Френель - Augustin-Jean Fresnel


Из Википедии, свободной энциклопедии
Френель
Augustin Fresnel.jpg
Портрет «Огюстен Френель»
от фронтисписа его сочинений (1866).
Родившийся ( 1788-05-10 )10 мая 1788
умер 14 июля 1827 (1827-07-14)(39 лет)
Причина смерти туберкулез
Место отдыха Пэр Лашез
Резиденция Франция
Национальность Французский
образование
Известный
Награды
Научная карьера
поля Physics , инженерно
учреждения
Влияния
Под влиянием

Френель ( Великобритания : / е г п ɛ л / FRAY -nəl , США : / е р п ɛ л / fray- NEL ; французский язык:  [oɡystɛʒɑ fʁɛnɛl] ; 10 мая 1788 - 14 июля 1827) был французский инженер и физик , чьи исследования в области оптики приводит к практически единогласному принятию волновой теории света , исключая любой остаток Newton «s корпускулярной теории , начиная с конца 1830 - х до конца 19 - го века.

Но, пожалуй , лучше известно изобрести линзовое (светоотражающее / преломление) линзу Френеля и пионер использования «ступенчатых» линз продлить видимость маяков , экономя бесчисленные жизни в море. Простое диоптрийной (чисто преломление) активизировал объектив, первый предложенный Граф Буффон   и независимо заново Френель, используются в экранном луп и конденсаторных линзы для проекторов .

Выражая Гюйгенс «принцип вторичных волн и Юнга » принцип х помех в количественном отношении, и предполагая , что простые цвета состоят из синусоидальных волн, Френель дал первое удовлетворительное объяснение дифракции прямыми краями, в том числе первого удовлетворительное волновой на основе разъяснения прямолинейное распространение. Часть его аргумент была подтверждением того, что добавление синусоидальных функций с той же частотой , но различных фаз аналогично сложением сил с разными направлениями. Дальнейший предполагая , что световые волны являются чисто поперечными , Френель объяснен характер поляризации и отсутствие такового, механизма хроматической поляризации (цвета получают , когда поляризованный свет проходят через ломтик двукратно преломление кристалла с последующим вторым поляризатором), и то передача и коэффициенты отражения на границе раздела между двумя прозрачными изотропными средами ( в том числе под углом Брюстера ). Затем, обобщающее направление скорость-поляризационную зависимость для кальцита , он составил направления и поляризации преломленных лучей в двукратно преломление кристаллов двухосного класса (те , для которых вторичных Гюйгенса фронты не осесимметричные ). В период между первой публикацией его чисто поперечной волны гипотезы и представления своего первого правильного решения двухосной проблема была меньше , чем на год. Позднее он ввел термины линейной поляризацию , круговую поляризацию , и эллиптическую поляризацию , объясняет , как оптическое вращение может быть понята как разница в скорости распространения для двух направлений круговой поляризации, и (позволяя коэффициент отражения , чтобы быть сложными ) составляла изменение поляризации за счет полного внутреннего отражения , так как эксплуатировали в ромба Френеля . Защитники установленной корпускулярной теории не могут соответствовать его количественному объяснению многих явлений на очень немногие предположениях.

Наследие Френеля является более примечательно ввиду его пожизненной битвы с туберкулезом , к которому он поддался в возрасте 39 лет Хотя он не стал публичным знаменитостью в своей короткой жизни, он жил достаточно долго , чтобы получить должное признание со стороны своих сверстников , в то число (на смертном одре) в Румфорд медали в лондонском королевском обществе , а также его имя является повсеместным в современной терминологии оптики и волн. Неизбежно, после того , как волновая теория света была включена с помощью Maxwell «s электромагнитной теории в 1860 году , некоторое внимание было отвлечено от величины вклада Френеля. В период между объединением Френелем физической оптики и широким объединением Максвеллом, современным авторитетом, профессором Хамфри Ллойдом , описаны теориями поперечных волн Френеля как «благороднейшая ткань , которая когда - либо украшала область физической науки, система Ньютона Вселенной покоя освобожденной «. 

содержание

Ранний период жизни

Памятник Огюстен Френель на фасаде его родина в 2 Rue Огюстен Френель, Бройля (облицовочный Rue Jean François Мериме), который был открыт 14 сентября 1884. Надпись в переводе, говорит:
«Augustin Fresnel, инженер Мосты и дороги, член Академии наук, создатель линзовидных маяков, родился в этом доме 10 мая 1788 теория света обязана эмулятора Ньютона наивысшие концепции и наиболее полезные приложения «. 

семья

Френель (также называемый Огюстен Жан или просто Augustin), родилась в Бройля , Нормандии , 10 мая 1788 года , был вторым из четырех сыновей архитектора Жака Френеля (1755-1805) и его жена Августина, урожденная Мериме (1755 -1833). В 1790 году, после революции , Бройля становится частью département в Эр . Семья переезжала по крайней мере , дважды - в 1790 году в Шербур , а в 1794 году в родном городе Жака из Матье , где мадам Френеля бы провести 25 лет как вдова, пережив два из ее сыновей.

Первому сын, Луи (1786-1809), был помещен в Политехнической школе , стал лейтенантом в артиллерии, и был убит в бою в Хака , Испания , за день до своего 23 - летия. Третьи, Леоноры (1790-1869), а затем Augustin в гражданские техники , сменил его на посту секретаря Комиссии Маяка, и помог отредактировать его собрали произведения. Четвёртые, Фюльжанс Френель (1795-1855), стал известным лингвистом, дипломат и востоковед, а иногда и помощь Augustin с переговорами. Леонор , видимо , был только один из четырех , кто женился.

Младший брат их матери, Жан Франсуа «Leonor» Мериме (1757-1836), отец писателя Проспера Мериме (1803-1870), был краска исполнитель , который обратил свое внимание на химию живописи. Он стал непременному секретарю Школе Изящных Искусств и (до 1814 г.) профессор Политехнической школы, и была первоначальная точка контакта Augustin и ведущих физиков - оптиков дня (см ниже ) .

образование

Братья Френеля были вначале домашнее обучение их матерью. Болезненный Augustin считался медленным, едва начинает не читать до восьмилетнего возраста. В девяти и десять лет он был неприметным для его способности превратить дерево-отделение в игрушечные луки и ружья , которые работали слишком хорошо , за исключением, зарабатывая себе звание l'Homme де génie (мужчина гениальности) из его сообщников, а также единое разгон от старших.

В 1801 году , Augustin был отправлен в École Centrale в Кане , как компания для Луи. Но Augustin поднял производительность: в конце 1804 года он был принят в Политехнической школе, будучи размещен в 17 - вступительных экзаменов, в котором его решения геометрии задачи впечатлением экзаменатора, Лежандр . Как выжившие отчеты Политехнической школы начинаются в 1808 году, мы мало времени Августина там знаем, кроме того, что он , видимо , преуспел в геометрии и графиках - несмотря на продолжая слабого здоровья - и сделал мало , если вообще друзья. Окончив в 1806 году, затем он поступил в École Nationale де Пон и др Chaussées (Национальная школа мостов и дорог, также известный как «ЭНПЦ» или «Эколь де Пон»), которую он закончил в 1809 году, поступив на службу в Корпусе де Пон и др Chaussées как ingénieur Ordinaire стремящегося (рядовой инженер в обучении). Прямое или опосредованное, он должен был остаться в занятости «Корпуса дез - Пон» для остальной части его жизни.

Религиозное образование

Родители Августина Френеля были католиками на Jansenist секты, характеризующиеся крайней августинцев ввиду первородного греха . Религия занимает первое место в мальчиках домашнего образования. В 1802 году госпожа Френеля писал Луи относительно Augustin:

Я молю Бога, чтобы дать моему сыну милость трудоустроить большие таланты, которые он получил, в свою пользу, и Бог всех. Многое будет предложено от него к кому много дано, и большинство из них будет требоваться от него, который получил больше всего.

Augustin остался Jansenist. Он действительно считал его интеллектуальные способности как дар от Бога, и считал своим долгом использовать их на благо других. Измученный слабое здоровье, и решил исполнить свой долг перед смертью сорвали его, он избегал радостями и работал до изнеможения. По его собрата инженера Альфонса Duleau, который помог ухаживать за ним через его последнюю болезнь, Френель видел изучение природы в рамках изучения мощности и благости Бога. Он поместил добродетель выше науки и гениальности. Но в последние дни своей жизни он нужен «силы души», а не только против смерти, но и против «прерыванием открытия ... из которых он надеялся извлечь полезные приложения.» 

Jansenism считается еретической Римско - католической церкви (см список христианских ересей ) , и может быть частью объяснение , почему Френеля, несмотря на его научные достижения и его роялистов учетных, никогда не получил постоянную академическая должность учителя; его только обучение назначение было в Athénée зимой 1819-20. Как бы то ни было , короткая статья на Френеле в старой католической Энциклопедии не говоря уже о его янсенизме, но описывает его как «глубоко религиозным человек , и примечательно для его обостренного чувства долга.» 

Инженерные назначения

Френеля был первоначально размещен на западном департаменте Вандея . Там, в 1811 году, он предупредил , что стало известно как Сольве для производства кальцинированной соды , разве что рециркуляции аммиака не рассматривались. Эта разница объясняет , почему ведущие химики, которые выучили его открытия через его дяди Леонор, в конечном итоге подумал , что это неэкономично.

Около 1812 года, Френеля был отправлен Nyons , в южном департаменте Дром , чтобы помочь с имперской шоссе , которое должно было подключить Испании и Италии. Именно из Nyons , что мы имеем первое свидетельство его интереса к оптике. С 15 мая 1814 года , в то время как работа была слабина из - за Наполеон поражения «s, Френель написал„ PS “своему брат Леонор, говоря , в частности:

Я хотел бы также иметь документы , которые могли бы рассказать мне об открытиях французских физиков на поляризации света. Я видел в Монитёре несколько месяцев назад , что Био прочел в институте очень интересный мемуар о поляризации света . Хотя я ломаю голову, я не могу догадаться , что это такое.

