Текст книги "Квинтэссенция. Книга первая"

Автор книги: Ирина Радунская

Соавторы: Ирина Радунская
сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 16 страниц)

ОЧКИ. ГРИМАСЫ ПРИОРИТЕТА

Клеомед в начале новой эры снова обсуждал опыт с предметом, который лежит на дне сосуда и становится видимым после того, как сосуд наполнен водой. Исходя из этого он заключает, что мы видим Солнце и после того, как оно ушло за горизонт.

Знаменитый астроном древности Птолемей посвятил отдельное сочинение свету и оптике. Эта книга была известна вплоть до средневековья, но потом следы ее затерялись. Лишь в 1800 году француз Лаплас обнаружил ее в парижской библиотеке в виде латинского перевода с арабского. Это один из многих примеров того, что арабские ученые сберегли для нас труды древнегреческих ученых, уничтоженные в Европе религиозными фанатиками.

В «Оптике» Птолемей воспроизводит теорию Евклида о зеркалах и опытах с преломлением света. Птолемей описывает опыты по измерению угла, под которым распространяется луч света, попадающий в воду из воздуха. Он знает, что угол преломления зависит от угла падения, но не может найти связи между ними.

Птолемей подтверждает мнение Клеомеда об искривлении лучей света в воздухе и устанавливает, что это искривление увеличивается по мере приближения звезды к горизонту. Однако связь между падающим и преломленным лучами ускользала от него так же, как и закон искривления (рефракции) лучей в атмосфере.

Для решения этой задачи человечеству понадобилось около шестнадцати веков.

В течении этого долгого периода общего упадка науки и разгула клерикального мракобесия, оптические явления время от времени привлекали внимание ученых-одиночек.

Так, Антемий (около 500 г. нашей эры), строитель прекрасного византийского собора в Константинополе, знал, что вогнутые зеркала собирают лучи Солнца в одну точку. На этом основании он отвергал рассказы о том, что Архимед зажигал корабли римлян при помощи сферических зеркал, ибо это возможно только если корабль окажется на вполне определенном расстоянии – в фокусе этих зеркал. Он пробовал повторить опыт Архимеда при помощи многих плоских зеркал. Солдаты Архимеда, считал он, могли таким способом согласовано направлять при помощи блестящих плоских щитов солнечные зайчики в одно место вражеского корабля.

Первым, кто на рубеже нашей эры сумел продвинуться в оптике дальше, чем греки, был арабский ученый Альгазен, но и он не смог найти закона преломления света.

Прошло еще около 250 лет пока Р. Бэкон сумел сделать еще один шаг в понимании действия вогнутых зеркал. В его время наряду с металлическими зеркалами применяли и стеклянные зеркала, покрытые изнутри свинцом. Бэкон установил, что сферическое зеркало не сводит лучи Солнца в одну точку. Он понял и преимущество параболического зеркала, а также принцип действия линз, увеличивающих изображения предметов.

Тринадцатый век отмечен изобретением очков. До этого линзы применяли от случая к случаю. Их располагали близко к рассматриваемому предмету. Они служили как лупы. Изобретатель очков остался неизвестным. Правда, памятник на могиле С. Армати, умершего во Флоренции в 1317 году, увековечил его как изобретателя очков. Хроника, находящаяся в библиотеке одного из монастырей в Пизе, сообщает, что изобретатель очков пожелал скрыть свою тайну, но монах А. де Спина, узнав о действии очков, научился их изготавливать и показывал другим, как это надо делать. Однако словарь академии Делла Круска утверждает, что очки были известны уже в 1285 году.

Столь же неясен приоритет изобретения микроскопа.

Изобретателем микроскопа обычно называют голландца Левенгука, хотя известно, что он пользовался одиночной линзой, то есть, лупой, или простым микроскопом, доведя до высокого уровня технику наблюдения. Его лупы давали увеличение до 160 раз. В то время и в последующие двести лет никто не мог воспроизвести главные результаты, полученные Левенгуком. Только он умел подробно наблюдать строение прозрачных объектов, не прибегая к их окрашиванию. Левенгук регулярно сообщал о своих наблюдениях в Лондонское Королевское общество, сопровождая их рисунками, но не объяснял, как он ставил свои опыты.

