Очевидное? Нет, еще неизведанное… - Вольдемар Смилга

Начнем вращать теперь правый кристалл относительно левого. Яркость каждой из четырех точек на экране будет изменяться. Причем при определенном положении кристаллов друг относительно друга вместо четырех лучей мы увидим только два, а два других исчезают! Значит, каждый из лучей, вышедших из первого кристалла, во втором уже не расщепляется[34].

Итак, интенсивность каждого из наблюдаемых четырех лучей меняется в зависимости только от взаимного расположения кристаллов.

Каждому лучу, который вышел из первого кристалла, не безразлично, в каком положении будет второй кристалл. Луч света, оказывается, как-то «подготовлен» к прохождению через второй кристалл. Все это довольно странно.

При вращении нижнего кристалла для лучей света, казалось бы, ничего не изменилось — ведь оба кристалла однородны, одинаковой толщины, и при вращении меняется только взаимное расположение их кристаллографических граней.

Если же вращать оба кристалла вместе, не меняя их взаимного расположения, интенсивность каждого из четырех лучей на выходе строго постоянна и не зависит от вращения.

Это сразу указывает, что весь эффект скрыт в свойствах световых лучей, вышедших из первого кристалла. Чем-то такой свет отличается от обычного. Но чем?

Этот эффект, назовем его пока условно «эффектом Гюйгенса», оставался необъясненным более ста лет.

И это не удивительно. Если принять, что свет — продольные колебания эфира и сам эфир изотропен, невозможно понять, чем могут отличаться друг от друга два луча белого света равной интенсивности.

Но стоит предположить, что свет — это поперечные колебания, как появляется еще одна характеристика — направление колебаний частиц эфира.

Руководящая идея для объяснения двойного лучепреломления — поперечных световых волн.

Если колебания поперечны, то в цилиндрике, который «вырезается» из эфира световым лучом, выделяется одно из плоских сечений. Это плоскость, в которой колеблются частицы эфира.

Как объяснить тогда, что в обычном световом луче мы не наблюдаем такой выделенной плоскости?

Ну, это сравнительно просто. Вспомним, например, что белый свет — это смесь световых волн различной длины, смесь различных цветов (Ньютон!). Может быть, в обычном луче, кроме того, равномерно смешаны световые колебания, происходящие в различных плоскостях. А тогда, естественно, выделенное направление отсутствует.

Кристалл же исландского шпата, возможно, как-то сортирует лучи. И у двух лучей, вышедших из первого кристалла, направления плоскости колебаний различны.

Правда, такая гипотеза пока не кажется очень убедительной. Тем более что при изучении исландского шпата мы наблюдаем довольно сложную картину (4 луча!). Проще проделать аналогичный опыт с кристаллом турмалина.

Очень изящный опыт с кристаллом турмалина.

Возьмем определенным образом вырезанную пластинку турмалина, направим перпендикулярно к ее поверхности луч света. Пройдя сквозь пластинку, он не преломится[35].

Не изменится и его интенсивность, если вокруг оси луча вращать пластинку.

Но усложним опыт. Будем пропускать свет последовательно через две пластинки.

Если вторую пластинку вращать относительно первой вокруг оси светового луча, то увидим, как при каком-то взаимном расположении пластинок интенсивность света на выходе достигнет максимума, а потом постепенно уменьшится до нуля. Свет не проходит! При дальнейшем вращении турмалина интенсивность снова растет.

Вывод.

Значит, луч света, проходящий через две пластинки, очень чутко реагирует на взаимное положение пластинок. Допустив, что колебания эфира продольны, невозможно понять, как вращение пластинок может влиять на луч.

Следовательно, приходится, по-видимому, признать, что колебания эфира в световой волне поперечны. А луч, выходящий из кристалла турмалина, поляризован. Кстати, давно пора сказать, что такое поляризованная волна.

Поперечная волна называется плоскополяризованной, если колебания частиц той среды, в которой она распространяется, происходят все время в одной плоскости.

Итак, из кристаллов исландского шпата и турмалина свет выходит плоскополяризованным (по-видимому!).