В конце 1814 все еще не было никакой информации по этому вопросу. ( По поводу названия Института , заметим , что французский Академии наук был объединен с другими академиями , чтобы сформировать Institut де Францию в 1795 г. В 1816 г. Академии наук восстановила свое имя и автономность, но осталась часть Института.)

В марте 1815 года, воспринимая возвращение Наполеона с Эльбы , как «нападение на цивилизации», Френель отошел без отпусков, поспешил Тулузу и предложил свои услуги роялистского сопротивления, но вскоре очутился на больничном. Возвращаясь к Nyons в поражении, ему угрожали и имел его разбитые окна. Во время Ста дней он был помещен на подвеске, которую он был в конце концов разрешили провести в доме своей матери в Матье. Там он использовал свой вынужденный досуг , чтобы начать свои оптические эксперименты.

Вклад в физической оптике

Исторический контекст: От Ньютона до Био

Курс реконструкции Френеля физической оптики мог бы помочь обзору фрагментированного состояния , в котором он нашел предмет. В этом пункте, оптические явления , которые были необъяснимыми или чьи пояснения были оспорены названы в полужирном шрифте .

Обыкновенное преломление от посредства большей скорости волны в среду с более низкой скоростью волны, как это понимается Гюйгенсом. Последовательные позиции волнового фронта показаны синим цветом , прежде чем рефракции, а в зеленый после преломления. Для обычного преломления, вторичные фронты (серые кривые) имеют сферические форму, так что лучи (прямые серые линии) перпендикулярны к волновым фронтам.

Корпускулярная теория света , поддерживаемый Исаак Ньютоном и принимаются почти во всех старших Френеля, легко объясняется прямолинейное распространение : корпускулы явно продвигались очень быстро, так что их пути были почти прямыми. Волновая теория , разработанная Христиан Гюйгенс в своем Трактате о Light (1690), объяснила прямолинейное распространение на предположении , что каждая точка пересекла бегущий волновой фронт становится источником вторичного волнового фронта. Учитывая начальное положение бегущего волнового фронта, поздняя позиция (согласно Гюйгенсу) была общие касательная поверхностью ( оболочка ) вторичных волновых фронтов , испускаемых из ранее позиции. По мере того как степень общей касательной была ограничена по степени начального волнового фронта, повторное применение построения Гюйгенса к плоскости волнового фронта ограниченной степени (в однородной среде) дал прямой, параллельный пучок. В то время как это сооружение действительно предсказывало прямолинейное распространение, это было трудно совместить с общим наблюдением , что фронты на поверхности воды может огибать препятствия, и с подобным поведением звуковых волн - вызывает Newton поддерживать, до конца своей жизни, что если бы свет состоял из волн было бы «сгибание и распространять каждый путь» в тень.

Теория Гюйгенса аккуратно объяснила закон обычного отражения и закон обычного преломления ( „закон Снеллиуса“), при условии , что вторичные волны путешествовали медленнее в более плотных средах (те высшего показатель преломления ). Корпускулярная теория, с гипотезой о том , что корпускулы были предметом сил , действующих перпендикулярно поверхности, объяснила одни и те же законы , одинаково хорошо, хотя и с подтекстом , что свет распространялся быстрее в более плотных средах; что значение было неправильно, но не могла быть прямо опровергнуто с технологией времени ньютоновской или даже время Френеля (см Физо-Фуко устройство ) .

Точно так же не доказана была звездная аберрацией - то есть, очевидное изменение в положении звезды из - за скорости Земель через линию визирования (не путать с звездным параллаксом , который из - за смещение земли от края до края Поле зрения). Выявленный Джеймс Брэдли в 1728 году, звездная аберрация широко принимается как подтверждение корпускулярной теории. Но это было одинаково совместимо с теорией волн, а Эйлер отмечался в 1746 - молчаливо предполагая , что Эфир (предполагаемый волновой несущий средний) вблизи земли не был нарушен движением Земли.

Выдающаяся прочность теории Гюйгенса его объяснение двулучепреломления (двойная рефракция) от „ Исландии кристалла “ (прозрачный кальцит ), в предположении , что вторичные волны являются сферическими для обычного преломления (которая удовлетворяет закон Снеллиуса) и шаровидный графит для необычайно преломления (который не делает). В общем, с общим касательным строительства Гюйгенса означает , что лучи пути наименьшего времени между последовательными позиций волнового фронта, в соответствии с принципом Ферма . В частном случае изотропных СМИ, вторичные фронты должны быть сферическими, и строительство Гюйгенса затем предполагает , что лучи перпендикулярны волновой фронт; Действительно, закон обычного преломления может быть раздельно получен из этой предпосылки, так как Игнас Гастон Пардиса раньше Гюйгенса.

Altered цвета просветов отражены в мыльном пузыре, из - за помехи тонкопленочных (ранее называемых «тонкой пластина» вмешательством).

Хотя Newton отклонен волновая теория, заметив его потенциал , чтобы объяснить цвет, в том числе красок « тонких пластины » (например, « кольца Ньютона », а цвета просветов отражены в мыльных пузырях), в предположении , что свет состоит из периодических волны, с самыми низкими частотами (длинные длинами волн ) на красном конце спектра, и самые высокие частотами (кратчайшие длины волн) в конце фиолетового. В 1672 годе он издал тяжелый намек на этот счет, но современные приверженцы теории волновой бездействовали на нем: Роберт Гук лечение света как периодическая последовательность импульсов , но не использует частоту в качестве критерия цвета, а Гюйгенс обрабатывал волны в виде отдельных импульсов без какой - либо периодичности; и Pardies умер молодой в 1673 Newton Сами пытался объяснить цвет тонких пластин с использованием корпускулярной теории, предположив , что его корпускулы имели волнообразное свойство чередуя «припадки легко передач» и «припадки легко отражения», расстояние между как «подходит» в зависимости от цвета и среду и, неумело, на угол преломления или отражения в этой среде. Подробнее неумело сих пор, эта теория требует тонких пластин , чтобы отразить только на заднюю поверхность, хотя толстые пластины явно отразилось и на передней поверхности. Он не был до 1801 , что Томас Янг , в лекции Bakerian за этот год, цитируемой подсказку Ньютона, и учитываются цвета тонкого листа , как совокупный эффект передних и задних отражений, которые усиливают или компенсируют друг друга в соответствии с длина волны и толщина. Молодой подобный объяснил цвет «полосатых поверхности» (например, решетки ) в качестве длиной волны зависит армирования или отмены отражений от соседних строк. Он назвал это усиление или аннулирования в качестве помехи .

Томас Юнг (1773-1829).

Ни Ньютон , ни Гюйгенс не удовлетворительно объяснена дифракция - размывание и окантовка теней , где, по прямолинейному распространению, они должны быть острыми. Ньютон, который называется дифракция «перегиб», предполагается , что лучи света , проходящие недалеко от препятствий были согнуты ( «изменяемым»); но его объяснение было только качественным. Общие касательное строительства Гюйгенса, без модификаций, не вмещало дифракцию вообще. Две таких модификаций были предложены Янг в том же 1801 Bakerian Лекции: первый, что вторичные волны вблизи края препятствия могли расходиться в тень, но лишь слабо, из - за ограниченное армирование из других вторичных волн; и во- вторых, что дифракция ребром был вызван помехами между двумя лучами: одна отраженная от края, а другой изменяемую при прохождении вблизи края. Последний луч будет неотклоненным , если достаточно далеко от края, но Янг не уточнил по этому делу. Это были самые ранние предположения , что степень дифракции зависит от длины волны. Позже, в 1803 Bakerian лекции, Янг перестала рассматривать перегиб как отдельное явление, и доказательство того, что дифракционные полосы внутри тени узкого препятствия были из - за помехи: когда свет от одной стороны был блокирован, внутренние полосы исчезли. Однако Янг был один в таких усилиях , пока Френель не вышел на поле.

Гюйгенс в своем исследовании двойного лучепреломления, заметил что - то , что он не мог объяснить: когда свет проходит через два одинаково ориентированных кристаллов кальцита при нормальном угле падения, рядовой Луч , выходящий из первого кристалла страдает только обыкновенное преломление в секунду, в то время как необыкновенная луч , выходящий из первых страдает только необыкновенное преломление во втором; но когда второй кристалл поворачивается на 90 ° относительно падающих лучей, роль поменять местами, так что обыкновенный луч , выходящий из первого кристалла страдает только необыкновенное преломление в секунду, и наоборот. Это открытие дало Ньютоном еще один повод отказаться волновой теорией: лучи света , очевидно , имели «сторону». Корпускулы могли иметь стороны (или полюса , как они позднее называть); но волны света не могли, потому что (так казалось) любые такие волны должны были бы быть продольными (с колебаниями в направлении распространения). Newton предложены альтернативные «правила» для внеочередного преломления, который въехал на его авторитет через 18 век, хотя он не сделал «никакой известной попытки вывести его из любых принципов оптики, корпускулярные или иначе.» 

Малюс (1775-1812).

В 1808 экстраординарном преломлении кальцита экспериментально исследовались с беспрецедентной точностью, по Малюсу , и нашел, что согласуется с шаровидным строительством Гюйгенса, а не „Правилом“ Ньютон. Malus, ободренный Лаплас , затем пытался объяснить этот закон в корпускулярных терминах: от известного соотношения между падающим и преломленным направлением лучей, Malus получена корпускулярной скоростью (в зависимости от направления) , которая удовлетворяла бы Мопертюй «s" наименьшего действия»принципу. Но, как Янг указал, существование такого закона скорости гарантируется Гюйгенс сфероида, потому что Гюйгенс строительство приводит к принципу Ферма, которая становится принципом Мопертюй , если скорость Луча заменена на обратных скоростях частиц! В corpuscularists не нашел силу закона , который даст предполагаемый закон скоростей. Хуже того , вызывает сомнение , что любое подобное усилие закон удовлетворяет условиям принципа Мопертюи. В отличие от этого , Янг продолжил показывать , что «носитель более легко сжимаемым в одном направлении , чем в любом направлении , перпендикулярном к ней, как если бы он состоял из бесконечного числа параллельных пластин , соединенных между собой вещество несколько менее эластичным» впускает сфероидальные продольные волновые фронты, а Гюйгенс допускается.