Лишь в 1867 году немецкий ученый А. Теплер разработал метод, позволяющий наблюдать строение неокрашенных прозрачных предметов. Для этого он, системой из двух линз, оптические оси которых совпадают, фокусировал в точку свет точечного источника и отсекал этот свет краем ножевой диафрагмы, помещенной в фокусе. При этом свет не попадал в глаз или объектив, направленный вдоль этой оптической оси. Если между линзами поместить неокрашенный предмет, обладающий оптическими неоднородностями, то свет, отклоненный этими неоднородностями, минует диафрагму и неоднородности станут видимыми.

Только в середине XX века тало ясно, что Левенгук предвосхитил метод Теплера, располагая наблюдаемые объекты, линзу и источник света так, что часть лучей, проходящих через объект, отсекалась оправой линзы и не попадала в глаза наблюдателю.

Известно, что Левенгук был необразованным человеком и занимался наблюдениями для собственного удовольствия. Но затем он увлекся ими и стал общепризнанным основателем микробиологии.

Теперь мы уверены в том, что Левенгук просто не понимал, в чем состоял его «секрет». Мы знаем и о том, что отдельные микроскопические наблюдения производили и предшественники Левенгука, оставшиеся неизвестными. Так, еще за 50 лет до него, некто Стеллути описал проведенные при помощи линзы наблюдения строения тела пчелы. Сам термин «микроскоп» примерно в это время придумал член итальянской академии «Де Линчеи» – Демискиан.

На изобретение микроскопа и телескопа, содержащих две линзы, претендовал голландский оптик Янсен, утверждавший, что он вместе с отцом изготовил микроскоп в 1590 году, а телескоп в 1608-ом. Но создатель волновой теории света Гюйгенс считал, что микроскоп изобретен не ранее 1618 года. А прибор, изготовленный Янсеном, был продемонстрирован в Англии в 1621 году. Наряду с этим известно, что Галилей еще в 1612 году изготовил микроскоп, содержавший две линзы, и послал его в дар польскому королю.

Он же, узнав в 1609 году о зрительной трубе, созданной в Голландии для наблюдения удаленных предметов, самостоятельно изготовил такую трубу и 7 января 1610 года потряс мир сообщением об открытых им лунах Юпитера.

Здесь упомянуты эти приоритетные споры не потому, что они имеют существенное значение, просто они показывают сколь широко распространился к началу семнадцатого века интерес к учению о свете и созданию оптических приборов. Как говорится «с миру по нитке» – постепенно накапливались знания о важнейшей субстанции, составляющей Вселенную – о свете.

Впрочем, следует обратить внимание и на причину, породившую споры о том, кто первым сделал тот или иной прибор. Древних и средневековых авторов тоже волновали проблемы приоритета. Ведь каждый новый результат, каждый крупный шаг в науке создавал и укреплял престиж ученого, обеспечивал ему авторитет среди служителей науки и славу в глазах просвещенных людей.

И в древности и в средние века некоторые из ученых сообщали о своих результатах в зашифрованном виде, сопровождая сообщения наводящими вопросами. Лишь позже они объявляли о своих результатах, давая расшифровку первоначального сообщения. Так, например, Архимед не сразу объявлял о своих открытиях в области геометрии. Известно, что он направлял Эратосфену трудные задачи, сопровождая их зашифрованными решениями с тем, чтобы потом доказать, что решение этих задач им уже найдено.

Не пренебрегал этим и Леонардо да Винчи, универсальный гений эпохи Возрождения. Ряд своих трудов он писал так, что их можно было прочитать только пи помощи зеркала. Он применял и другие способы шифровки, чтобы его открытия не были похищены конкурентами.

