Глаз и Солнце - Сергей Вавилов

30. Нами было также указано, что одно из необходимых условий для наблюдения явлений интерференции состоит в том, чтобы сходящиеся лучи исходили из одного общего источника; это нетрудно объяснить с помощью только что изложенной теории.

Всякая система волн при встрече с другой системой будет на нее всегда оказывать одинаковое действие, причем безразлично, будут ли обе они исходить из одного или из различных источников, так как очевидно, что рассуждения, которыми мы объяснили их взаимодействие, одинаково приложимы в обоих случаях. Но для того чтобы это взаимодействие было заметно для наших глаз, недостаточно, чтобы оно существовало, нужно еще, чтобы проявления его сохранялись. Но как раз этого и не может быть, когда обе системы интерферирующих волн исходят из различных источников. В самом деле, как мы уже заметили, частицы светящих тел, колебания которых приводят в движение эфир и производят свет, должны испытывать в своих колебаниях весьма частые возмущения вследствие тех быстрых перемен, которые вокруг них происходят, что, впрочем, как показано, хорошо согласуется с большим числом колебаний между этими возмущениями. Установив это, нельзя допустить, что эти возмущения происходят одновременно и одинаковым образом для отдельных и независимых частиц. Так, например, может случиться, что колебания одной станут запаздывать на одну полуволну, в то время как колебания другой будут продолжаться без изменения или же запоздают на целую волну, что в корне изменит результаты интерференции двух систем волн, ибо если в первом случае между их движениями было полное согласие, то во втором случае будет полное расхождение. Эти противоположные действия будут чередоваться с чрезвычайно большой быстротой и дадут в глазу одно только непрерывное ощущение, которое будет средним из более или менее ярких ощущений, вызываемых каждым из них, и которое останется неизменным, какова бы ни была разность пройденных путей.

Иначе обстоит дело, если оба пучка света исходят из одного общего источника. В этом случае обе системы волн, исходящие из одного центра колебаний, испытывают эти возмущения одинаковым образом и в один и тот же момент времени, а это не создает никакой разницы в их относительном положении, и таким образом, если движения их вполне совпадали с самого начала, то продолжают совпадать и далее, если же расходились, то продолжают расходиться, и так до тех пор, пока центр колебания продолжает посылать свой свет. Итак, в этом случае явления будут неизменными и поэтому станут заметными. Это общий принцип, приложимый ко всем явлениям, в которых наблюдаются результаты комбинации световых волн: явления могут быть заметны только тогда, когда остаются неизменными.

31. До сих пор мы предполагали, что обе системы волн идут по одному и тому же направлению и что, следовательно, колебательные движения совершаются также, по общему правилу, или в одну сторону, или в прямо противоположные стороны. Это самый простой случай интерференции и единственный, в котором может происходить полное уничтожение одного движения другим, ибо для этого нужно не только, чтобы обе силы были равны и действовали в разные стороны, но нужно еще, чтобы они действовали по одной и той же прямой, т. е. были бы прямо противоположны.

Явление цветных колец и явления окрашивания, которые получаются с поляризованным светом в кристаллических пластинках, представляют частный случай интерференции, когда волны обеих систем параллельны между собой. Но в явлениях дифракции или в опыте с двумя зеркалами, о котором мы раньше говорили, интерферирующие лучи всегда образуют между собой, хотя и малые, но все же заметные углы. В этом случае импульсы, сообщаемые двумя системами волн одним и тем же точкам эфира, пересекаются также под заметными углами, но вследствие малости их равнодействующая двух импульсов будет почти равняться их сумме, когда они направлены в одну сторону, и их разнице, когда в разные стороны. Таким образом, в точках согласованного действия или в точках противоположного действия интенсивность света будет такая же, как если бы оба пучка света следовали по одному направлению; во всяком случае, даже самый привычный глаз не заметит здесь никакой разницы. Но если по отношению к интенсивностям рассматриваемый случай интерференции похож на тот, который мы рассматривали раньше, то в других отношениях он от него сильно отличается, в особенности своим внешним видом и условиями, необходимыми для его получения.