Печатные этикетки видны через двукратно преломление кристалла кальцита и современный поляризационный фильтр, вращает, чтобы показать различные поляризации двух изображений.

Но Malus, в ходе своих экспериментов на двойном преломлении, заметила что - то еще: когда луч света отражается от неметаллической поверхности на соответствующий угле, он ведет себя как один из двух лучей , выходящих из кристалла кальцита. Это был Малис , который придумал термин поляризации описать это поведение, хотя поляризационный угол стал известен как угол Брюстера после его зависимость от показателя преломления экспериментально определено Дэвидом Брюстером в 1815 Malus также ввел термин плоскости поляризации . В случае поляризации отражения, его «Плоскость поляризации» была самолет падающих и отраженные лучи; в современных терминах, это плоское нормальной к электрической вибрации. В 1809 году, Малус Кроме того , установлено , что интенсивность света , проходящего через два поляризатора, пропорционально квадрату косинуса угла между их плоскостями поляризации ( закон Malus в ), независимо от работы поляризаторов путем отражения или двойного лучепреломления, и что все двоякопреломляющие кристаллы получением как необычайно преломления и поляризации. Как corpuscularists начал пытаться объяснить эти вещи в терминах полярных «молекул» свет Волновые-теоретики не были не рабочей гипотезы о характере поляризации, побуждая Янг отметить , что наблюдения малуса в «Настоящие больших трудности к сторонникам Волнового теория , чем любые другие факты , с которыми мы познакомились «. 

Malus умер в феврале 1812 года, в возрасте 36 лет , вскоре после приема медали Румфорд за его работу по поляризации.

В августе 1811 года Франсуа Араго сообщил , что , если тонкая пластинка слюды рассматривались на бел поляризованной подсветки через кристалл кальцита, два изображений из слюды были дополнительных цвета (перекрытие , имеющие один и тот же цвет в качестве фона). Свет , выходящий из слюды был « де - поляризованный» в том смысле , что не было ориентации кальцита , который сделал одно изображение исчезнет; пока это не было обычным ( « ун поляризованным») свет, для которых два изображений будут иметь тот же цвет. Вращающийся кальцита вокруг линии визирования изменила цвет, хотя они по- прежнему дополняют друг друга. Вращение слюды изменившей насыщенности (не оттенок) цветов. Это явление стало известно как хроматическая поляризация . Замена слюды с гораздо более толстой тарелкой кварца , с его гранями перпендикулярна оптической ось (ось сфероида Гюйгенса или функции скоростей Malus в), получает такой же эффект, за исключением того, что вращение кварц не имело значения. Араго пытался объяснить его замечания в корпускулярных условиях.

Франсуа Араго (1786-1853).

В 1812 год , как Араго проводит дальнейшие качественные эксперименты и прочие обязательства, Био~d переработан то же самое основание с помощью гипсовой пластинки в месте слюды, и нашел эмпирические формулы для интенсивностей обыкновенных и необыкновенных образами. Формулы , содержащиеся двух коэффициентов, предположительно , представляющих цвета лучей «зараженный» и «без изменений» пластинкой - в «затрагиваемые» лучи благополучия той же цветовой гаммы , как те , которые отражены на аморфных тонких пластин пропорционально, но меньшие, толщина.

Био (1774-1862).

Араго протест, заявив, что он сделал некоторые из тех же находок, но не было времени, чтобы писать их. На самом деле перекрывание между работой Араго и Био был минимален, потому что Араго был только качественный и стремится включать другие темы. Но споры вызвали пресловутые размолвки между двумя мужчинами.

Поздний в том же году, Био~d попытался объяснить наблюдения как колебания выравнивания «пострадавших» корпускул при частоте пропорционального что из «приступов» Ньютона, из - за силы , в зависимости от трассы. Эта теория стала известна как мобильные поляризации . Для согласования его результатов с синусоидальным колебанием, Био было предположить , что корпускулы возник с одним из двух разрешенных ориентаций, а именно крайностей колебания, с вероятностями в зависимости от фазы колебания. Корпускулярная оптика становилась дороже на предположениях. Однако в 1813 году, Био сообщалось , что в случае кварца был простым: наблюдаемое явление (ныне оптическое вращения или оптическая активность , а иногда и роторные поляризации ) постепенное вращение направления поляризации с расстоянием, и можно было бы объяснить с помощью соответствующего вращения ( не колебания) из корпускул.

В начале 1814, обзор работы Био на хроматической поляризации, Янг отметил, что периодичность цвета в зависимости от толщины листа - в том числе фактора, по которому срок превышен, что для отражающего тонкого листа, и даже эффект наклонения из плита (но не роль поляризации) - можно было бы объяснить волновой теории с точки зрения разных времен распространения обыкновенной и необыкновенной волн через тарелку. Однако Янг ​​был тогда единственным общественным защитником теории волн.

Таким образом, весной 1814, когда тщетно Френеля догадаться, что поляризационная было, corpuscularists думали, что они знают, а волновые теоретиками (если мы можем использовать множественное) буквально не имел ни малейшего представления. Обе теории утверждали, объяснить прямолинейное распространение, но волна объясняется в подавляющем большинстве считали неубедительной. Корпускулярная теория не может связать двойную рефракцию для конкретных поверхностных сил; волновая теория еще не мог связать его поляризации. Корпускулярная теория была слабой на тонких пластинах и молчанием решеток; волновая теория была сильна на другое, но недооцененной. Относительно дифракции корпускулярной теория, не дала количественные предсказаний, а волновая теория начала делать рассматривая дифракцию как проявление вмешательства, но рассматривала только два луча, в то время. Только корпускулярная теория дала даже смутное понимание угла Брюстера, закон Malus, либо оптическое вращение. Относительно хроматической поляризации, волновая теория объясняет периодичность гораздо лучше, чем корпускулярной теории, но не было ничего, чтобы сказать о роли поляризации; и его объяснение периодичности было проигнорировано. И Араго основал исследование хроматической поляризации, только потерять лидерство, спорно, чтобы Био. Таковы обстоятельства, в которых Араго впервые услышал интереса Френеля в оптике.

Rêveries

Барельеф дяди Френеля Леонор Мериме (1757-1836), на той же стене, памятник Френеля Бройля.

Буквы Френеля из поздних в 1814 году выявить его интерес к теории волн, в том числе его осознания того, что это объясняется постоянство скорости света и было , по крайней мере совместимы с звездной аберрацией. В конце концов он составил , что он назвал его грезах (размышления) в эссе и представить его через Леонор Мериме к Андре-Мари Ампер , который не ответил прямо. Однако 19 декабря, Мериме обедал с Ампер и Араго, с которым он был знаком через Политехнической школы; и Араго обещал посмотреть на эссе Френеля.

В середине 1815 года, возвращаясь домой в Матье , чтобы служить его подвес, Френеля встретил Араго в Париже и говорили о теории волнового и звездной аберрации. Он был проинформирован о том, что он пытался разрушить открытую дверь ( « иль enfonçait де Portes ouvertes »), и направлен на классические работы по оптике.

дифракция

Первая попытка (1815)

С 12 июля 1815, в Френеля собиралась покинуть Париж, Араго оставил ему записку о новой теме:

Я не знаю ни одной книги , которая содержит все эксперименты , которые физикам делают на дифракции света. Мсье Френель только сможете познакомиться с этой частью оптики при чтении работы по Гримальди , одного Ньютон, английский трактат Иордана и мемуары Brougham и Янг, которые являются частью коллекции в Philosophical Transactions .

Френеля не будет иметь доступ к этим работам за пределами Парижа, и не мог читать по- английски. Но, в Матье - с точечным источником света , сделанные фокусировки солнечного света с каплей меда, сырой микрометра собственного строительства, а также поддерживать устройство сделанные местного слесаря - он начал свои эксперименты. Его метод был романом: в то время как более ранние исследователи прогнозировали бахрому на экран, Френель ближайший отказался экран и наблюдал полосы в пространстве, сквозь линзу с микрометром на его фокус, что позволяет проводить более точные измерения , при этом требует меньше света.

Позднее, в июле, после окончательной победы над Наполеоном, Френель был восстановлен с преимуществом того, поддержали сторону победителя. Он просил два месяца оставить отсутствия, который был легко должное, потому что дорожные были в состоянии неопределенности.

23 сентября он писал Арий, начиная с «Я думаю, я нашел объяснение и закон цветных полос, которые можно заметить в тени тел, освещаемых светящейся точкой.» В том же пункте, однако, Френель имплицитно признал сомнение новизны своей работы: заметив, что ему придется понести некоторые расходы для того, чтобы улучшить свои измерения, он хотел узнать «ли это не бесполезное, и является ли закон дифракционная еще не были создано достаточно точными экспериментами «. Он пояснил, что он еще не имел возможности приобрести предметы на его списки для чтения, с очевидным исключением «книги Юнга», которую он не мог понять без помощи своего брата. Не удивительно, что он восстановил многие из стадий Янга.

В мемуарах направлены в институт 15 октября 1815 Френель отображены внешние и внутренние полосы в тени провода. Он заметил, как Янг перед ним, что внутренние полосы исчезли , когда свет от одной стороны был заблокирован, и пришли к выводу , что «вибрации двух лучей, пересекающих друг друга под очень малым углом могут противоречить друг другу ...» Однако, в то время как молодой приняли исчезновение внутренних полос , как подтверждение принципа вмешательства, Френель сообщил , что это внутренние полосы , что первым обратили свое внимание на принцип. Для объяснения дифракционной картины, Френель построены внутренние полосы, рассматривая пересечения кольцевых волновых фронтов , испускаемых двух краев непроходимости, а внешние полосы по рассматривая пересечение между прямыми волнами и волнами , отраженными от ближайшего края. Для внешнего бахрома, чтобы получить допустимое согласие с наблюдением, он должен был предположить , что отраженная волна была перевернутой ; и он отметил , что предсказанные пути полос были гиперболическими. В той части мемуаров , что наиболее явно превосходил Young, Френель объяснил обычные законы отражения и преломления в плане вмешательства, отметив , что если две параллельных лучей отражались или преломляются на другом , чем заданный угол, они больше не будут иметь одинаковый фазы в общей перпендикулярной плоскости, и каждый вибрация будут аннулированы близлежащей вибрацией. Он отметил , что его объяснение действительно при условии , что неровности были гораздо меньше длины.