И в древности и в наши дни ученые и люди, далекие от науки, иногда пользовались совсем не научными методами для доказательства своей правоты. Платон скупал и уничтожал труды Демокрита. Так поступали не только одиночки. Католическая церковь уничтожала книги, казавшиеся ей опасными. Индекс запрещенных книг содержал многие сотни названий. В некоторых штатах США до недавнего времени было запрещено преподавание дарвинизма. В этой же стране вплоть до наших дней сохранилась практика изъятия из библиотек книг, не угодных «отцам города» или законодателям штата. Германские фашисты сжигали книги, в том числе научные книги прогрессивных авторов. Конечно, все эти и многие другие факты запрещения книг, в том числе и в нашей стране, относятся к сфере идеологической борьбы, а не к существу науки.

Проблема приоритета вновь возникает и развивается в связи с тем, что начиная с семнадцатого века наука все более интенсивно влияет на технику, а технические новинки – изобретения – начали приносить непосредственный доход их авторам. Поэтому возникает и приобретает юридическую силу система привилегий, дающих изобретателям право исключительного применения их идей и конструкций. Эта система, дожившая до наших дней в форме международного патентного права, защищает интерес изобретателей и тем самым стимулирует технический прогресс.

Споры о приоритете на рубеже 17 и 18 веков иногда достигали большого ожесточения также в связи с чисто престижными соображениями. Наиболее известными из них являются претензии Гука к Ньютону, приведшие к тому, что их первоначально дружеские отношения оказались испорченными. После очередного столкновения, Ньютон принял решение не печатать ничего, относящегося к оптике, до смерти Гука. И действительно, только через два года после смерти Гука, Ньютон, по настоянию друзей, собрал и опубликовал свои исследования в области оптики. Трудные, кропотливые и новаторские работы многих лет.

Начиная исследования света Ньютон думал, что свет является результатом волнового движения некоторой среды. Но он отказался от этой точки зрения. Ему не удалось объяснить на этой основе факт прямолинейности лучей света. Он согласился с мнением древних философов – свет это поток корпускул, летящих по прямым.

Ниже мы увидим с какими трудностями встретился Ньютон, объясняя на основе корпускулярной теории явления отражения и преломления света.

ОПЯТЬ ЭФИР, НО … «Я НЕ ЗНАЮ, ЧТО ТАКОЕ ЭФИР»

Однако не оптические исследования Ньютона, а работы его идейных противников привели к тому, что ученые вновь возвратились к мысли о существовании эфира, мысли, беспокоившей и Ньютона. Правда, этот эфир не имел ничего общего с квинтэссенцией Аристотеля и движением небесных тел.

Впервые о нем упоминает Ф. М. Гримальди, иезуит и профессор математики в своей родной Болонье. В отличие от других иезуитов, занимавшихся главным образом экспериментальными исследованиями и избегавших обобщений, Гримальди не только ставил опыты, но и поднялся выше схоластических рассуждений. Экспериментируя с узкими лучами света, он увидел отклонения от общепринятых еще со времен Евклида законов геометрической оптики. Он обнаружил, что свет может огибать край непрозрачного препятствия и что при этом у границы между светом и тенью из белого света могут выделяться окрашенные полосы. Он подробно изучал явление и назвал его, в отличие от отражения и преломления, дифракцией (от латинского – разломанный) – термин, сохранившийся до наших дней.

Проделав в ставне два близких отверстия, он обнаружил, что там, где световые кольца, образуемые каждым из отверстий, взаимно налагаются, свет местами становится ярче, а местами темнее. Свет, прибавленный к свету, иногда дает тьму! Он не мог объяснить это чудо, но не сомневался в достоверности своих опытов.

Может быть это странное наблюдение побудило Гримальди воздержаться от публикации результатов опытов. Его труд был опубликован посмертно.

В этом замечательном труде, появившемся в 1665 году, помимо подробного описания опытов (в том числе и опытов с разложением белого света на окрашенные части при его прохождении через призму), содержатся и попытки их объяснения. Они основаны на сходстве с тем, что можно заметить, наблюдая волны на поверхности воды.

