干渉。科学的発見の歴史と本質

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古代、彼らは光の振る舞いを観察し、交差するXNUMX本の光線が何も起こらなかったかのように自分の道を進み続けると考えていました。そのような観察は、光の無形性、非重要性への信念を強化しました。しかし、これは本当に何が起こるのでしょうか？

ニュートン彼は、相互作用、または眼鏡技師が言うように、光線の相互干渉を観察するための実験を最初に設定しました。

彼は平らなガラス板に薄いレンズ（凸面を下にして）を置くことによってくさび形のエアギャップを作成しました。

次に、科学者は最初に白色光で、次に他の主要な色の光線でギャップを照らしました。ニュートンは、エアウェッジのガラス境界から反射された光線が明らかに互いに相互作用したことを指摘しました。白色光で照らされると、交互の色と虹色のリングがギャップに現れました。以前にプリズムの助けを借りて得られた色の光線がギャップを通過したとき、明るいリングと暗いリングがそこに現れました。

ニュートンは、彼の慣習的な詳細な結論なしにこれらの実験を去りました。どうやら、科学者は彼が実行することができなかった追加の研究を必要とする隠された現象があると決定しました。

XNUMX世紀になって初めて、XNUMX人の優れた研究者、ユングとフレネルが科学に取り組み、ニュートンによって設計された古典的な光学の構築を「完了」しました。

トーマス・ヤング（1773–1829）、多才な科学者、本職は医師、体操選手や音楽家など非常に多彩な興味を持った人物で、エジプト学者としても知られています。彼に関連した興味深い話があります。 XNUMX 歳のとき、トーマスは英語でうまく書けるかどうかを確認するために、英語でいくつかのフレーズを繰り返すように言われました。その若者はいつもより長く検査室に留まっていた。トーマス・ヤングの新しい教師は、その無能さを笑うつもりだった。しかし、学生が彼に一枚の紙を渡すと、そこには与えられたフレーズが書き換えられただけでなく、XNUMXか国語（！）に翻訳されていました。

ユングは、光学に関する最初の研究で、人間の目のレンズが曲率が変化するレンズであることを示しました。特殊な筋肉がレンズを伸ばしたり圧縮したりすることで、網膜上の遠方と近方の両方の物体の鮮明な画像を取得できます。

ユングは、この視力検査を行ったとき、わずかXNUMX歳でした。王立学会はすぐに彼をメンバーに選出しました。

ユングの批判的思考には、ニュートンの理論は完全に不十分であるように見えました。特に受け入れがたいのは、くすぶっている残り火のような小さな光源から放出されたのか、太陽のような巨大な光源から放出されたのかに関係なく、光速粒子の速度が一定であることを考慮したことです。そして何よりも、ニュートンの「攻撃」の理論は彼には不明瞭で不十分であるように思われ、その助けを借りてニュートンは薄い板の色を説明しようとしました。この現象を再現して反省した後、ユングはこの現象を、薄い板の第XNUMX面から反射した光と、板に透過した光と第XNUMX面から反射した光の重ね合わせとして解釈する可能性について素晴らしいアイデアを思いつきました。その後、最初から終了しました。そのような重ね合わせは、入射する単色光の弱化または強化につながる可能性があります。

ユングが重ね合わせのアイデアをどのように思いついたのかは正確にはわかりません。これは、耳が知覚する音が周期的に増減するサウンドビートの研究の結果である可能性があります。とはいえ、1801年から1803年に王立学会に提出された1807つの論文で、数年後にXNUMX年にロンドンで出版された要約作品「自然哲学と機械芸術に関する講義のコース」で組み合わされて、ユングは結果を示しています彼の理論的および実験的研究の。彼は、ニュートンのプリンシピアのXNUMX冊目の本の文XXIVから数回引用しています。この本では、フィリピン諸島のハレーによって観測された異常な潮汐が、波の重ね合わせの結果としてニュートンによって説明されています。この特定の例から、ユングは干渉の一般原理を紹介します。

「湖の表面を一定の速度で横切って流れ、湖の出口につながる狭い水路に入る一連の同一の波を想像してみてください。さらに、他の同様の理由で、同じ大きさの別の一連の波を想像してみてください。は興奮し、最初の波のシステムと同時に同じ速度で同じチャネルに到達します。これらXNUMXつのシステムのどちらも他方を妨害することはありませんが、それらのアクションは合計されます。ある波のシステムが他のシステムの頂点と一致する場合、それらは一緒になってより大きな波の集合を形成しますが、ある波のシステムの上部が別のシステムの障害の場所にある場合、それらは正確になりますこれらの障害を埋めると、チャネル内の水面は均一に保たれます。光;そしてこの重ね合わせは、光の干渉の一般法則と呼ばれます。