10 ноября Френель направил дополнительную записку занимающейся с кольцами Ньютона и с решетками, в том числе, в первый раз, передача решетки - хотя в этом случае интерферирует лучи продолжали считать «изменяемыми» и экспериментальная проверка была неадекватной , поскольку он используется только два темы.

Поскольку Френель не был членом Института, судьба его мемуаров в значительной степени зависит от доклада одного участника. Репортер мемуаров Френеля оказались Араго (с Пуансо как другой рецензент). 8 ноября Араго писал Френеля:

Я поручил Институтом изучить ваши мемуары о дифракции света; Я внимательно изучил его, и нашли много интересных экспериментов, некоторые из которых уже были сделаны доктором Томасом Юнгом, который вообще считает , что это явление в порядке , а аналогичной той , вы приняли. Но ни он , ни кто видел перед вами в том , что внешние цветные полосы не распространяются по прямой , как один уходит из непрозрачного тела. Итоги вы добились в этом отношении представляются мне очень важным; Может быть , они могут служить , чтобы доказать истинность волнообразной системы, так часто и слабо борьбу физиками , которые не потрудились , чтобы понять это.

Френеля был встревожен, желая более точно знают , где он совершил столкновение с Янгом. Относительно изогнутых путей «цветных полос», Янг отметила гиперболические пути полос в интерференционной два источника узором, что соответствует примерно Френеля внутренних полос и описали гиперболические полосы , которые появляются на экране в прямоугольных тени. Но Арий ошибался в своем убеждении , что изогнутые пути полос были несовместимы с корпускулярной теорией.

Письмо Араго продолжал просить больше данных на внешних краях. Френеля выполнены, пока он не исчерпал свой отпуск и был назначен в Ренне в департаменте Иль и Вилен . На данный момент Араго ходатайствовал Гаспара де Прони , главы Эколь де Пон, который написал Луи-Матье Моле , главы Корпуса де Пон, предполагая , что развитие науки и престижа корпуса можно было бы усилить , если Френеля мог приехал в Париж на некоторое время. Он прибыл в марте 1816 года , и его отпуск затем был продлен до середины года.

В то же время, в эксперименте сообщает 26 Февраль 1816, Араго проверяется предсказание Френеля, что внутренние полосы были сдвинуты, если лучи на одной стороне препятствие прошел через тонкую стеклянную пластинку. Френель правильно отнести это явление к нижней скорости волны в стекле. Арий позднее использовал аналогичный аргумент для объяснения цвета мерцания звезд.

Обновлен мемуаров Френеля итоге был опубликован в мартовском номере 1816 Анналов де Chimie и др де Physique , из которых Араго недавно стал соредактором. Этот вопрос фактически не появляться до мая. В марте Френель уже конкурс: Био прочитать мемуары на дифракционном сам и его ученику Клод Пулья , содержащее обильные данные и утверждая , что закономерность дифракционных полос, как регулярность колец Ньютона, должна быть связана с «приступами» Ньютон. Но новая линия не была строгой, а сама Пулья станет отличать рано усыновителем теории волн.

«Эффективный Луч», дважды зеркало эксперимент (1816)

Копия диаграмму интерференционной два источника Юнга (1807), с источниками A и B производит минимумы при C , D , E и F .
Двойное зеркало Френеля (1816). Сегменты зеркал M 1 и M 2 производят виртуальные образа S 1 и S 2 щели S . В заштрихованной области, лучи от двух виртуальных образов перекрывают друг друга и мешают в виде Young (выше).

С 24 мая 1816 года , Френель написал Янг (на французском языке), признав , как мало его собственной биографии была новым. Но в «дополнении» , подписанные 14 июля и почитать на следующий день, Френель отметил , что внутренние полосы были точнее предсказывало предполагая , что два интерферирующих лучи приехали с некоторого расстояния наружного краев преграды. Чтобы объяснить это, он разделил падающий фронт волны на препятствие в то , что мы теперь называем зоны Френеля , например , что вторичные волны от каждой зоны были распространены более половины цикла , когда они прибыли в точку наблюдения. Зоны на каждой стороне препятствия в основном отменены в паре, кроме первого, который был представлен в «эффективном» луче. Этот метод работает для внутренних полос, но наложение эффективного луча и прямой луч ничего не работают для внешних полос.

Вклад от «эффективного луча» считался, что только частично отменен, по причинам , включающие динамики среды: где фронт волна была сплошным, симметрия запрещает косые вибрации; но недалеко от препятствия , что усеченного волнового фронт, асимметрия позволила некоторой боковой вибрацию в направлении геометрической тени. Этот аргумент показывает , что Френель был (еще) не в полной мере принимается принципом Гюйгенса, который позволил бы наклонному излучение от всех участков фронта.

В том же приложении, Френель описан свое известный двойное зеркало, состоящий из двух плоских зеркал , соединенных под углом чуть меньше , чем 180 °, с которым он создал два щелей интерференционной картину от двух виртуальных образов одной и той же щели. Обычна двухщелевой Эксперимент необходим предварительная единая щель , чтобы гарантировать , что свет , падающий на двойной щели был когерентным (синхронизированный). В варианте Френеля, предварительная одиночная щель была сохранена, а двойная щель была заменена двойным зеркало - которые не имели никакого физических похожа на двойную щель , и все же выполнили то же функцию. Этот результат (который был объявлено Араго в мартовском выпуске из Annales ) сделал это трудно поверить , что узор двухщелевого не имело ничего общего с тельцами отклоняясь , когда они проезжали вблизи кромок прорезей.

Однако 1816 был « Годом без лета »: культуры не удалось; голодные семьи фермеров собрались на улицах Ренни; Центральное правительство организовало «благотворительные работные» для нуждающихся; и в октябре, Френель был возвращен в Иль и Вилен контролировать благотворительные работник в дополнении к его регулярной дороге экипажу. Согласно Араго,

с Френеля совестливость всегда была передняя часть его характера, и он постоянно выполнял свои обязанности в качестве инженера с самым строгим скрупулезностью. Задача защитить доходы государства, чтобы получить за них можно лучшую работу, появился в его глаза в свете вопроса чести. Чиновник, каковы бы ни были его ранг, который представил ему неоднозначное счет, сразу же стал объектом его глубокого презрения. ... В такой ситуации привычная Мягкость его манера исчезнувшей ...

письма Френеля с декабря 1816 года показывают его последующее тревогу. В Араго он жаловался на «мучает заботы наблюдения, а также необходимость выговор ...» И Мериме он писал: «Я не нахожу ничего более утомительного, чем необходимость управлять другими мужчинами, и я признаю, что не имеют ни малейшего представления, что я 'я делаю." 

Призовой Мемуары (1818) и продолжение

На 17 марта 1817 года в Академии наук объявила , что дифракция будет предметом для двухгодичной физике Гран быть присуждена в 1819. Срок подачи заявок был установлен на 1 августа 1818 года, чтобы дать время для репликации экспериментах. Хотя формулировка задачи упомянутых лучей и перегиба и не приглашают Волновые решения на основе, Араго и Ампер поощряться Френеля войти.

В осенью 1817, Френеля, поддержали де Прони, получил отпуск от нового главы Корп де Пон, Луис Беккуи и вернулась в Париж. Он возобновил свои технические обязанности в Весне 1818; но с тех пор он был в Париже, первый на Уркском канале , а затем (с мая 1819) с кадастром тротуаров.

15 января 1818 года , в другом контексте (Revisited ниже), Френель показал , что добавление синусоидальных функций с той же частотой , но с разными фазами аналогично добавлением сил с разными направлениями. Его метод был похож на фазор представление, за исключением того, что «сила» были плоские векторами , а не комплексные чисел ; они могут быть добавлены, и умножаются на скаляры , но (еще) не умножения и деления друг на друга. Объяснение алгебраическое , а не геометрические.

Знание этого способа принимались в предварительной ноте на дифракции, от 19 апреля 1818 и осаждаются на 20 апреля, в котором Френель , описанного элементарную теорию дифракции , как в современных учебниках. Он вновь принцип Гюйгенса в сочетании с принципом суперпозиции , сообщив , что вибрация в каждой точке волнового фронта является суммой колебаний , которые будут направлены на него в тот момент всех элементов волнового фронта в любом из предыдущих позиций все элементы , действующие раздельно (см принципа Гюйгенса-Френеля ) . Для волнового фронта отчасти обструкций в предыдущем положении, суммирование должны было быть выполнено над беспрепятственным участком. Другими , чем нормальная к первичному волновому фронту направление, вторичные волны были ослаблены из - за перекос, но ослабленный гораздо больше по деструктивной интерференции, таким образом , что эффект только наклонений можно пренебречь. Для дифракции прямого края, интенсивность как функция расстояния от геометрической тени , то может быть выражена с достаточной точностью с точки зрения того, что теперь называют нормированные интегралы Френеля :

Нормированные интегралы Френеля С ( х )  , S ( х ) .
  ;  

Же нота включала таблицу интегралов, для верхнего предела в диапазоне от 0 до 5,1 с шагом 0,1, вычисленную при средней погрешности 0,0003, а также меньшую таблицу максимумов и минимумов интенсивности полученной.

