§ 25. История развития учения о световых явлениях

Геометрическая оптика

1. Геометрическая оптика возникла ещё в Древней Греции при изучении процесса распространения света в среде и явлений, происходящих на границе раздела двух сред. Основным понятием геометрической оптики является понятие светового луча, началом которого служит светящаяся точка.

Основу геометрической оптики составляют три закона: прямолинейного распространения света, отражения и преломления света. Первые два закона были сформулированы ещё в Древней Греции. Знания о прямолинейном распространении света ещё за 5 тыс. лет до н. э. использовались при визировании — нахождении точного направления на объект наблюдения, в частности, визирование применялось при строительстве архитектурных сооружений в Египте, Вавилоне, Китае и других странах.

Одним из приспособлений, принцип действия которых основан на законе прямолинейного распространения света, является гномон — солнечные часы. Принцип определения времени по этим часам достаточно прост: вертикальный стержень, поставленный в центре круга и освещённый солнечным светом, отбрасывает тень, положение и длина которой изменяются с течением времени. Отмечая на круге положение тени в разные моменты времени и нанося соответствующие временные метки, получали часы. Способ определения времени по солнечным часам был описан древнегреческим учёным Анаксимандром Милетским (547 до н. э.), который получил гномон из Вавилона, где им пользовались задолго до этого.

Явления отражения и преломления света были известны за сотни лет до нашей эры. В частности, найдено бронзовое зеркало, изготовленное в 1800—1700 гг. до н. э. Несколько тысячелетий назад научились обрабатывать самоцветы и изготавливать из них различные декоративные изделия. Им придавались разные формы, в том числе и формы линз. Первые линзы, изготовленные из горного хрусталя в III тыс. до н. э., были обнаружены при раскопках в Египте, Греции, Италии и других странах.

Закон преломления света был открыт существенно позже независимо друг от друга голландским учёным Виллебрордом Снеллиусом (1580—1626) и французским учёным Рене Декартом (1596—1650).

Законы геометрической оптики, давая ответ на вопрос о том, как распространяется свет в различных средах, не приводят к пониманию природы света. Научная дискуссия о том, что такое свет, продолжалась на протяжении нескольких веков, при этом одни учёные придерживались волновой теории света, другие — корпускулярной.

Волновая теория света

2. Как вам хорошо известно, необходимость создания новой теории определяется потребностью объяснить факты, которые в рамках старой теории объяснить невозможно. Так произошло и в развитии оптики. Законы геометрической оптики, например, не могли объяснить разную цветность световых лучей. Во второй половине XVII в. итальянский учёный Франческо Гримальди (1618—1663), проведя серию опытов, обнаружил, что свет отклоняется от прямолинейного распространения и при определённых условиях это отклонение можно наблюдать. Это явление он назвал дифракцией. Гримальди сделал попытку объяснить наблюдаемое явление на основе волновой теории, проведя при этом аналогию с распространением волн на поверхности воды.

Продолжение >>>