Гримальди считал, что свет может иметь в своей основе волновое движение некоторого флюида. Замечательно, что на рисунке, поясняющем распространение световой волны, он представляет ее поперечной, аналогичной волне на поверхности воды. О свойствах светоносного флюида Гримальди не сообщает никаких соображений. Он понимает, что заметив аналогию он еще не создал настоящей теории, не раскрыл существа процесса, не понял истинной природы света.

Опыты, аналогичные опытам Гримальди, через семь лет после выхода его книги, провел Гук, причем утверждал, что провел их независимо. В связи с этим один из известных историков науки замечает: «Однако хорошо известен крупный недостаток характера Гука, заключавшийся в том, что он всегда заявлял о своем приоритете на чужие изобретения».

Опыты Гука ничего не добавили к результатам Гримальди. Он повторил и гипотезу Гримальди о флюиде, волны которого переносят свет. Гук не пошел дальше мысли Гримальди о том, что свет может представлять собой волновой процесс, распространяющийся в некоей среде. Однако, как обычно, он облек свои мысли в неопределенную туманную форму.

Ньютон, считавший, что свет является потоком частиц – корпускул, – опытным путем обнаружил в нем наличие периодичности. Он клал стеклянную линзу выпуклой стороной на плоскую стеклянную пластинку и наблюдал в отраженном свете последовательность окрашенных колец, окружающих точку соприкосновения обоих стекол. Он заметил, что подобные окрашенные кольца видны и в проходящем свете, но порядок следования цветов в этом случае был обратным.

Стремясь получить из опыта как можно большую информацию, Ньютон установил зависимость радиусов колец от толщины слоя воздуха и от наклона падающих лучей света. Так Ньютон открыл, что свет обладает некой присущей ему периодичностью, которая выявляется этими опытами. Он извлек из опыта характеристику света, обусловливающую как величину радиуса, так и цвет каждого кольца.

Этим он предвосхитил позднейшие измерения длины волны света, которой не было эквивалента в его корпускулярной теории. Он считал открытие периодичности света фундаментальным достижением, пытался объяснить ее возникновение теорией «приступов». Суть ее состояла в том, что корпускулам света свойственна периодическая смена состояний: то преимущественного отражения, то преимущественного прохождения через границы прозрачных сред.

При этом он многократно подчеркивает двойственную природу света, лучи которого обладают цветностью, периодичностью и странным свойством, приводящим к тому, что в некоторых кристаллах отдельный луч порождает два луча, идущих в различных направлениях.

Ньютона тревожила невозможность объяснить с единой точки зрения факт прямолинейного распространения света и многообразные опыты, выявляющие его внутреннюю периодичность. Он обдумывал эфирную теорию и обсуждал ее следствия в мемуаре «Об одной гипотезе, объясняющей свойства света», вышедшем в 1675 году. Но в конце-концов отдает предпочтение корпускулярной теории.

Ньютон, подводя итог своим оптическим исследованиям, вынужден признать: «Я не знаю, что такое эфир».

ВОЗРОЖДЕНИЕ ЭФИРА

Возрождение эфира как среды, переносящей свет, связано с именем и трудами старшего современника Ньютона – Х. Гюйгенса, родившегося в 1626 году в Гааге и шестнадцатилетним юношей поступившего в Лейденский университет, чтобы изучать право. Однако, начиная с 1651 года, он публикует ряд оригинальных математических трактатов и начинает работать над усовершенствованием зрительных труб. Его телескоп был столь хорош, что позволил обнаружить спутник у планеты Сатурн. Сделав еще более крупный телескоп Гюйгенс увидел, что таинственные выступы Сатурна, описанные Галилеем, в действительности являются кольцами, окружающими планету. Занятия астрономией побудили Гюйгенса к разработке точных часов.

