского Королевского общества Ольденбургу письмо, в котором высказал намерение сделать сообщение на еженедельном заседании Общества «Об одном философском открытии». Письмо кончалось так. «По моему суждению, это страннейшее, если не самое значительное открытие, которое когда-либо делалось в отношении действий природы».
Серией в высшей степени убедительных экспериментов Ньютон устанавливает следующие фундаментальные факты оптики.

1. Причина цветов находится не в телах, а в свете; цвета являются прирожденными свойствами света.
2. Показатель преломления находится в строгой зависимости от цвета луча.
3. Принцип неизменности простого цвета.

* См. "История изучения фотоэффекта"