В своем последнем «Memoir по дифракции света», нанесенной на 29 июля и подшипниковой латинский эпиграф « Natura симплекс и др fecunda » ( «Природа проста и плодородный»), Френеля немного расширил две таблицы , не меняя существующие цифры, за исключением коррекция первого минимума интенсивности. Для полноты, он повторил свое решение «задачу вмешательства», вследствие чего синусоидальные функции добавляются как векторы. Он признал направленность вторичных источников и изменений в их расстоянии от точки наблюдения, в основном , чтобы объяснить , почему эти вещи делают незначительную разницу в контексте, при условии , конечно , что вторичные источники не излучают в ретроградном направлении. Затем, применяя свою теорию помех вторичных волн, он выражает интенсивность света , дифрагированного с помощью одного прямого края (полуплоскости) в терминах интегралов, участвующих размеры задачи, но которые могут быть преобразованы в нормализованных форм выше. Применительно к интегралам, он объяснен вычислению максимумов и минимумов интенсивности (внешняя бахрома), и отмечает , что вычисленная интенсивность падает очень быстро по мере продвижения в геометрическую тень. Последние результаты, как говорит Olivier Darrigol, «сводятся к доказательству прямолинейного распространения света в волновом, в самом деле первый доказательстве того, что современные Физики бы еще принять.» 

Для экспериментальной проверки его расчетам, Френеля используется красный свет с длиной волны 638 нм, что он выведенной из дифракционной картины в простом случае, в котором свет, падающий на одну щель была сосредоточена с помощью цилиндрической линзы. Для получения различных расстояниях от источника до препятствия и от препятствия до точки поля, он сравнивает расчетные и наблюдаемые позиции полос для дифракции на полуплоскости, щель, и узкой полоской - концентрируясь на минимумах , который был визуально острее, чем максимумы. Для щели и полосой, он не может использовать ранее вычисленную таблицу максимумов и минимумов; для каждой комбинации размеров, интенсивность должна была быть выражена в терминах сумм или разностей интегралов Френеля и вычисляется из таблицы интегралов и экстремумы должны были быть вычислен заново. Совпадение расчета и измерения лучше, чем 1,5% почти во всех случаях.

Ближе к концу мемуаров Френель подвел разницу между употреблением Гюйгенсом вторичных волн и его самостоятельно: в то время как Гюйгенс говорит есть свет только тогда, когда вторичные волны точно согласны, Френель говорит есть полная темнота только там, где вторичные волны точно Отменить из.

Пуассон (1781-1840).

Судейский комитет состоит Лаплас, Био~d и Пуассон (все corpuscularists), Гей-Люссак (незавершенный), и Арий, который в итоге написал доклад комитета. Хотя записи в конкурсе должны были быть анонимными для судей, Френеля должны быть узнаваемы по содержанию. Существовал только один вход, из которых ни рукопись , ни какой - либо записи автора выжила. Эта запись (идентифицированная как «нет. 1») была упомянута только в последнем абзаце отчета судей, отметив , что автор проявил незнание соответствующих ранних произведений Юнги и Френеля, используется недостаточно точные методы наблюдения, окна известно явлений и сделаны очевидные ошибки. По словам Джона Уорролл , «конкуренция сталкивается Френеля вряд ли могла быть менее жесткими.» Мы можем сделать вывод о том , что комитет имел только два варианта: ( «не присуждать приз Френеля 2»), или удержать его.

Тени, отбрасываемой препятствием на 5,8 мм диаметра на экране за 183 см, в солнечном свете, проходящего через точечную диафрагму 153 см в передней. Слабые цвета полос показывают длину волны зависимость дифракционной картины. В центре / место Араго Пуассона.

Комитет обсудил в новом году. Тогда Пуассон, используя случай , в котором теория Френеля дала легко интегралы, предсказанную , что если круглое препятствие освещалось точечным источником, там должна быть (согласно теории) яркое пятно в центре тени, с подсветкой , как ярко как внешний вид. Это , кажется, был задуман как противного . Араго, не останавливаясь, собранный эксперимент с препятствием 2 мм в диаметре - и там, в центре тени, было пятно Пуассона .

Единогласным Доклад комитета, читать в заседании Académie 15 марта 1819 года , удостоен приза на «мемуар отмечены нет. 2, и принимая в качестве эпиграфа: Natura симплекс Et fecunda .» На том же заседании, после того , как решение было вынесено, президент Académie открыл запечатанную записку , сопровождающие мемуары, раскрывающий автор как Френель. Награду оглашены на открытом заседании Académie недели спустя, 22 марта.

Верификация Арья из нелогичным предсказания Пуассона прошла в фольклор , как если бы она приняла решение приза. Это мнение, однако, не подтверждается отчетом судей, что дало этому вопросу только два предложения , в предпоследнем абзаце. Ни один не сделал триумф Френеля немедленно преобразования Лапласа, Био и Пуассон в теорию волн, по крайней мере , по четырем причинам. Во- первых, хотя профессионализация науки во Франции были установлены общие стандарты, это был один вещь , подтвердите кусок исследования , как удовлетворение этих стандартов, и совсем другое считать его окончательным. Во- вторых, можно было интерпретировать интегралы Френеля как правила для объединения лучей . Араго даже поощряли эту интерпретацию, по- видимому , с тем , чтобы минимизировать сопротивление идеям Френеля. Даже Био начал преподавать принципа Гюйгенса-Френеля , не высказываясь волновому основе. В- третьих, теория Френеля не объясняют механизм генерации вторичных волн или почему они имели какой - либо значительный разброс по углам; эта проблема особенно беспокоила Пуассон. В- четвертых, вопрос , который больше всего осуществляет оптические физикам в то время не было дифракция, но полярность - на котором работал Френеля, но все же сделать его критического прорыва.

поляризация

Справка: Emissionism и selectionism

Излучение теория света была один , который рассматривал распространения света в качестве транспорта некоего вещества. В то время как корпускулярная теория была явно теория выбросов, обратный не следовало: в принципе, можно был бы в emissionist не являясь corpuscularist. Это удобно , потому что, помимо обычных законов отражения и преломления, emissionists не удалось сделать проверяемые количественные предсказания из теории сил , действующих на корпускулы света. Но они действительно делают количественные предсказания из помещения , что лучи были счетные предметами, которые были законсервированы в их взаимодействии с материей (исключением впитывающих сред), и которые имеют особые ориентации относительно направления их распространения. В соответствии с этим рамочным, поляризации и связанных с ними явлений двойного лучепреломления и частичного отражения участвуют изменения ориентации лучей и / или выбирая их в соответствии с ориентацией, а также состояния поляризации луча (пучка лучей) был вопрос сколько лучей были в каком ориентаций: в полностью поляризованном пучке, ориентации были все одинаковыми. Такой подход, Джед Бухвальд назвал selectionism , был впервые Malus и усердно преследовали Био.

Френеля, в противоположность этому, решил представить поляризации в интерференционных экспериментах.

Интерференция поляризованного света, хроматическая поляризация (1816-21)

Летом 1816, Френель обнаружил , что , когда двулучепреломляющий кристалл получает два изображений одной щели, он может не получить обычную два щелей интерференционной картины, даже если он компенсировал различные времена распространения. Более общий эксперимент, предложенный Араго, обнаружено , что если два пучка двойной щели устройств были отдельно поляризован, интерференционная картина не появлялась и исчезала , как поляризацию одного луча вращали, давая полные помехи для параллельных поляризаций, но без помех для перпендикулярных поляризаций (см законы Френеля Араго ) . Эти эксперименты, среди прочего, в конечном итоге были представлены в кратких мемуарах , опубликованный в 1819 году , а затем переведены на английский язык.

В мемуарах составлена ​​30 августа 1816 и пересмотренных 6 октября, Френель сообщает эксперимент, в котором он поместил две соответствующие тонкие пластинки в двухщелевом аппарате - одна над каждой щелью, с их оптическими осями перпендикулярно - и получил два интерференционных картин смещения в противоположных направлениях, перпендикулярных с поляризацией. Это, в сочетании с предыдущими данными, означает, что каждая пластинку расколоть падающий свет в вертикально поляризованных компоненты с разной скоростью - так же, как нормальный (густым) двулучепреломляющим кристалл, и противоречит «мобильной поляризационной» гипотезе Био~d.

Соответственно, в том же мемуарах Френель предложил свою первую попытку теории волновой хроматической поляризации. Если поляризованный свет проходит через кристаллическую пластинку, он был разделен на обыкновенный и необыкновенный волн (с интенсивностями , описанных законом Malus в), и они были вертикально поляризованными и поэтому не мешает, так что никакие цветов не были произведены (пока). Но если они пропускают через анализатор (второй поляризатор), их поляризации были приведены в соответствие (с интенсивностью снова модифицирована в соответствии с законом малуса в), и они будут мешать. Это объяснение, сам, прогнозирует , что если анализатор поворачивается на 90 °, обыкновенные и необыкновенные волны просто меняются роли, так что , если анализатор принимает форму кристалла кальцита, две образами пластинки должны быть тем же оттенок (этот вопрос повторно ниже). Однако в действительности, как Араго и Био обнаружили, они являются дополнительными цветами. Для исправления предсказания, Френель предложил правила по фазе инверсии причем одна из составных волн одного из двух снимков страдают дополнительный 180 ° фазового сдвига на своем пути через листовую пластинку. Эта инверсия была слабым местом в теории относительно Био~d, как признается Френель, хотя правило определенно , какой из двух образов имели перевернутую волну. Кроме того, Френель может иметь дело только с особыми случаями, потому что он еще не решен вопросом о наложении синусоидальной функции с произвольными разностями фаз вследствие распространения на различные скоростях через листовую пластинку.

Он решил эту проблему в «дополнение» , подписанного 15 января 1818 (выше). В том же документе, что он размещен закон Malus путем , в котором предлагается базовый закон: что если поляризованный свет падает на двулучепреломляющем кристалл с его оптической осью на угол & thetas ; к «плоскости поляризации», обыкновенные и необыкновенных колебания (как функции время) масштабируется факторами сои thetas ; и грех & thetas , соответственно. Хотя современные читатели легко интерпретировать эти факторы с точкой зрения перпендикулярных составляющие поперечного колебания, Френель не (пока) объясняет их таким образом. Поэтому он по- прежнему необходимо правило фазы инверсии. Он применял все эти принципы в случае хроматической поляризации не покрытой формулами Био участием двух последовательных пластинок с осями , разделенных на 45 °, и получены предсказания , которые не соглашались с опытами Био ( за исключением особых случаев) , но согласился с его собственным.

