Глаз и Солнце - Сергей Вавилов

Протяжение, занимаемое жидкостью, возмущенной двумя противоположными по направлению колебаниями твердой площадки, мы назовем целою волной и в соответствии с этим дадим название полуволны каждой из половин его, возмущенных противоположными колебаниями, совокупность которых можно назвать полным колебанием, так как оно соответствует возвращению колеблющейся площадки к исходному положению. Мы видим, что обе полуволны, которые составляют вместе полную волну, обладают в соответствующих им слоях жидкости скоростями, совершенно одинаковыми по величине, но противоположными по знаку, т. е. движущими молекулы жидкости в противоположную сторону. Эти скорости имеют наибольшее значение в середине каждой полуволны и постепенно уменьшаются к их краям, где сводятся к нулю; таким образом, точки покоя и точки наибольшей положительной или отрицательной скорости разделены между собой промежутками в четверть волны.

Длина волны d зависит от двух обстоятельств: во-первых, от быстроты, с которой движение распространяется в жидкости, и во-вторых, от продолжительности полного колебания колеблющейся площадки; ибо чем больше будет продолжительность колебания и чем быстрее распространение движения, тем дальше будет отстоять передовое возмущение от твердой площадки в тот момент, когда эта последняя вернется в свое исходное положение. Если колебание происходит в одной определенной среде, то скорость распространения будет оставаться одной и той же, и длина волн будет только пропорциональна продолжительности колебания колеблющихся и образующих волну частиц. Если колеблющиеся частицы остаются подчиненными действию одних и тех же сил, то механика показывает, что каждое из их малых колебаний будет всегда иметь одну и ту же продолжительность, какова бы ни была его амплитуда. Таким образом, в этом случае соответствующие волны будут иметь одну и ту же длину; они будут отличаться друг от друга только бо́льшим или меньшим количеством энергии колебания жидких слоев, причем амплитуда колебания пропорциональна амплитуде колебаний возбуждающих свет частиц, ибо из того, что было сказано, видно, что каждый слой жидкости повторяет все движения колеблющейся молекулы. Большая или меньшая величина амплитуды колебания слоев жидкости определяет собой степень абсолютной скорости, с которой они движутся, и, следовательно, энергию, но не род ощущения, который, если судить по всем аналогиям, должен зависеть от продолжительности колебаний. Так, например, характер звуков, которые через воздух передаются нашему уху, исключительно зависит от продолжительности каждого из колебаний, произведенных воздухом или звучащим телом, приводящим воздух в колебание, причем бо́льшая или меньшая амплитуда, или энергия, колебания только увеличивает или уменьшает интенсивность звука, но не меняет его характер, т. е. тон.

Интенсивность света будет, значит, зависеть от интенсивности колебания эфира, и его характер, т. е. даваемое им ощущение цвета, будет зависеть от продолжительности каждого колебания или от длины волны, так как последняя пропорциональна колебанию.

Если продолжительность колебания остается одной и той же, то в соответствующие друг другу моменты колебательного движения абсолютная скорость эфирных молекул будет, как мы только что сказали выше, пропорциональна его амплитуде.[31] Квадрат этой скорости, умноженный на плотность жидкости, представляет собою то, что в механике называется живою силою и что нужно брать, как меру произведенного ощущения или интенсивности света; так, например, если в одной и той же среде амплитуды колебания удвоились, то абсолютная скорость также удвоится, а живая сила, или интенсивность, света учетверится.

