Оптика Ньютона и оптика Гюйгенса

Так складывается у Ньютона представление о световых частицах, взаимодействующих с телами на расстоянии и наделённых изначальными неизменными свойствами. Но он не перестаёт думать и об эфирной теории света, вначале охотно развивая следствия из этой теории (мемуар 1675 г.), а в последние годы всё более и более склоняясь к мысли о её несостоятельности. Волновая теория света в ясной форме была высказана Гюйгенсом в "Трактате о свете", вышедшем в 1690 г., и в расплывчатой и крайне неопределённой форме - Гуком^*. Гюйгенс считал представление о корпускулярное света несовместимым прежде всего с фактом суперпозиции световых потоков (этот аргумент впоследствии будут приводить Ломоносов и Эйлер). "Если принять во внимание чрезвычайную быстроту, с которой распространяется свет во все стороны, а также то, что, когда он приходит из различных и даже совершенно противоположных мест, лучи его проходят один через другой, не мешая друг другу,то станет совершенно понятно, что, когда мы видим светящийся предмет, это не может происходить вследствие переноса материи, которая доходит до нас от этого предмета, наподобие пули или стрелы, пересекающих воздух".

^* (Мы уже отмечали, что Гук был первым, высказавшим гипотезу поперечных световых волн.)

"... Значит, свет распространяется другим образом; привести нас к пониманию способа распространения света может то, что нам известно о распространении звука в воздухе".

Гюйгенс высказывает гипотезу, что свет - это волновое движение в эфире. Распространение волн происходит согласно принципу, по которому каждая точка волнового фронта является центром сферических волн. Огибающая этих волн даёт новое положение волнового фронта. Отдельные волны не могут создавать светового ощущения, и поэтому там, где они не имеют огибающей, световой поток не распространяется. Этим Гюйгенс объясняет образование геометрической тени с резко очерченными краями. Однако, допустив такое объяснение тени, Гюйгенс устраняет возможность истолкования дифракции.

Точно так же Гюйгенс отказывается от допущения периодичности световых волн. Его теория света - это теория взрывных апериодических импульсов, та теория, которую впоследствии развивал Шустер. Тем самым Гюйгенс исключает возможность истолкования интерференционных явлений в своей теории.

Гюйгенс дал наглядную модель распространения световых волн в кристаллах. Анизотропия кристаллической среды приводит к образованию в ней двойного волнового фронта-обыкновенной и не обыкновенной волны. Но Гюйгенс считает световые волны продольными и, описав весьма хорошо явления двойного лучепреломления, остановился перед объяснением открытого им явления поляризации. Так создалось парадоксальное положение: волновая оптика Гюйгенса оказалась несостоятельной в истолковании основных фактов волновой же оптики: дифракции, интерференции, поляризации. Гюйгенс объединил содержание своего трактата, ограничив его рамками геометрической оптики, включая сюда и геометрическую оптику анизотропных тел. Понятно, что трактат Гюйгенса в глазах современников не мог идти ни в какое сравнение с насыщенной огромным физическим содержанием "Оптикой" Ньютона. Ньютон, высоко ценивший Гюйгенса как механика, геометра и астронома, не мог так же высоко оценить его оптику. В его глазах оптика Гюйгенса могла только дискредитировать волновую теорию света. В вопросе 28 своей "Оптики" Ньютон спрашивает: "Не ошибочны ли все гипотезы, в которых свет приписывается давлению или движению, распространяющемуся через некоторую жидкую среду?"- и указывает на такие трудности волновой гипотезы:

1. "Должны были бы наблюдаться загибания света внутрь препятствия: давление или движение не могут распространяться в жидкости по прямым линиям около препятствия, задерживающего часть движения,- они будут загибаться и распространяться повсюду внутри покоящейся среды, лежащей за препятствием. Так огибают препятствия водяные и звуковые волны. Относительно света неизвестно ни одного случая, чтобы он распространялся по извилистым проходам или загибался внутрь тени". И, вспоминая о дифракции, он добавляет: "Лучи, проходящие очень близко от краёв какого-нибудь тела, немного загибаются действием тела, как это мы видели выше; но это загибание направлено не внутрь, но от тени и происходит только при прохождении луча около тела и на очень малом расстоянии от него. Как только луч проходит мимо тела, он идёт дальше по прямой". Как было сказано выше, Ньютон не заметил загибания света внутрь тени.
2. Трудность объяснения поляризации.
3. "Против заполнения неба жидкими средами, если они только не чрезвычайно разрежены, возникает большое сомнение в связи .с правильными и весьма длительными движениями планет и комет по всякого рода путям в небесном пространстве. Ибо отсюда ясно, что небесное пространство лишено всякого заметного сопротивления, а следовательно, и всякой ощутимой материи".

"Если же её отбросить, то и гипотезы о том, что свет состоит в давлении или движении, распространяющемся через такую среду, отпадают вместе с нею".

Ньютон предлагает в вопросе 29 "Оптики" другую гипотезу: "Не являются ли лучи света очень малыми телами, испускаемыми светящимися веществами? Ибо такие будут проходить через однородные среды без загибания в тень, соответственно природе лучей света. Они могут иметь также различные свойства и способны сохранять эти свойства неизменными при прохождении через различные среды, в чём заключается другое условие лучей света. Прозрачные вещества действуют на лучи света на расстоянии, преломляя, отражая и изгибая их, и взаимно лучи двигают части этих веществ на расстоянии, нагревая их; это действие и противодействие на расстоянии очень похожи на притягательную силу между телами".

Так возникли обе знаменитые оптические концепции, авторы которых связывали их с допущением или недопущением действия на расстоянии. Этот вопрос был тесно связан с актуальнейшей проблемой того времени проблемой тяготения. Рассмотрим эту проблему более подробно.