Познание света существенно углубилось после открытия любопытного его свойства, названного поляризацией. В чем его суть?

Теперь, уважаемый читатель, для понимания дальнейшего мы вынуждены несколько опередить последовательность исторических открытий и пояснить одно исключительно важное и любопытное свойство света. Оно именуется поляризацией. Только после его открытия удалось многое объяснить.

Надо четко усвоить, что колебания в световых волнах поперечные. Это значит, что они происходят в плоскости, перпендикулярной направлению движения световой волны.

Так, если по натянутой веревке пустить волну, то она будет бежать вдоль нее, а каждый участок веревки будет колебаться только в плоскости, ей перпендикулярной. Это наглядный пример поперечного колебания.

А вот звуковые волны принципиально отличны от световых; у них колебания (сгущения и разряжения среды) происходят не поперек, а вдоль волны. Их так и называют - продольные волны.

Вторая особенность света - поперечные колебания происходят в перпендикулярной плоскости не в одном каком-либо направлении, как у волны, бегущей по веревке, а во всех возможных направлениях.

Разобравшись в этих вопросах, читатель, мы можем считать, что знаем о свете даже больше, чем знал великий И. Ньютон, когда творил свою теорию света, и можем объяснить "удивительное явление" X. Гюйгенса. А объяснение это весьма простое. Исключительно правильная расстановка атомов в некоторых кристаллах препятствует возникновению в них поперечных световых колебаний во всех возможных направлениях, а как бы разрешает их только в некоторых избранных. Расстановку эту грубо можно трактовать как непроницаемый для света забор, в котором имеются щели-лазейки. Если они вертикальны, то через них пройдут колебания, происходящие только в вертикальной плоскости. Такой световой луч становится плоско-поляризованным. Человеческий глаз не заметит этого изменения в характере колебаний в световом луче, но некоторые живые существа, по-видимому, улавливают такие изменения поляризации, например пчелы.

Если на пути плоскополяризованного луча мы поставим еще один такой же забор (то есть кристалл), но повернем его на 90 градусов, то, очевидно, световой пучок через него вовсе не пройдет, и изображение исчезнет.

Далее, некоторые кристаллы обладают способностью к двойному лучепреломлению: из одного падающего на них луча создают два плоскополяризованных. но направления их колебаний взаимно перпендикулярны. Они идут разными путями в кристалле и создают эффект раздвоения изображения, с которого мы начали рассказ.

Теперь вернемся назад, во времена, когда о поляризации света никто понятия не имел.

В 1672 году в работе "Новая теория света и цветов" И. Ньютон описал свои гениально простые опыты по разложению света и предложил новую теорию. Оказалось, что для получения привычного нам белого света природа идет очень сложным путем: смешивает красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый цвета. (В скобках заметим, что никто на самом деле не видит при разложении белого света синий и оранжевый цвета в чистом виде. Но И. Ньютон очень любил число 7 и потому добавил их, чтобы получить магическую цифру!)

Новая теория света, выдвинутая И. Ньютоном, получила название корпускулярной. Он считал, что свет есть поток телесных частиц - корпускул, излучаемых источником света. И. Ньютон отверг, правда после тщательного анализа, возможность волнового распространения света. И это произошло из-за того, что он предполагал, что свет, как и звук, совершает продольные колебания. А при такой гипотезе ему не удавалось объяснить явление раздвоения изображения кристаллом с помощью волновой теории. И он ее отверг. Правда, корпускулы, неспособные к волновым движениям, также не смогли объяснить некоторые оптические явления. Но И. Ньютон, все же нашел выход: оставаясь приверженцем корпускул, он "разрешил" своим телесным частицам приходить в колебательное движение при встрече с какой-либо поверхностью, от которой они отражаются или проходят сквозь нее. Говоря словами И. Ньютона, при достижении поверхности взаимодействия корпускулы испытывают попеременно приступы легкого отражения и легкого прохождения.

Анализируя цветные кольца, возникающие в стеклянной пластинке, на которую положена линза, И. Ньютон даже сумел определить расстояние между двумя такими приступами. Он пришел как раз к понятию, которое мы теперь называем длиной волны света, и почти точно определил ее величину.

Но объяснить явления, связанные с поляризацией света, теория И. Ньютона, естественно, не могла.

Более ста лет в области оптики господствовал всеми признанный авторитет И. Ньютона и его корпускулярная теория света.

Однако М. Ломоносов придерживался другого взгляда. Так, в его работе "Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее, в публичном собрании Академии Наук июля 1 дня 1756 года говорено Михаилом Ломоносовым" выдвигается простое и наглядное доказательство в пользу волновой теории. Ведь свет, пишет он, от одного источника беспрепятственно проходит через свет от другого источника так же, как звук через звук, "один другого не уничтожая". А это есть свойство именно волновых явлений.

Генеральное сражение с теорией света И. Ньютона провел Томас Юнг. Он ниспроверг с пьедестала корпускулярную теорию и на ее место водрузил волновую. В основе доказательств Т. Юнга лежал простой опыт. Он рассуждал так: если свет - это волны, то, оперируя двумя световыми лучами, можно так подобрать их фазы, что при сложении этих лучей можно получать не только усиление света, но и его ослабление, и даже полное уничтожение. Сложение двух лучей давало чередование темных и светлых полос. Темные полосы блестяще доказывали справедливость волновой теории: свет + свет = темнота.

Заслуга Т. Юнга в том, что он считал световые колебания поперечными, и это позволило ему легко объяснить "Удивительную загадку Гюйгенса" с двумя кристаллами. Все это произошло в самом начале XIX века.

Далее последовал ряд открытий в оптике, и все они хорошо согласовывались с волновой теорией. Французским физиком Физо было проведено первое лабораторное измерение скорости света. Очень большая скорость распространения света, полученная им и равная почти 300 000 километров в секунду, объяснялась тем, что среда, через которую распространяется свет, обладает очень большой упругостью или крайне низкой плотностью. Отсюда и возникла так называемая теория эфира. По ней выходило, что все пространство и вся материя заполнены очень разреженной средой, названной эфиром. Считали, что световые волны передаются именно через этот таинственный эфир. И он действительно был таинствен, так как строение его было очень туманно.