С. Капица - Жизнь науки

7. Однако гипотеза приступов является не только маловероятной по своей сложности и трудно согласуемой с фактами в ее следствиях, но она недостаточна даже для объяснения явления цветных колец, для чего она и была придумана. Она хорошо показывает, каким образом интенсивность света, отраженного от второй поверхности слоя воздуха, зависит от пути, пройденного в этом слое, но она не объясняет изменений отражения, обусловленных первой поверхностью; однако опыт показывает, что темные части колец происходят не только от ослабления второго отражения, но еще от ослабления первого отражения. Для того чтобы убедиться в этом, достаточно поместить призму на стекле, нижняя поверхность которого зачернена, так что глаз воспринимает только тот свет, который отражен от ограничивающих поверхностей слоя воздуха, заключенного между двумя стеклами. Если эти стекла расположить таким образом, чтобы призма выходила за пределы стекла и чтобы место соприкосновения находилось около края стекла, тогда можно легко сравнивать темные кольца с частью основания призмы, которая выдается за пределы стекла и которая направляет в глаз результат только одного отражения: тогда, пользуясь однородным светом, можно видеть, что эта часть призмы значительно более освещена, чем темные кольца; таким образом, эти кольца могут рассматриваться не только как результат устранения нижнего отражения, но и еще как результат значительного ослабления верхнего отражения, в особенности в наиболее темных точках первого и второго кольца, где, по-видимому, потухает всякое отражение, если стекла хорошо полированы, а падающий свет достаточно однороден. Очевидно, что если такое же явление не наблюдается в других кольцах, то это следует отнести целиком за счет недостаточной однородности света. Но если не удается получить полную черноту, можно легко, даже до шестого порядка, сделать кольца достаточно темными и тем самым выявить ослабление верхнего отражения.

Мне кажется, что это явление трудно объяснить с точки зрения ньютоновской теории. Можно сказать, что световые частицы, попав на поверхность призмы, притягиваются стеклом. Более или менее строго можно еще допустить эту гипотезу для центрального черного пятна, где контакт между двумя стеклами очень близок; но это не так для темных колец, которые его окружают. Помимо невероятности того, чтобы притягивающее действие тел на световые частицы могло иметь место на столь заметных расстояниях, как можно допустить, чтобы то же самое стекло, которое притягивает частица на расстоянии двойном, отталкивало бы их на расстоянии тройном, притягивало на расстоянии четверном и так далее? Вполне естественно предположить, что это явление есть результат того действия, которое свет, отраженный второй поверхностью слоя воздуха, оказывает на свет, который был отражен первой поверхностью, и что это действие изменяется в зависимости от изменения пройденных путей. Таким образом, цветные кольца, как и явления дифракции, приводят к принципу взаимодействия световых лучей, хотя они и не показывают этого с той же самой степенью очевидности.

8. В теории, волн этот принцип является следствием основной гипотезы. В самом деле, когда две системы световых волн стремятся произвести совершенно противоположные движения в одной и той же точке пространства, они должны взаимно ослабляться и даже полностью уничтожаться, если оба импульса равны; и наоборот, колебания должны складываться в том случае, когда импульсы одинаково направлены. Интенсивность света будет, следовательно, зависеть от относительных положений двух систем волн, или, что то же самое, от разностей пройденных путей в том случае, когда они исходят из одного общего источника [13].

В противном случае изменения, которые необходимо испытывают колебания двух освещенных точек и которые должны следовать друг за другом с очень большой быстротой, уже не происходят одновременно и одинаковым способом, так как они независимы; следовательно, эффекты взаимодействия двух систем волн, которые порождаются источниками, все время меняются, и глаз уже не в состоянии их воспринять.

9. Гипотеза эмиссии несовместима с представлением и взаимодействием между световыми частицами, так как их независимость необходима, чтобы объяснить единообразия их перемещений. Но мне кажется, что можно было бы аналогичным образом объяснить те же самые явления, предположив, что колебания зрительного нерва, вызываемые ударами световых частиц о ретину, изменяются по интенсивности в зависимости от того, каким образом они следуют друг за другом[14].