Стоило ли так подробно останавливаться на этих опытах, усложняя при этом рассказ упоминанием об опытах Гюйгенса с исландским шпатом? Ведь с турмалином поперечность колебаний устанавливается значительно проще.

Пожалуй, все-таки стоило. Очень часто приходится слышать, что в XVII веке ученым работать было легче. Достаточно было проделать элементарный опыт или «угадать» тривиальный вывод — и новый шаг в науке сделан. Поэтому, мне кажется, полезно чуть-чуть серьезнее проанализировать «элементарные» выводы Галилея, Ньютона, Гюйгенса.

У нас, конечно, нет возможности по-настоящему разобрать хоть одну из задач прошлого, но хочется дать хоть какое-нибудь представление о том, какими удивительными и необъяснимыми предстают всегда новые эффекты независимо от того, в каком веке их наблюдают.

Назидательные рассуждения о сложности науки и о возможности других попыток для объяснения двойного лучепреломления.

Если говорить строго, то даже опыт с турмалином не позволяет заключить, что в световой волне имеются только поперечные колебания эфира. Пока не было приведено ни одного факта, утверждающего отсутствие продольных колебаний.

Более того, можно, например, выдвинуть гипотезу, что частицы эфира — нечто вроде «световых магнитиков», причем расположены они совершенно беспорядочно. Можно думать, что в световом луче эти частицы испытывают продольные колебания. В обычном световом луче колеблются все беспорядочно направленные магнитики эфира. После прохождения через кристалл турмалина почему-то возбуждаются продольные колебания только в определенным образом ориентированных магнитиках эфира. Тогда, хотя колебания и продольны, появляется выделенное направление.

Конечно, легко сказать, что все это ерунда. Но сказать и обосновать — вещи разные.

А можно попробовать объяснить поляризацию света и с корпускулярной точки зрения. Для этого достаточно ввести гипотезу, что сами световые корпускулы аналогичны магнитикам, а кристалл просто приводит в порядок их расположение. Кстати, автор последней гипотезы не кто иной, как Ньютон. Именно он первый уловил исключительное значение опытов Гюйгенса, опытов, в которых, по его выражению, проявились «изначальные» свойства света.

Короче, не стоит удивляться, что гипотеза поперечности световых колебаний была принята физиками с таким трудом. Она казалась им очень неестественной. Признание поперечных колебаний в эфире означало отказ от модели газообразного эфира! Ведь в газах поперечные волны отсутствуют!

Поперечность световых волн и гипотеза эфира.

Следовательно, приходилось перестраиваться и представлять эфир каким-то аналогом твердых тел.

Но в этом случае уж совершенно непонятно, как в таком эфире небесные тела двигаются без трения! И это еще не все. Во всех твердых и жидких телах могут распространяться как поперечные, так и продольные волны. А Френель и Араго в начале XIX столетия проделали опыты[36], объяснить которые можно было, только предположив, что продольные колебания в световых лучах совершенно отсутствуют. И это было уже совсем нехорошо!

В механике было доказано, что если на границу раздела двух упругих сред набегает даже строго поперечная волна, в отраженной и преломленной волнах должна иметься продольная составляющая. А в эфире никакой продольной волны не появляется! Отраженный свет состоит из строго поперечных колебаний!

Едва удалось найти удовлетворительную гипотезу, объясняющую этот факт, как физики оказались лицом к лицу перед совершенно удивительными открытиями.

Майкл Фарадей обнаружил, что плоскость поляризации света вращается под действием магнитного поля. Световые и электромагнитные явления оказались тесно связанными между собой. Эфир «световой» оказался по меньшей мере очень близким родичем эфиру «электрическому»!

Глава IX,

прочитав которую читатель, возможно, сможет чуть лучше представить, как «просто» заниматься физикой

Я не знаю, что такое этот эфир.

НьютонРождение неувлекаемого эфира

Начиная с этой главы, мы вступаем, так сказать, в «предгорья» теории Эйнштейна. Все дальнейшее посвящено, по существу, одному вопросу: «Можно ли какими угодно опытами обнаружить покоящийся эфир — выделить абсолютную систему?»