32. Для большей определенности рассмотрим случай, когда расходящиеся лучи, испускаемые одной и той же светящейся точкой, отражаются от двух слегка наклоненных друг к другу зеркал таким образом, что получаются два пучка лучей, сходящихся под заметным углом; тогда обе системы световых волн, отраженных от этих зеркал, пересекаются под тем же углом, и это легкое наклонение имеет следствием, что если в какой-нибудь точке одна полуволна первой системы точно совпадает с полуволной второй системы, толкающей жидкость в том же направлении, то налево и направо от этой точки пересечения совпадения не будет, но немного дальше оно произойдет опять – с одной стороны с полуволной предшествующего противоположного движения, а с другой стороны – с полуволной последующего. Потом совпадения опять не будет, но затем на двойном расстоянии от первого совпадения полуволна первой системы опять совпадет с двумя полуволнами, импульсы которых действуют в ту же сторону, как и ее собственный; отсюда следует, что на поверхности этой волны появится ряд равноотстоящих линий, в которых движение по очереди усиливается волнами другого пучка. Таким образом, если заставить падать эту световую волну на белый картон, то на нем должен быть виден ряд темных и блестящих полос, если свет приблизительно однороден, или же ряд окрашенных в разные цвета полос, если пользуются белым светом.

Только что нами сказанное станет более понятным с помощью рисунка; он представляет сечение двух зеркал и отраженных волн, сделанное плоскостью, проведенной через светящуюся точку перпендикулярно к зеркалам, которые проектируются по ED и DF.

Рис. 70

Пусть светящаяся точка будет в S и пусть А и В представляют геометрические положения ее двух изображений, которые определяют, опустив из точки S на два зеркала ED и DF перпендикуляры SA и SB и взяв РА равным SP и QB равным SQ; в самом деле, к определенным таким способом точкам А и В будут, по известным законам отражения, сходиться лучи, отраженные от первого и второго зеркал. Таким образом, чтобы получить, например, в какой-нибудь точке G зеркала DF направление отраженного луча, достаточно провести прямую через В и G, и продолжение этой прямой будет отраженным лучом. Но следует заметить, что по построению, которое нам дало точку В, расстояния BG и SG одинаковы и что, таким образом, весь путь, пройденный световым лучом от точки S до точки b, совершенно такой же, как если бы он исходил от точки В. Это геометрическое следствие приложимо ко всем лучам, отраженным от одного и того же зеркала, и мы видим, что все они должны приходить в одно и то же время к различным точкам окружности п'bт, описанной из B как центра радиусом, равным Bb. Эта окружность представляет собой, значит, поверхность отраженной волны,[36] пришедшей в b, или, говоря точнее, пересечение этой поверхности с плоскостью рисунка. Подобным же образом волны, отраженные от зеркала, будут иметь свой центр в А.

Чтобы изобразить обе системы волн, отраженных из точек А и В как из центров, опишем ряд равноотстоящих друг от друга дуг, промежутки между которыми предполагаются равными одной полуволне. Для того чтобы можно было различить противоположные движения, дуги окружностей изображены сплошными штрихами, если предполагается, что в рассматриваемый момент эфирные молекулы обладают в них наибольшей скоростью вперед, и пунктирной линией, если предполагается, что эфирные молекулы обладают в них наибольшей скоростью назад. Отсюда следует, что пересечения пунктирных дуг окружностей со сплошными представляют собой точки полной противоположности движения и, следовательно, середины темных полос; напротив, пересечения одинаковых дуг дают точки полной согласованности движения, т. е. середины блестящих полос. Пунктирными линиями br, b'r', b'r и т. д. соединены соответствующие пересечения дуг одного и того же рода и сплошными линиями no, no, n'o', n'o' и т. д. пересечения дуг различных родов; первые из них дают последовательные положения, или траектории середин темных полос, а вторые – середин блестящих полос.