Действительно, нетрудно понять, что если две частицы последовательно ударяют в одну и ту же точку ретины глаза, то «интенсивность результирующего колебания должна зависеть от отношения между длительностью одного колебания зрительного нерва к интервалу времени, прошедшему между двумя ударами, так как второй удар может как ослабить, так и усилить колебания, вызванные первым ударом, в зависимости от того, согласуется ли он с первыми колебаниями или, наоборот, им противодействует. Но одной этой гипотезы недостаточно. Нужно еще допустить, что световые частицы, расположенные на одной и той же сферической поверхности, имеющей центром излучающую точку, все испущены одновременно этим общим источником и что различные ряды частиц, которые следуют друг за другом, выбрасываются периодически с равными интервалами так, как будто бы их эмиссия была результатом колебаний. С точки зрения волновой теории также нельзя объяснить ощутимых эффектов, произведенных взаимодействием световых лучей, если не предположить, что лучи исходят из общего источника. Но в этом случае одновременное исхождение лучей является непосредственным следствием принятой системы, в то время как в теории эмиссии это обстоятельство требует допущения новой гипотезы. В волновой теории цвет световых лучей, или ощущение, которое они вызывают в глазу, зависит от длительности колебаний или длин волн. Очевидно, что интервал, соответствующий согласованности или несогласованности этих колебаний и определяющий толщину слоев воздуха в тех точках, где рисуются темные или яркие кольца, должен меняться в зависимости от употребляемого рода света. В системе эмиссии, где различие цвета обусловлено различием в природе световых частиц, нужно предположить, что интервалы между испусканием световых частиц, которые выбрасываются световой точкой, или, если предпочитают такое выражение, что колебания этой точки изменяются вместе с природой световых частиц, которые она испускает, всегда одинаковы для частиц одинакового рода. Эта последняя гипотеза кажется совершенно неосновательной, поскольку трудно ее оправдать. Однако она необходима, если хотят ввести в эмиссионную теорию столь плодотворный принцип интерференции.

10. Множественность и сложность гипотез не является единственным недостатком эмиссионной системы. Я в дальнейшем покажу, что, даже принимая все те гипотезы, которые я только что изложил, все равно не удается дать исчерпывающее объяснение явлений и что единственно волновая теория может дать объяснения всех явлений, связанных с дифракцией света.

Жан Батист Жозеф Фурье родился в г. Осере (Оксер) в семье портного. Восьми лет Жан осиротел; друзья отца помогли ему поступить в военную школу, где позже он и преподавал. Два года Фурье был послушником в монастыре; после Великой Французской революции с 1795 г, он работал в Нормальной школе, а затем после ее преобразования — в Политехнической школе.

Фурье был советником Наполеона по науке и принимал участие в походе в Египет и некоторое время даже управлял этой страной. В 1802—1815 гг, Фурье был префектом департамента Изеры; в этот период он начал работать над созданием теории тепла. Трудным для Фурье было время Реставрации. Только в 1826 г. он стал, наконец, членом Академии, поскольку до этого его выборам противился Людовик XVIII. После смерти Лапласа Фурье был назначен председателем Совета Политехнической школы.

Работы Фурье оказали большое влияние на всю физику и математику XIX века. Тригонометрические ряды Фурье, позволяющие представлять произвольную функцию в виде суммы гармоник, стали одним из главных инструментов математической физики, а затем и теории функций. Во многих выводах Фурье полагался на свою мощную физическую интуицию, и его мало волновали вопросы строгости полученных им выводов; ряд его результатов был затем обоснован и развит Дирихле, Риманом, Кантором и Вейерштрассом.

Мы приводим введение к «Аналитической теории тепла» (1822). Количественные законы теплоты, сформулированные Фурье, необходимым образом должны были предшествовать созданию термодинамики в трудах Карно, Томсона (лорда Кельвина) и Клаузиуса.