Френеля применили те же принципы к стандартному случае хроматической поляризации, в котором один двулучепреломляющая пластинка была нарезанным параллельно ось и расположенным между поляризатором и анализатором. Если анализатор принимал форму толстого кристалла кальцита с осью в плоскости поляризации, Френель предсказывал , что интенсивность обыкновенного и необыкновенного изображения пластинки была соответственно пропорциональна

где угол от начальной плоскости поляризации к оптической оси пластинки, угол от начальной плоскости поляризации к плоскости поляризации окончательного обычного изображения, и это запаздывание по фазе необыкновенной волны относительно обыкновенная волна из - за разницы в время распространения через пластинку. Термины в являются частотно-зависимыми Терминами и объяснить , почему пластинка должна быть тонкой с тем , чтобы произвести различимые цвета: если пластинка является слишком толстой, пройдет через слишком много циклов , как частота изменяется сквозь видимой области спектра, и глаза ( которая разделяет видимый спектр на только три полосы ) , не сможет решить циклам.

Из этих уравнений легко проверяется , что для всех , так что цвета дополняют друг друга. Без правилу фазы инверсии, было бы плюс знак перед последним слагаемым во втором уравнении, так что -зависимая термин был бы тот же в обоих уравнениях, подразумевая (ошибочно) , что цвета были того же оттенка ,

Эти уравнения были включены в недатированных Примечательно, что Френель дал в Био, к которому Био~d добавил несколько строк его самостоятельно. Если подставить

 а также 

то формулы Френеля можно переписать в виде

, которые являются ничем иным , чем эмпирические формулы Био 1812, за исключением того, что Био~d интерпретировать и как «незатронутые» и «пострадавшие» выборы падающих лучей на пластинке. Если замены Био были точными, то это будет означать , что его экспериментальные результаты более подробно объясняются теорией Френеля , чем его собственная.

Арий задержал отчетность по произведениям Френеля на хроматической поляризации до июня 1821 года, когда он использовал их в широких атаках на теории Био~d. В своем письменном ответе Био протестовал , что нападение Араго выходили за рамки надлежащего отчета о выдвинутых произведений Френеля. Но Био также утверждал , что замены для и и , следовательно , выражения Френеля для и были опытным неправильно , потому что , когда интенсивность Френеля спектральных цветов смешивались согласно правилам ньютоновской, квадратами косинус и синус функции различались слишком плавно , чтобы учесть наблюдаемой последовательности цветов. Это требование обратило письменный ответ от Френеля, который спорный изменились ли цвета так же неожиданно , как утверждал Био~d, и может ли человеческий глаз судить цвета с достаточной объективностью для этой цели. На втором вопросе, Френель отметил, что различные наблюдатели могут давать разные названия одного цвету. Кроме того, по его словам, один наблюдатель может только сравнить цветам бок о бок; и даже если они судят быть таким же, тоже ощущениями, не обязательно состава. Старейшая и сильнейшая точка Френеля - это тонкие кристаллы были подчинены теми же законы, что толстые и не нужны или разрешить отдельный Theory - Био~d оставить без ответа. Арий и Френель были замечены выиграли дебаты.

Кроме того, к этому времени Френеля появился новый, более простой вывод его уравнениям на хроматической поляризации.

Прорыв: Чисто поперечные волны (1821)

Андре-Мари Ампер (1775-1836).

В проекте мемуаров от 30 августа 1816 года , Френель упомянут две гипотезы - один из которых он приписываемого Ампера - с помощью которого невмешательства ортогонально поляризованных лучей можно объяснить , если поляризованный свет Волна была отчасти поперечной . Но Френель не может разработать любого из этих идей в комплексную теорию. По его последующему счету, и он , и Ампер поняли , уже в сентябре 1816 года, что невмешательство ортогонально поляризованные пучков, вместе с правилом фазы инверсии в хроматической поляризации, было бы легче всего объяснить , если Волны были чисто поперечными. Но это вызовет новое затруднение: в дневной свет , казалось, снимите поляризованы и , следовательно , его Волны предполагают быть продольными, нужно было бы объяснить , как продольный компонент вибрации исчезли поляризации, и почему она не показывались , когда поляризованный свет был отраженный или преломленный косо на стеклянную пластину. 

Самостоятельно, на 12 января 1817, Янг писал Араго (на английском языке) , отметив , что поперечные вибрации будет являться поляризацию, и что если две продольные волны перешли на значительный угол, они не могут отказаться , не оставляя остаточной поперечной вибрации. Молодой повторил эту мысль в статье , опубликованной в дополнении к Британской энциклопедии в феврале 1818 года , в котором он добавил , что закон Malus был бы объяснить , если поляризация состояла в поперечном движении.

Итак Френель, по его собственному признанию, не может быть первым человек , подозревать , что волны света могут иметь поперечную составляющую , или что поляризованные Волны были исключительно поперечными. И это был молодой, не Френеля, который первым опубликовал идею , что поляризационная зависит от ориентации поперечной вибрации. Но эти неполные теории не были выверены характер поляризации с явным наличием неполяризованного света; что успех должен был быть Френеля в одиночку.

В записке Бухвальд восходит лето 1818, Френель развлекал идеи , что неполяризованные Волны могут иметь вибрации с той же энергией и наклонения, с их ориентациями распределяются равномерно о волне-нормальной, и что степень поляризации степени не -uniformity в дистрибутиве. Два Страницы поздно заметил он, по- видимому , в первый раз письменно, что его власть фазы инверсии и невмешательство ортогонально поляризованных лучей будет легко объяснить , если вибрации полностью поляризованных волн были «перпендикулярно нормали к волне "- то есть, чисто поперечная.

Но если он может объяснить отсутствие поляризации пути усреднения поперечной компоненты, он также не должен предполагать продольную составляющую. Этого было достаточно , чтобы предположить , что световые волны чисто поперечные, следовательно , всегда поляризованы в том смысле, что конкретная поперечную ориентация, а также о том , что «неполяризованное» состояние природного или «прямого» свет происходит из - за быстрые и случайные вариации в этой ориентации, причем в этом случае две последовательные части «неполяризованного света» по - прежнему мешают , потому что их ориентации будут синхронизированы.

Не известно точно , когда Френель сделал последний шаг, потому что нет соответствующей документации от 1820 или начала 1821 (возможно , потому что он был слишком занят работой над маяком объективы прототипами, см ниже ). Но он первый опубликовал идею в документе « Расчётный де teintes ... » ( «расчет оттенков ...»), серийный номера в Арьем Annales за май, июня и июля 1821. В первой партии, Френель описана «прямой» (неполяризованном ) легкая , как «быстрая последовательность систем волн , поляризованных во всех направлениях», и дал современное объяснению хроматической поляризации. Во второй части, он показал подозрение , что он и Ампер питал с 1816, и трудностью его подняли. Он продолжил:

Это было только в течение нескольких месяцев , что в медитации более внимательно на эту тему, я признал , что очень вероятно , что колебательные движения световых волн осуществляются исключительно в соответствии с планом этих волн, для прямого света , как и для поляризованный свет  .

Согласно этому новому взгляду, он писал, « акт поляризации состоит не в создании поперечных движений, но при разложении их в двух фиксированных взаимно перпендикулярных направлениях, и в разделении этих двух компонентов ».

В то время как селекционеры могли настоять на интерпретацию дифракционных интегралов Френеля в терминах дискретных счетных лучей, они не могли бы сделать то же самое с его теорией поляризации. Для селекционера, состояние поляризации пучка касалось распределения ориентаций над популяцией лучей, и что распределение предполагалось быть статичными. Для Френеля, состояние поляризации пучка касалось изменения смещения в течение времени . Это смещение может быть ограничен , но был не статична, а лучи были геометрические конструкции, не счетные объекты. Концептуальный разрыв между теорией и волнового selectionism стал непреодолимым.

Другая трудность поставлена чистые поперечные волны, разумеется, была очевидным Подразумевается , что эфир был упругое тело (!) , Но, в отличии от других упругих тел, неспособен передавать продольные волны. Волновое был дешев на предположениях, но последнее предположение было дорого на доверчивости. Если это предположение было широко развлекаться, пояснительная мощности необходимо будет впечатляющим.

Частичное отражение (1821)

Во второй партии «Расчётный дез teintes» (июнь 1821), Френель предполагается, по аналогии с звуковыми волнами, что плотность эфира в преломляющей среде была обратно пропорциональна квадратом скорости волны, и , следовательно , прямо пропорционально квадрат показателя преломления. Для отражения и преломления на поверхности раздела двух изотропных сред различных индексов, Френель разлагает поперечные колебания на две перпендикулярные компоненты, теперь известен как з и р компоненту, которые параллельны поверхности и плоскость падения, соответственно; другими словами, то ы и р компоненты , соответственно , площади и параллельной плоскости падения. Для ами компонента, Френель предполагается , что взаимодействие между двумя средами было аналогично к упругому столкновению , и полученная формулу для того, что мы теперь называем отражательными : отношение интенсивности отраженной от интенсивности падающей. Прогнозируемый коэффициент отражения был ненулевая на всех углах.

Третья партия (июль 1821) была короткий «постскриптум» , в котором Френель объявлен , что он нашел, с помощью «механического раствора», формулу для коэффициента отражения р компонент, который предсказал , что отражательная способность был равен нулем под углом Брюстера , Таким образом , поляризационный путем отражений было приходится - но при условии , что направление вибрации в модели Френеля было перпендикулярным к плоскости поляризации , как определено Malus. (На последовавшей полемике см Плоскости поляризации .) Для других углов падения, технологии того времени не позволили ой и р отражательных , чтобы измерить достаточно точно , чтобы проверить формулы Френеля. Но формулы можно переписать в терминах того , что мы теперь называем коэффициент отражения : подписанный коэффициент отраженной к амплитуде падающей. Затем, если плоскость поляризации падающего луча была на 45 ° к плоскости падения, тангенс соответствующего угла для отраженного луча был получен из соотношения двух коэффициентов отражения, и этот угол может быть измерен. Френеля , измеренный его для различных углов падения, для стекла и воды, а также договоренностей между вычисленным и измеренными углами были лучше , чем на 1,5 ° во всех случаях.