Уже в 1657 году он добился того, к чему стремился Галилей: соединил маятник с часовым механизмом, создав этим современные часы. Это был первый механический автомат, действующий без участия человека. Впоследствии Гюйгенс создал и часы с вращающимся маятником – балансиром, сохранившимся до наших дней во всех переносных механических часах. Он же предложил применять эти часы для определения географической долготы при вычислении положения корабля в море. Здесь не место для обсуждения значительных работ Гюйгенса в области механики, акустики и теплоты.

Наша тема – связанная с эфиром – переносит нас в 1678 год. Гюйгенс прочел перед Парижской академией наук свой мемуар. В нем он доказывал, что свет происходит от колебательного движения бесконечно тонкой и легкой среды – эфира – и распространяется в ней волнообразно, наподобие звука в воздухе.

Так, уже в новое время, эфир, вытесненный Коперником с небесных сфер, спустился на Землю, чтобы затем заполнить собой Вселенную. Теперь эфир уподобился реальной физической среде, обладающей определенными свойствами. Гюйгенс пишет: «Нельзя сомневаться в том, что свет состоит в движении какого-то вещества».

Издание мемуара надолго задержалось вследствие начавшихся во Франции религиозных распрей. Гюйгенс был вынужден покинуть Париж и возвратиться в Лейден.

Работая над мемуаром Гюйгенс знал о корпускулярной теории света, предложенной Ньютоном, и видел трудности, возникающие при ее применении. Знал он и о том, что сам Ньютон был вынужден признать, что свету свойственна особая периодичность, а корпускулы во время полета совершают колебания, которые передаются эфиру.

Мемуар Гюйгенса начинается с критики корпускулярной теории, которая не может объяснить прямолинейного распространения света в плотных телах (в которых корпускулы света должны рассеиваться в стороны).

В своем мемуаре Гюйгенс рассуждал о тончайшей, в высшей степени подвижной материи, заполняющей всю Вселенную и проникающей в прозрачные тела. Основываясь на этой гипотезе и на аналогии с волнами в воздухе, Гюйгенс получает законы отражения и преломления света.

Центральным пунктом его теории является принцип построения световой волны, образующейся путем взаимодействия множества сферических волн, складывающихся между собой. Это можно теперь увидеть во всех учебниках физики. Триумфом теории было объяснение явления двойного лучепреломления в кристаллах исландского шпата, в котором световая волна расщепляется на две волны, бегущие в различных направлениях.

Но здесь волновую теорию и эфир, описанный Гюйгенсом, поджидало первое поражение. Продольные волны, подобные звуковым волнам в воздухе, неспособны объяснить явления, наблюдаемые при последовательном прохождении световых волн через два кристалла. Мы обсудим этот опыт позже. Речь пойдет о поляризации света, которую невозможно объяснить, считая свет – продольными волнами эфира.

Это послужило Ньютону основным аргументом против волновой теории света, а следовательно и против существования светоносного эфира. Эфир снова сошел с научной сцены и память о нем надолго стерлась.

Идея Гримальди о поперечных колебаниях эфира тоже оказалась забытой и возродилась лишь через сто лет.

Следующий существенный шаг в истории эфира сделал Т. Юнг, английский врач, предметом диссертации которого в области медицины были исследования человеческого голоса. Юнг отличался широким диапазоном интересов. Вероятно по аналогии с периодическим усилением и ослаблением звуков, – звуковыми биениями, – которые он объяснял наложением двух звуковых волн, он заинтересовался периодичностью, возникающей при оптических явлениях. Он, по-видимому, узнал о них из книг Ньютона. Но теория «приступов», при помощи которой Ньютон объяснил цвета тонких пленок и пластин, казалась ему слишком искусственной.

Дискутируя с Ньютоном, Юнг опирается на самого Ньютона, который объяснил взаимным наложением двух волн сильные приливы у Филиппинского архипелага, изученные Галилеем.

Юнг проводит мысленный эксперимент с двумя волнами одинаковой длины и высоты, бегущими с постоянной скоростью по поверхности озера. Пусть эти волны приходят к каналу, выходящему из озера. Возможны два случая. Первый – вершины одной из волн накладываются на вершины другой; в канале возникает волна большей величины, чем при наличии лишь одной из волн. Второй случай – вершины одной из волн совпадают с впадинами другой; поверхность воды в канале остается ровной.