По мере того как волна удаляется от центра возмущения, движение, распространяясь по большему протяжению, должно в каждой точке волны стать более слабым. Вычисление показывает, что ослабление колебательного движения или уменьшение абсолютной скорости молекул жидкости пропорционально расстоянию от центра возмущения. Следовательно, квадрат этой скорости обратно пропорционален квадрату этого расстояния; таким образом, интенсивность света должна уменьшаться пропорционально квадрату расстояния от светящейся точки. Следует заметить, что благодаря этому сумма живых сил, заключенных в волне, остается постоянной. В самом деле, с одной стороны, длина волны d (которую можно было бы назвать ее толщиной) не меняется, а с другой стороны, протяжение волны по поверхности увеличивается пропорционально квадрату расстояния от центра возмущения, т. е. количество, или масса, возмущенной волной жидкости пропорциональна квадрату этого расстояния; но так как квадраты абсолютных скоростей уменьшаются как раз в том же соотношении, в каком массы увеличиваются, то отсюда следует, что сумма произведений масс на квадраты скоростей, т. е. сумма живых сил, остается постоянной. В движении упругих жидкостей, независимо от того, каким образом возмущение распространяется или подразделяется, постоянство всей суммы живых сил является общим принципом. Это обстоятельство является главной причиной, почему живую силу следует рассматривать как меру света, общее количество которого всегда остается приблизительно одним и тем же, по крайней мере в тех случаях, когда он проходит через хорошо прозрачные средины.[32]

Для того чтобы создать себе ясное понятие о том, каким образом колебание маленького твердого тела производит волны в упругой жидкости, нам было достаточно рассмотреть одно полное колебание твердой площадки, дающее целую волну. Если, не останавливаясь на этом первом полном колебании, мы подождем, пока площадка не совершит большого числа других колебаний, то в этом случае в жидкости окажется, вместо одной волны, число волн, равное числу полных колебаний; эти волны будут следовать друг за другом с правильностью и без перерыва, если только колебания вибрирующей частицы сами с правильностью следовали одно за другим. Это правильное и непрерывное чередование световых волн представляет собою то, что я называю системой волн.

27. Естественно предположить, что, вследствие чрезвычайной быстроты световых колебаний, производящие свет частицы способны совершить весьма большое число правильных колебаний при тех различных механических обстоятельствах, в которых они находятся при сжигании или раскаливании светящихся тел, хотя эти различные обстоятельства и могут чередоваться друг с другом с весьма большой быстротой. Одна миллионная часть секунды достаточна, например, для того, чтобы произвести 548 миллионов колебаний желтого цвета; таким образом, если бы механические возмущения, которые расстраивают правильное чередование колебаний светящих частиц или даже меняют их характер, повторялись только через каждую миллионную долю секунды, то и тогда в промежутках между ними могли бы совершиться 500 последовательных и правильных колебаний. Это замечание позволит нам скоро определить условия, при которых интерференция световых волн должна дать заметное действие.

Мы видели, что каждая волна, произведенная колебательным движением, складывалась из двух полуволн, которые сообщали молекулам жидкости скорости, совершенно одинаковые по интенсивности, но противоположные по знаку и направлению движения. Предположим сначала, что две целые волны, идущие в одну сторону и по одному направлению, различаются в их ходе на одну полуволну; в этом случае они наложатся друг на друга только на половину своей длины,[33] и интерференция произойдет между второй половиной наиболее продвинувшейся волны и первой половиной другой. Если эти две волны равны по интенсивности, то, сообщая одним и тем же точкам эфира прямо противоположные импульсы, они взаимно нейтрализуют друг друга, и в этой части жидкости движение оказывается уничтоженным; но оно продолжает существовать без изменения в двух других полуволнах. Таким образом, только половина движения оказалась бы уничтоженной.

Предположим теперь, что каждой из этих двух волн, различающихся в ходе на одну полуволну, предшествует и сопровождает их другое очень большое число подобных же волн; в этом случае вместо интерференции двух изолированных волн мы должны рассмотреть интерференцию двух систем волн. Я их предположу одинаковыми по числу содержащихся в них волн и по их интенсивности. Так как, по предположению, они отличаются в ходе на одну полуволну, то полуволны одной, стремящиеся двигать молекулы эфира в одном направлении, совпадут с полуволнами другой, стремящимися двигать молекулы в обратном направлении, и вместе взятые уравновесят друг друга; таким образом, движение оказывается уничтоженным по всему протяжению, занимаемому двумя системами волн, за исключением двух крайних полуволн, не принимающих участия в интерференции.[34] Но так как они составляют лишь небольшую часть этих систем волн, то мы видим, что почти все движение оказывается уничтоженным.