Френеля сообщили подробности о «механической» раствора в мемуарах читать в Академии наук 7 января 1823 сохранения энергии в сочетании с непрерывностью касательной вибрации на границе раздела. Полученные формулы для коэффициентов отражения и отражательной способности стали известны как уравнения Френеля . Коэффициенты отражения для з и р поляризаций наиболее сжато выражена как

    а также   

где и являются углами падения и преломления; эти уравнения известны , соответственно , как синусоидального закона Френеля и касательного закона Френеля . Допуская коэффициенты , чтобы быть сложными , даже Френель составил различные фазовые сдвиги з и р компоненты за счетом полного внутреннего отражения .

Этот успех вдохновил Джеймса MacCullagh и Коши , начиная с 1836 года, чтобы проанализировать отражение от металлов с помощью уравнений Френеля с комплексным показателем преломления . Же метод применит к неметаллическим непрозрачным средам. С помощью этих обобщений уравнение Френеля может предсказать появление широкого спектра объектов при освещении - например, в компьютерной графике (см визуализации Физически на основе ) .

Круговая и эллиптическая поляризации оптического вращения (1822)

Правша / часовой циркулярно поляризованная волна, как определено с точки зрения источника. Это будет считаться левша / против часовой круговой поляризацией, если они определены с точки зрения приемника. Если вращающийся вектор раскладывается на горизонтальный и вертикальные составляющие (не показано), это четверть цикл в фазе друг с другом.

В мемуарах от 9 декабря 1822 Френеля ввел термины линейной поляризации (Французский: поляризационная rectiligne ) для простого случая , в котором перпендикулярные компоненты вибрации находятся в фазе или 180 ° по фазе, круговой поляризации для случая , в котором они находятся равной по величине и четверть цикла (± 90 °) в фазе, и эллиптической поляризации для других случаев , в которых два компоненте имеет фиксированное отношение амплитуд и разность фаз фиксированную. Затем он объяснил , как оптическое вращение можно рассматривать как один из видов двулучепреломления. Линейно-поляризованный свет может быть решен на две циркулярно-поляризованные компоненты , вращающихся в противоположных направлениях. Если эти компоненты размножали при слегка различные скорости, разность фаз между ними - и , следовательно , направление их линейно поляризованным результирующим - будет непрерывно меняется в зависимости от расстояния.

Эти концепции призывают к переопределению различия между поляризованным и неполяризованным светом. До Френеля, считались , что поляризация может различаться в направлении, так и в степени (например, из - за изменения угла отражения от прозрачного тела), и что это может быть функцией цвета (хроматические поляризации), но не так она может отличаться по виду . Поэтому считалось , что степень поляризации была степень , в которой свет может быть подавлено с помощью анализатора с соответствующей ориентации. Свет , который был преобразован из линейной к эллиптической или круговой поляризации (например, путем прохождения через кристаллическую пластинку, или путем полного внутреннего отражения) была описана как полностью или частично «деполяризованы» из - за его поведения в анализаторе. После того, как Френель, определяющая черта поляризованного света была то , что перпендикулярные компоненты вибрации имели фиксированное соотношение амплитуд и фиксированную разность фаз. По этому определению, эллиптическая или круговой поляризации свет полностью поляризованный , хотя он не может быть полностью подавлен с помощью анализатора в одиночку. Концептуальный разрыв между теорией и волнового selectionism снова расширился.

Полное внутреннее отражение (1817-23)

Поперечное сечение ромба Френеля (синий) с графиками , показывающими р компонент вибрации ( параллельная к плоскости падения) на вертикальной оси, по сравнению с s компонент ( квадрат в плоскости падения и параллельно поверхности ) на по горизонтальной оси. Если входящий свет линейно поляризованный, два компонента находятся в фазе (верхнем графике). После одного отражения на соответствующий угол, то р компонент выдвинутая 1/8 цикла отношению к ов компонента (средний график). После двух таких отражений, разность фаз равна 1/4 цикла (нижний график), так что поляризация эллиптическая с осями в з  и  р направлениях. Если ы  и  р компонента была изначально равной по величине, начальная поляризация (верхний график) будет под углом 45 ° к плоскости падения, и конечная поляризация (нижний график) будет круговой .

К 1817 она была обнаружена Брюстера, но не адекватно сообщалось, что плоско-поляризованный свет был частично деполяризованы полным внутренним отражением , если изначально поляризован под острым углом к плоскости падения. Френеля вновь этот эффект и исследовала его в том числе полного внутреннего отражения в эксперименте хроматической поляризации. С помощью своей первой теории хроматической поляризации, он обнаружил , что , по- видимому деполяризованы света представляет собой смесь компонентов , поляризованными параллельно и перпендикулярно плоскости падения, и что полное отражение вводится разность фаз между ними. Выбор соответствующего угол падения (пока точно не определено) дала разность фаз 1/8 цикла (45 °). Два таких отражений от «параллельных граней» из «двух связанных призм » дали разность фаз 1/4 цикла (90 °). Эти данные содержатся в мемуарах , представленных Académie 10 ноября 1817 года и читать через две неделю. Бессрочные маргинальной примечание указывает на то, что два связанных призм позже были заменены одним «параллелепипеда в стекле» - теперь известный как ромб Френеля .

Это мемуары которого «дополнение», датированного января 1818, содержал метод суперпозиции синусоидальных функций и пересчет закона Malus с точкой зрения амплитуд. В том же приложении, Френеля сообщает свое открытие, что оптическое вращение может быть имитировали путем пропускания поляризованного света через ромб Френеля (до сих пор в виде «связанных призм»), а затем с помощью обычного двойного лучепреломления пластинки нарезанной параллельно ее оси, при этом ось под углом 45 ° к плоскости отражения ромба Френеля, за которым следует второй ромб Френеля при 90 ° по отношению к первому. В дальнейших воспоминаниях чтения 30 марта, Френель сообщает, что если поляризованный свет был полностью «деполяризован» с помощью ромба Френеля - описано ниже в виде параллелепипеда - его свойства не были далее модифицировано с помощью последующего прохождения через оптический вращающуюся среду или устройство.

Связь между оптическим вращением и двулучепреломления далее объяснена в 1822 году, в мемуарах по эллиптической и круговой поляризации. Это сопровождались мемуар на отражении, прочитать в январе 1823, в котором Френель количественного фазовые сдвиги в полном внутреннем отражении, и отсюда вычисляются точным углом, при котором ромб Френеля должен быть сокращен для того, чтобы превратить линейную поляризацию в круговую поляризацию. Для преломления 1,51, существует два решения: около 48,6 ° и 54,6 °.

Двойное лучепреломление

Фон: одноосные и двухосные кристаллы; Законы Био

Когда свет проходит через кусок кальцита , вырезанной перпендикулярно к его оптической оси, разность времен распространения обыкновенной и необыкновенной волна имеет зависимость второго порядка от угла падения. Если срез наблюдается в сильно сходящемся конусе света, что зависимость становится значительной, так что эксперимент хроматического-поляризационным покажет картину концентрических колец. Однако большинство минералов, при наблюдении таким образом, показывают более сложную картину колец , включающих два фокусов и лемнискаты кривые, как если бы они имели два оптических оси. Эти два класса полезных ископаемых , естественно , стал известен как uniaxal и biaxal - или, в поздней литературе, одноосные и двухосные .

В 1813 году Брюстера наблюдается простой концентрический узор в « берилла , изумруда , рубина & deg; С.» Же картина наблюдается в дальнейшем кальцита Wollaston , Био, и Зеебека . Био~d, предполагая , что концентрический узор был общий случаем, пытался вычислить цветы его теорию хроматической поляризации, и преуспел лучше для некоторых полезных ископаемых , чем для других. В 1818 году Брюстер запоздало объяснил , почему: семь из двенадцати минералов , используемых Бьо имел рисунок лемнискаты, который наблюдается Brewster еще в 1812 году; и полезных ископаемых с более сложными кольцами также имели более сложный закон преломления.

В однородном кристалле, в соответствии с теорией Гюйгенса, вторичный волнового фронта , которая расширяется от начала координат в единицу времени является поверхность Луч-скорость - то есть, поверхность которого „расстояние“ от начала координат в любом направлении скорость лучей в том , что направление. В кальцита, эта поверхность двулистным, состоящую из сферы (для обыкновенной волны) и сплющенного сфероида (для необыкновенной волны) соприкасаются друг с другом на противоположных точках общей оси - прикасаясь на северном и южном полюсах, если можно использовать географическую аналогию. Но в соответствии с Malus в корпускулярной теорию двойного преломления, скорость излучения пропорциональна обратный , что задается теорией Гюйгенса, в этом случае закон был скорости вида

где и были обыкновенные и необыкновенные лучевые скорости в соответствии с корпускулярной теории , и был угол между лучом и оптической осью. По определению Malus, в плоскости поляризации луча был Плоскость лучом и оптической оси , если луч был обычным, или перпендикулярной плоскости (содержащей луч) , если луч был необычайный. В модели Френеля, направление вибрации был нормали к плоскости поляризации. Таким образом, для сферы (обычные волновой), вибрация была по линиям широты (продолжая географическую аналогию); и для сфероида (необыкновенная волна), вибрация была по линиям долготы.

На 29 марта 1819, Био представила мемуар , в котором предложил простые обобщения правил малуса для кристалла с двумя осями, и сообщила , что оба обобщение , казалось, подтверждаются опытом. Для закона скорости, квадрат синусоидального было заменен продуктом синусов углов от лучей к двум осям ( синусоидальный закон Био~d ). А для поляризации обыкновенного луча, плоскость луча и ось была заменена на плоскость рассекает двугранный угол между двумя плоскостями , каждая из которых содержали луч и одну ось ( двугранный закон Био ). Законы Био~d означали , что двухосный кристалл с осями под малым углом, расщепляется в плоскости этих осей, ведет себя практически как одноосный кристалл в ближайшем нормальном падении; это было повезло , потому что гипсовая , который был использован в хроматической-поляризационных экспериментов, является двухосной.