干渉を得るには、両方の光線が同じ光源から来て（正確に同じ周期になるように）、異なる経路を通過した後、同じ点に落ち、そこでほぼ平行になる必要があります。

したがって、ユングは続けます。共通の起源の光のXNUMXつの部分が異なる経路に沿って眼に入り、ほぼ同じ方向に進むと、光線の経路の差がいくつかの倍数に等しい場合、ビームは最大強度を獲得します。特定の長さであり、中間の場合に最小強度を持ちます。この特性長は、色の異なる光では異なります。

1802年、ユングは「XNUMXつの穴がある」古典的な実験への干渉の原理を強化しました。これは、グリマルディによる同様の実験の影響を受けた可能性がありますが、使用された設備の特殊性のために干渉の発見には至りませんでした。

ヤングの経験はよく知られています。透明なスクリーンでは、ピンの先端で0,7つの狭い間隔の穴が開けられ、窓の小さな穴を通過する太陽光で照らされます。不透明なスクリーンの後ろに形成された0,42つの光円錐は、回折によって拡大し、部分的に重なり、重なり合う部分で、照明を均一に増加させる代わりに、一連の交互の暗いバンドと明るいバンドを形成します。一方の穴を閉じると、フリンジが消え、もう一方の穴の回折リングのみが表示されます。これらのバンドは、両方の開口部が太陽光または人工光源で直接照らされた場合にも消えます（グリマルディの実験の場合のように）。波動理論を呼び出して、ユングはこの現象を非常に簡単に説明します。科学者によると、そこでは暗い帯が得られ、一方の穴を通過した波のくぼみがもう一方の穴を通過した波の頂上に重なって、その効果が互いに打ち消し合うようになっています。軽いリムは、両方の穴を通過したXNUMXつの山またはXNUMXつの波のくぼみが合算される場所で得られます。この経験により、ユングはさまざまな色の波長を測定することができました。彼は、赤色光でXNUMXミクロン、極端な紫色でXNUMXミクロンの波長を取得しました。これらは物理学の歴史の中で最初の光の波長の測定であり、それらの驚くべき精度に注意する必要があります。

ユングは干渉の原理から、さまざまな結果を推測しました。彼は薄い層を着色する現象を考えました。科学者はそれらを細部まで説明しました。ユングはニュートンが見つけた経験則を導き出し、与えられた色の光の周波数が一定であると考えて、レンズ間のエアギャップを光の速度の低下によって水で置き換えるときのニュートンの実験でのリングの圧縮を説明しましたより屈折性の高い媒体で。

ユングが「物理光学」という用語を所有していることに注目するのは興味深いことです。これは、「...光源、その伝播速度、その中断と減衰、異なる色への分割、影響の研究を指すために使用されます。その上のさまざまな大気密度、光に関連する気象現象、光に関連する特定の物質の特別な特性。

ニュートンの時代以来、天気の理論への最も重要な貢献を表すヤングの作品は、当時の物理学者によって不信感を持って認識され、イギリスでは彼らは失礼な嘲笑にさえさらされました。これは、ユングが干渉の原理を明らかに非干渉現象に適用しようとしたという事実と、現在でも感じられ、当時はさらに感じられていたはずの表現の曖昧さによるものでした。、ユングが後で非難したようにラプラス、ユングが不十分な厳密さ、時には表面的な実験に満足しているという事実。

比較的遅く科学に興味を持ち始めた道路技師のオーギュスタン・フレネル（1788–1827）も、エーテルの波動としての光のアイデアから発展しました。

フレネルの「優れた天才」である学者フランソワアラゴは、科学者の卓越した才能に時間内に気づき、彼の生涯を助けましたが、それでも彼の回想録に次のように書いています。彼は言語を学びたいという傾向を決して感じず、単なる記憶に基づく知識を嫌い、明確かつ説得力のある証明がなされたことを記憶しました。

当初、フレネルは田舎の荒野で働いていました。彼はユングの実験について知らなかったので、それを繰り返した。そしてフレネルは、ユングと同様の障害物の周りの光の曲がりについて説明しました。

その後、すでにパリで働いていたフレネルは、XNUMXつの異なる光学媒体の境界で発生する光学プロセスを正確に説明する数式を受け取りました。

さまざまなフレネルの式が光学作業で頻繁に使用されるため、間違いなくこのインジケーターの最初の場所を占めます。

フレネルは、互いにわずかな角度で設定されたXNUMXつのミラーを使用して、太陽光をスクリーンに向けることによって干渉パターンを作成することを提案しました。

物理学に関する多くの大学の教科書の著者である有名な科学者であるロバートポールは、薄い雲母板に光を向けることによって干渉を作り出すことを大勢の聴衆に提案しました。プレートで反射した光が大画面に当たると、干渉縞がはっきりと見えます。

干渉の現象は、干渉計と呼ばれるデバイスで広く使用されています。

干渉計は、金属表面の清浄度を制御するなど、さまざまな目的に使用できます。

著者: サミン D.K.

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