Юнг не только понял существо явления, но и придумал для него подходящий термин, составленный из двух латинских слов: интер (между) и ференс (несущий) – взаимодействие между несущими (волнами).

«Так вот, – заключает Юнг, – я полагаю, что подобные явления имеют место, когда смешиваются две порции света; и это наложение я называю общим законом интерференции света».

В 1802 году Юнг подкрепил свой мысленный опыт реальным. Он проделал булавкой два близких отверстия в непрозрачном экране и направил на них свет, проходящий через небольшое отверстие в ставне. От каждого из булавочных отверстий распространяются два расширяющихся конуса света. Там, где они перекрываются, образуются чередующиеся темные и светлые полосы. Сторонники корпускулярной теории света должны были ожидать в этой зоне равномерное усиление освещенности. Но этого не было.

Так Юнг впервые осуществил экспериментальное подтверждение волновой природы света. Волновая теория света, казалось, получила надежное опытное обоснование.

Юнг вывел целый ряд следствий из принципа интерференции. В частности он объяснил эмпирические результаты, полученные Ньютоном при наблюдении полос, возникающих в воздушном зазоре между выпуклой линзой и плоской стеклянной пластинкой. Более того, он заполнил этот зазор водой и, обнаружив, что кольца, видимые в этом зазоре, уплотнились, решил старый спор между Гюйгенсом и Ньютоном.

Из волновой теории Гюйгенса следовало, что длина волны света в более плотной среде уменьшается, а значит уменьшается и скорость света. Корпускулярная теория Ньютона предсказывала увеличение скорости света в более плотной среде. Опыт решил в пользу волновой теории.

Интересно, что выполнив описанный выше мысленный опыт с поперечными волнами на поверхности воды, Юнг продолжал, вслед за Гюйгенсом, считать, что свет распространяется волнами сжатия и разрежения.

Вероятно, тому было две причины. Одна из них – его опыты со звуковыми волнами сжатия и разрежения. Вторая – авторитет Гюйгенса и общая уверенность в том, что эфир аналогичен воздуху, а внутри газообразных сред поперечные волны невозможны.

Но под модель разреженного, способного сжиматься эфира уже была подведена мина. Ее заложил сам Гюйгенс. Он обнаружил, что луч света, расщепившийся на два луча, то есть испытавший двойное лучепреломление в кристалле исландского шпата, испытывает самое обычное преломление, если на его пути поставить второй кристалл исландского шпата, ориентированный так же, как первый. Если же второй кристалл повернуть, то и в нем тоже возникнет двойное лучепреломление.

Это было необъяснимо.

Многие исследователи в начале XIX века изучали эти явления. Французский военный инженер Э. Малюс в 1808 году сумел математически описать все детали таинственного поведения лучей света в кристаллах. Но он не смог найти основу своих расчетов в волновой теории света и вновь возвратился к корпускулярной теории, опираясь на предположение Ньютона о том, что корпускулы света обладают полярностью. Так возник термин «поляризация света», доживший до наших дней, а многообразные проявления поляризации света стали подтверждением корпускулярной теории Ньютона.

Победоносное шествование корпускулярной теории продолжалось семь лет.

Причиной дальнейшей метаморфозы во взглядах на природу света оказалась политика. Как известно, 1 марта 1815 года Наполеон бежал с острова Эльба и высадился на юге Франции. Дорожный инженер О. Френель примкнул волонтером к роялистским войскам, пытающимся преградить дорогу Наполеону. Эта попытка не удалась. Начались последние «Сто дней» величия Наполеона. Естественно, что роялист Френель уволен со службы и вынужден отправиться в провинцию.

Там, чтобы обрести душевный покой, он занялся оптическими опытами, не имея никакой специальной подготовки и пользуясь примитивным оборудованием.

