Физика - Каплун С. В. - Страница 44

В первый период средневековья (150–700 гг. н. э.) не было каких-либо серьезных работ в области оптики. Но с 700-х гг. н. э. наблюдается прогресс науки у арабов. Арабский физик Альгазен в своих исследованиях (1038) развил ряд вопросов оптики. Он занимался изучением глаза, преломления света, отражения света в вогнутых зеркалах.

При изучении преломления света Альгазен в противоположность Птоломею доказал, что углы падения и преломления не пропорциональны, и это было толчком к дальнейшим исследованиям с целью обнаружения закона преломления. Альгазену было известно увеличивающее действие сферических стеклянных сегментов. По вопросам о природе света Альгазен, отвергая теорию зрительных лучей, стоит уже на других позициях. Он исходит из представления о том, что из каждой точки светящегося предмета исходят лучи, которые, достигая глаза, вызывают зрительные ощущения.

Альгазен считал, что свет имеет конечную скорость распространения, и это было значительным шагом в понимании природы света. Он дал объяснение тому, что Солнце и Луна кажутся на горизонте большими, чем в зените; он истолковал это обманом восприятия.

Период между XIV в. и первой половиной XVII в. стал для Западной Европы переходным этапом от феодализма к капиталистическому способу производства. Ряд крупнейших открытий, среди которых, прежде всего, следует назвать открытие Колумбом Америки, изобретение печатного станка, обоснование Коперником гелиоцентрической системы мира, способствовали общему прогрессу. Происходит постепенный общий подъем экономики, техники, культуры, искусства, усиливается борьба прогрессивного мировоззрения со схоластикой. В области науки постепенно побеждает экспериментальный метод изучения природы. В этот период в оптике был сделан ряд выдающихся изобретений и открытий.

Франческо Мавролику (1494–1575) принадлежит заслуга достаточно правильного объяснения действия очков. Он открыл, что вогнутые линзы не собирают, а рассеивают лучи.

Им было установлено, что важнейшей частью глаза является хрусталик, и сделан вывод о причинах дальнозоркости и близорукости как следствии – ненормального преломления света хрусталиком. Мавролик дал правильное объяснение образованию изображений Солнца, наблюдаемых при прохождении солнечных лучей через малые отверстия.

Следует также назвать имя итальянца Порта (1538–1615), который в 1589 г. изобрел камеру-обскуру – прообраз будущего фотоаппарата. Несколькими годами позже были изобретены основные оптические инструменты – микроскоп и подзорная труба.

Изобретение микроскопа (1590) связывают с именем голландского мастера-оптика Захария Янсена. Подзорные трубы начали изготавливать примерно одновременно (1608–1610) голландские оптики Захарий Янсен, Яков Мециус и Ганс Липперсгей. Изобретение этих оптических инструментов привело в последующие годы к крупнейшим открытиям в астрономии и биологии.

Голландский мастер-оптик Антони ван Левенгук прославился своим умением изготавливать простые и довольно мощные микроскопы. Хотя он и не был первооткрывателем этого инструмента, именно благодаря ему микроскопы получили большое распространение в Европе во второй половине XVII в. Его микроскопы состояли всего из одной маленькой линзочки, которую получали из капли стекла при расплавлении над пламенем свечи стеклянной палочки.

Пьер Ферма

Немецкому физику и астроному И. Кеплеру (1571–1630) принадлежат фундаментальные работы по теории оптических инструментов и физиологической оптики, и его по праву можно назвать ее основателем. Кеплер много работал над изучением преломления света.

Иоганн Кеплер

Большое значение для развития геометрической оптики имел принцип Ферма, названный так по имени французского ученого, который его сформулировал, – Пьера Ферма (1601–1665). Этим принципом устанавливается, что свет между двумя точками распространяется таким путем, на прохождение которого затрачивает минимум времени. Итак, Ферма, в отличие от Декарта, считал, что свет распространяется с конечной скоростью.

Знаменитый итальянский физик Галилей (1564–1642) не проводил систематических работ, посвященных исследованию световых явлений. Однако и в оптику он внес значительный вклад. Галилей усовершенствовал подзорную трубу и впервые применил ее для астрономических наблюдений. Им сделаны выдающиеся открытия, которые способствовали обоснованию новейших представлений о строении Вселенной, основанных на гелиоцентрической системе Коперника. Галилей создал подзорную трубу с тридцатикратным увеличением, что намного превосходило увеличение подзорных труб первых ее изобретателей. С ее помощью он открыл горы и кратеры на поверхности Луны, спутники Юпитера, звездную структуру Млечного Пути и т. д.

Галилей пытался измерить скорость света в земных условиях, но не преуспел в этом. Однако его заслуга состоит в том, что он имел правильные представления о конечной скорости распространения света. Он также наблюдал и солнечные пятна. Однако приоритет открытия солнечных пятен Галилеем отрицал ученый-иезуит Патер Шейнер (1575–1650), который провел наблюдения солнечных пятен и зорной трубы, построенной по схеме Шейнера является то, что он превратил подзорную трубу в проекционный прибор: это давало возможность получить изображения Солнца на экране и демонстрировать его при различной степени увеличения нескольким лицам одновременно.

Телескоп Галилея

Наиболее значительным достижением этого периода было открытие дифракции света Гримальди (1618–1663). Он доказал, что свет, проходя через узкие отверстия или возле краев непрозрачных экранов, отклоняется от прямолинейного распространения. Видоизменяя опыты по наблюдению дифракции, Гримальди осуществил прямой опыт сложения двух световых пучков, которые исходили из двух отверстий в экране, освещенном Солнцем. При этом он наблюдал чередование светлых и темных полос. Таким образом, оказалось, что при добавлении световых пучков в некоторых местах чувствуется не усиление, а ослабление света. Впоследствии это явление солнечных факелов с помощью под-Кеплера. Самым важным в работах было названо интерференцией. Гримальди высказал догадку, что названные явления можно объяснить, если предположить, что свет представляет собой определенное волнообразное движение. Он считал, что цвета тел являются составляющими частями белого света.

Происхождение цветов различных тел он объясняет способностью тел отражать свет, падающий на них, с особыми видоизменениями. Рассуждая о цветах вообще, он высказывает предположение, что разница цветов обусловлена разницей в частоте световых колебаний. Однако Гримальди не разработал последовательной теории, объясняющей природу света.

Вопросы о природе света приобрели особое значение тогда, когда экспериментальные открытия подготовили для этого некоторую почву. В последующий период были проведены теоретические и экспериментальные исследования, позволившие сделать первые научно обоснованные выводы о природе световых процессов. При этом приобрело определенную силу стремление дать объяснение световым явлениям с двух противоположных точек зрения: с точки зрения представлений о свете как потоке частиц (корпускул) и с точки зрения волновой природы света.