9
В.А.Александрова
ТОМАС ЮНГ
и 200-летию со дня рождения
Выдающийся английский физик Томас Юнг родился в Милвертоне 13 июня 1773 года. Детство Юнга было необычным. В два года он свободно читал, в шесть лет начал изучать латинь, в восемь — заинтересовался землемерными работами и научился определять расстояния и вычислять высоты. Сначала он учился дома, затем — в частных школах. К пятнадцати годам он изучил несколько современных и древних языков.
В 1792 году девятнадцатилетний Юнг решил посвятить себя медицинне. Через год он представил Королевскому обществу*) работ «Наблюдения над процессом зрения», в котором рассматривался вопрос об аккомодации*) глаза. В то время существовали различные суждения по этому поводу. Одни учены считали, что глаз в целом способен деформировать (расстягивать или сокращаться); другие предполагали, что хрусталик может менять свое местоположение; третьи связали способность к аккомодании с изменением кривизны роговой оболочки; четвертые — с изменением кривизны хрусталика. Многочисленные опытами над собственными глазами Юнг опроверг первые три точки зрения и показал, что аккомодация глаза обязывается деформацией хрусталика. К сожалению, под давлением тогдашних авторитетов
*) Королевское общество — Академия наук Англии.
*) Акомодация глаза — приспособление глаза к ясному видению предметов, находящихся на различных расстояниях.
10
ему сначала пришлось отказывать от своей теории, но в 1800 году он вновь возвратился к ней и новыми исследованиями обосновал ее правильность.
После завершения медицинского образования (сначала в Лондоне, затем в Эдинбурге, Гейтинген и Кембридже) Юнг возврашается в Лондон, где открывает частью врачебную практику, одновременно продолжая заниматься научными исследованиями. С 1801 по 1804 год Юнг — профессор натуральной философии Королевского института, с 1811 года — врач в больнице Св. Георгия в Лондоне, с 1818 года — секретарь Бюро долгот, где ему поручено издание «Мореходного календаря».
«Всякий человек может сделать то, что делают другие» — таков был/devизит Юнга. Прекрасный музикант, знакок литературы и живописи, он интересуется вопросами механики, акустики, оптики, астрономии, ботаники, зоологически. Его работы были так многочисленны, что некоторые из них приходилось издавать анонимно, чтобы не повредить его репутации врача. Несмотря на это, паценты считали его слишком ученым, и он не пользовался у них успехом.
«Опыт о музыке и живописи», «Об устойчивости местных арок», «О вычислении затмений», «Опыт и проблем по звуку и свету», «Теории света и цветов», «Восстановление и перевод различных греческих надписей», «Опыт и вычисления, относится к физической оптике», «Лекция по натуральной философии» — вот название некоторых его работ. Коллега Юнга по Королевскому институту Хэфми Девискаал о нем: «Даже если бы он ограничил себя одной какой-нибудь области знаний, то, несомненно, был бы в этой области первым. Но он был выдающимся специальством и как линвист, и как иероглифик; он знаал так много, что даже трудно сказаать, чего он не знаал».
Юнг — основоположник теории цветного зрения. Он внес также существенный вклад в теории управления. Но в истории физики он известен прежде всего как ученый, который принадлежит аргументированное и бесспорное доказательство волновых свойств света.
Свет интересовал ученых давно, но лишь в конце XVII века были высказаны первые гипотезы о природе света. Такие законы, как закон прямолинейного распространения, отражения и преломления света уже нашли практическое применение в оптимических приборах (лупа, телекоп, микросkop), когда были обнаружены явления, требующие тщательных исследований и объяснений. Это прежде всего диффракция света, которое впервые наблюдал ильяский ученый Гримальди (1618—1663), и образование различных цветов тонких пленок, изученное английским ученым Гуком (1635—1703). И Гримальди, и Гук связьвали свет с колбанями, причем Гук даже упоминал о том, что направления световых колбаней перпендикулярны направленную распространения света, то есть световые колбаня являются поперечными (об этом, правда, потом надо это забели).
Более детально и обстоятельно волновая теория света была изложена голландским ученым Гюйгеном (1629—1695) в его знаменитом «Трактate о свете», где с волновой точки зрения объясняется многое световое явление. «Нельзя сомневаться в том, что свет состоит в движении какого-то вещества», — писал Гюйгенс, очевидно, проводя аналогию с процессом распространения звука. То есть Гюйгенсу пришлось построировать существование особого вещества — эфира, заполняющего все мирное пространство и обладающего удивительными качествами: очень большой упругостью и очень малой плотностью. Источник света создает в эфире колбаня, которое, распространясь с огромной скоростью, доходят до глаза
11
Микроконтурное изображение поверхности алмаза, полученное интерфейсиным способом.
наблюдатель; возникает ощущение света.
Современник Гюйгена великий английский ученый Исаак Ньюотон (1642—1727) внес существенный вклад в развитие оптики. Он открыл явление дисперсии света, создал теorio цветов, показал, что белый солнечный свет является сложным по своему спектральному составу. Ньюотон продолжил эксперименты с тонкими планками, причем особенно эффективным оказался опыт, который теперь называют опитом по наблюдению колес Ньюотона. Он повторил также опит Гримальди по дифракции света.
Для обяснения наблюдаемых явлений Ньюотон создал так называемую теorio источника света. Согласно этой теории, каждый источник света испускает мелчайшие частицы (корпускулы), величины их различна (наибольшая — для красного света и наименьшая — для филотового); попадая в глаз, частицы вызывают ощущение света.
Некоторые световые явления, например, отражение и преломление света, одинаково хорошо обязывались обеими теориими.
Интересно отмечать, что сам Ньюотон, хотя и не соглашался с волновой теории Гюйгена, но не настановал категорически на своей теории, так как считал, что вообще не обязательно иметь определенную точку зрения на природу света. Однако последовательный Ньюотона так активно проводглашали его теorio света, что потребовалось много времени и усилий, чтобы в начале XIX века вновь вернуться к волновой теории света. Первым шагом к этому было обязывание Юнгом явления интерфейсции на основании волновых представления и его значения опыт们 по интерфейсции и дифракции света.
В одной из своих работ Юнг так формулирует открытий им «простой и общий закон» интерфейсции света: «Взделе, где две части одного и того же света попадают в глаза различными путями, либо точно, либо весба близко по направлению, свет становится сильным там, где разность путей есть целое кратное некоторой длины, и наименее сильным в промежутках состояний интерфейрующих части; и эта длина различна для света различных цветов».
К сожалению, важно работать не была понята современниками; в результате этого принцип интерфейсции был забит еще на полтора десять лет, пока не было вновь открыт французским ученым Френелем (1788—1827).