«Сто дней» закончились поражением Наполеона и Френель был вновь принят на службу, но не перестал заниматься оптикой. Уже 15 октября того же года Френель направил Парижской академии наук два мемуара, посвященных мало изученной в то время проблеме распространения света.

Дифракцию – огибание светом непрозрачных препятствий, – обнаружил, как мы знаем, Гримальди. Исходя из своих опытов Френель пришел к заключению о том, что огибание глубоко связано с взаимодействием различных частей пучка света, попавших в точку наблюдения по различным путям. Так Френель, независимо от Юнга, пришел к принципу интерференции.

Обдумывая свои опыты Френель сопоставил принцип интерференции с принципом огибающей элементарных волн, выдвинутым Гюйгенсом. Внезапно он понял, что таким путем опровергается основное возражение против волновой теории света. Начиная с Ньютона ученых отпугивало то, что волновая теория не могла объяснить очевидного факта – прямолинейного распространения световых лучей.

Несложный расчет показал Френелю, что узкий пучок света, распространяющийся в пустом пространстве, где отсутствуют экраны или другие препятствия, продолжает распространяться прямолинейно. Почему? Потому, что все волны, которые, казалось, должны были бы разбегаться в стороны, гасят друг друга в результате интерференции. Эта же интерференция приводит к сложению тех частей «разбегающихся волн», которые образуют световые колебания, распространяющиеся вдоль прямой.

Позже профессиональные физики, лучше владевшие математикой, усовершенствовали расчеты Френеля и подтвердили его выводы: волновая теория безупречно объясняет факт прямолинейного распространения света в пространстве, свободном от препятствий.

Френель продолжал исследовать свойства света. Он вновь сопоставил дифракцию – огибание светом препятствий с интерференцией – взаимным наложением световых волн, испущенных общим источником, но прошедших различные пути. Через три года он представил на конкурс, объявленный Парижской академией наук, новый обширный мемуар. В конкурсную комиссию входили три убежденных ньютонианца: Лаплас, Пуассон и Био. Входили в нее также Гей-Люссак, не работавший в области оптики, но игравший роль беспристрастного арбитра, и Араго, обладавший способностью быстро и критически воспринимать новое.

Во время обсуждения мемуара Френеля, Пуассон высказал мнение, что из волновой теории, развитой Френелем, следуют выводы, противоречащие здравому смыслу. Так в центре геометрической тени непрозрачного диска должно наблюдаться светлое пятно. А в центре пучка света, проходящего сквозь круглое отверстие, на определенном расстоянии от него должно возникать темное пятно. Пуассон считал, что полученные им выводы свидетельствуют об ошибочности уравнений волновой теории Френеля.

Комиссия предложила Френелю подтвердить или опровергнуть опытом выводы Пуассона.

Френель при помощи Араго поставил опыты, подтвердившие предсказания Пуассона и показавшие, что «здравый смысл» не является аргументом в физической дискуссии.

Затем Френель приступил к исследованию поляризации света. Она в то время толковалась на основе корпускулярной теории и приводила, вопреки стремлению Ньютона, к все усложняющейся системе гипотез.

Френель до предела упростил экспериментальную установку и начал вместе с Араго изучать интерференцию поляризованных пучков света. Результаты были не совместимы ни с корпускулярной теорией, ни с теорией, рассматривающей свет как волны изменения плотности эфира, аналогичные звуку.

Опыты бесспорно показывали, что два луча, поляризованные в параллельных плоскостях, способны интерферировать, то есть усиливать или гасить друг друга. Напротив, два луча, поляризованные в перпендикулярных плоскостях, не способны погасить друг друга. Ничего подобного не наблюдается для звуковых волн, распространяющихся в воздухе. Френель и Араго наблюдали и другие явления, возникающие в поляризованном свете, для которых невозможно провести аналогичного опыта с акустическими волнами.

Но главным преткновением на пути к пониманию свойств поляризованного света была различная способность к интерференции лучей, поляризованных в параллельных и перпендикулярных плоскостях.