Во-первых Мемуар и пищевые добавки (1821-22)

До Френель не обратил свое внимание на двухосное двулучепреломление, предполагались , что один из двух преломлений был обычным, даже в двухосных кристаллах. Однако, в мемуарах представленных 19 ноября 1821, Френель сообщил два эксперимента на топаз показывающего , что ни рефракция была обыкновенной в смысле удовлетворения закона Снеллиуса; то есть ни один луч был продуктом сферических вторичных волн.

В тех же мемуарах содержатся первые попытки Френеля на двухосном скоростной закон. Для кальцита, если поменять экваториальные и полярные радиусы сплющенного сфероида Гюйгенса при сохранении полярного направления, мы получим вытянутый сфероид касаясь сферами на экваторе. Плоскость через центр / происхождение разрежет этот вытянутый сфероид в эллипсе, большие и малые полуоси дают величины необыкновенных и обыкновенные скорости лучей в направлении нормали к плоскости, и (говорил Френель) направление своих колебаний , Направление оптической оси нормаль к плоскости , для которых эллипс пересечения сводится к окружности . Итак, для двухосных случае Френель просто заменил вытянутый сфероид с трехосным эллипсоидом , который он назвал «эллипсоид эластичности», чтобы быть сечением плоскостью таким же образом. В целом было бы две плоскости , проходящей через центр эллипсоида и резки его в круг, и нормали к этим плоскостям даст два оптических осей. Из геометрии, Френеля выводится синусоидальный закон Био (со скоростями лучевых заменены на их обратных величин).

«Эллипсоид эластичности» действительно дал правильные лучевые скорости, хотя начальная экспериментальная проверка была лишь приближенной. Но это не давало правильные направления вибрации, для двухосной случае или даже для одноосного случае, так как колебания в модели Френеля были по касательной к фронту волны, которая не в целом перпендикулярно к лучу (для необыкновенного луча). Эта ошибка была исправлена в «экстракт» , что Френеля читать в Académie через неделю, 26 ноября. Начиная с сфероидом Гюйгенса, Френель получил „поверхность эластичности“-градусный 4 - го , который, когда разрезал на самолете , как описано выше, даст в волновой-нормальной скорости для волнового фронта в этой плоскости, вместе с их направлените вибрации. В двухосном случае, он обобщил поверхность разрешить три неравные основных размеров. Однако он сохранил прежнюю «эллипсоид эластичности» в качестве приближения, от которого он выводил двугранный закон Био.

Первоначальный вывод Френеля на «поверхности эластичности» был чисто геометрическим, а не дедуктивным строгим. Его первая попытка механического вывода, содержащиеся в «Приложении» от 13 января 1822 предполагается , что (I) существуют три взаимно перпендикулярные направления , в которых смещение производимые реакцию в том же направлении, (б) реакция была в противном случае линейно зависит от перемещения, и (III) , радиус поверхности в любом направлении был квадратный корень из компонентов, в том же направлении , реакции на единицу перемещения в этом направлении. Последнее предположение признало требование , что если волна была поддерживать фиксированное направление распространения и фиксированное направление вибрации, реакция не должна быть вне плоскости этих двух направлений.

В том же приложении, Френель рассматривал , как он мог бы найти для двухосных случае, вторичного волнового фронта, расширяющегося от начала координат в единице времени - то есть поверхность , которая сводится к сфере и сфероиду Гюйгенса в одноосном случае. Он отметил , что «волновая поверхность» ( поверхность де l'Onde ) касательная к всевозможным фронтам плоских , которые могли бы скрещенных происхождение одной единицы давно, и он перечислил математические условия , что он должен удовлетворять. Но он сомневается в целесообразности вывода на поверхность из этих условий.

В «второй» дополнения, в конечном итоге Френеля эксплуатировали два взаимосвязанных обстоятельства: (I) «волновую поверхность» также поверхность Луч-скорость, которая может быть получена путем секционирования, что он по ошибке называют «эллипсоид эластичности»; и (II) «волновая поверхность» пересекались каждой плоскости симметрии эллипсоида в двух кривых: окружности и эллипса. Таким образом, он обнаружил, что «волновая поверхность» описана уравнением 4-го степени

где и являются скоростями распространения в направлении нормали к координатным осям для колебаний вдоль осей (лучевая и волновой-нормальной скорость является одинаковой в этих особых случаях). Поздние комментаторы поставить уравнения в более компактной и запоминающейся форме

Ранее в «Дополнении», Френель смоделирован носитель в виде массива точечных масс и обнаружил , что соотношение усилия-смещение описывались симметричной матрицей , подтверждающее существование трех взаимно перпендикулярных осей , на которых смещение полученного параллельное усилие , Далее в этом документе, он отметил , что в двухосном кристалле, в отличии от одноосного кристалла, направление , в которых существует только одна волна-нормальная скорость не такие же , как те , в которых имеется только одна скорости луча. В настоящее время мы относим к прежним направлению как оптические оси или BINORMAL осях, а последние , как лучевые осям или biradial осям (см двойного лучепреломления ) .

«Второе дополнение» Френель было подписано 31 марта 1822 года и представлено на следующий день - меньше , чем через год после выхода его чисто поперечной волны гипотезы, и лишь меньше , чем через год после демонстрации его прототип восемь панели объектива маяков (см ниже ) .

Во-вторых мемуаров (1822-24)

Френеля еще хотел механической основы поверхности лучевых скоростей и двугранного закона Био. Он учился по этим вопросам в своих «вторых мемуарах» на двойном преломлении, опубликованных в Recueils из Академии наук деза за 1824, который не был на самом деле напечатанными до конца 1827 года , через несколько месяцев после его смерти. Подтвердив три перпендикулярные оси , на которых смещение производится параллельно реакция, и отсюда , построенные на поверхность эластичности, он показал , что двугранный закон Био~d точно при условии , что бинормали воспринимаются как оптические оси, и волна-направление нормали как направление распространения.

Еще в 1822 году, Френель обсуждался его перпендикулярные оси с Кошами . Признавая влияние Френеля, Коши продолжили развивать первую строгую теорию упругости анизотропных твердых тел (1827), поэтому первую стройную теорию поперечной волны в нем (1830) - который он сразу же пытался обращаться к оптике. Вытекающая из сложности проехала длинные конкурентоспособные усилия , чтобы найти точную механическую модель эфира. Собственная модель Френеля не динамически строгая; например, он считал только смещение одной частицы , а все другие были фиксированным, и это просто считать , что соотношение между жесткостью и скоростью волновой нормальным было аналогично для продольных звуковых волн. Но этого было достаточно , чтобы позволить волновую теорию , чтобы делать то , что селекционер теории не может: генерировать тестируемые формулы охватывающих широкий спектр оптических явлений, от механических допущений.

Фотоупругости, множественная-призма эксперименты (1822)

Хроматическая поляризация в пластиковом транспортире , вызвано стрессом-индуцированное двулучепреломлением.

В 1815 году сообщалось , что Брюстера цвета появляются , когда ломтик изотропного материала, помещенного между скрещенных поляризаторов, является механическим напряжениям. Сам Брюстер немедленно и правильно отнести это явление стресса-индуцированного двулучепреломлению - теперь известен как фотоупругость .

В мемуарах читать в сентябре 1822 года , Френель объявил , что он верифицированный диагноз Брюстера более непосредственно, путем сжатия сочетания стеклянных призм настолько сильно , что один могли фактически увидеть двойное изображение сквозь нее. В своем эксперименте Френель выстроился семь +45 ° -90 ° -45 ° призм , короткой стороной к короткой стороне, с их под углом 90 ° , указывающем в чередующихся направлениях. На концах два половин призм были добавлены , чтобы сделать всю сборку прямоугольным. Призмы были разделены тонкими пленками скипидара ( térébenthine ) для подавления внутренних отражений, что позволяет четкую линию визирования вдоль ряда. Когда четыре призмы с подобными ориентациями были сжата в тисках , от вершины в основе по линии визирования, объект рассматривается через узел произвел два изображения с перпендикулярными поляризациями, с кажущимися шагом 1,5 мм на один метре.

В конце этого мемуара, Френеля предсказывали , что можно было бы использовать аналогичное расположение призм, без сжатия, чтобы проверить , что оптическое вращение является формой двойного лучепреломления. Если призмы были вырезаны из монокристаллического кварца с их оптическими осями выровненных вдоль ряд, и с чередованием направления оптического вращения, предмет увидеть, посмотрев вдоль общую оптическую оси дал бы два изображений, который будет казаться неполяризованной , если смотреть через анализатор в одиночку ; но если смотреть через ромб Френеля, они будут поляризованы на ± 45 ° к плоскости отражения (потому что они первоначально будут циркулярно поляризованным в противоположных направлениях). В мемуарах декабря 1822 года , в котором он ввел термин круговой поляризации , он сообщил , что он подтвердил это предсказание. Для получения видимого разделения изображений, он нужен только один 14 ° -152 ° -14 ° призмы и две половины призм; он просто заметил мимоходом , что можно было бы увеличить расстояние за счет увеличения числа призм.

прием

В дополнении к переводу Riffault о Томсоне «s System Химии , Френель был выбран , чтобы содействовать статье на свете. Результирующий 137-страничное эссе под названием De La Люмьер ( On Light ), по- видимому , был закончен в июне 1821 года и опубликованы в феврале 1822. С разделах охватывает природу света, дифракция, интерференция тонкой пленки, отражения и преломления, двойного лучепреломления и поляризация, хроматическая поляризация, и изменение поляризации при отражении, он сделали всесторонний случай для теории волновой к читателям , который не был ограниченными физикам.

Для того, чтобы изучить первый мемуар и добавок Френеля на двойном преломлении, в Академии наук назначаются Ампер, Араго, Фурье и Пуассона. Их доклад, из которых Араго был явно главным автором, был поставлен на заседании 19 августа 1822. Тогда, в словах Эмиля Верде , в переводе Айвор Граттан Гиннесс :

Сразу же после чтения доклада, Лаплас взял слово, и ... провозгласил исключительную важность работы, которую только что сообщили: он поздравил автор на его непоколебимость и его прозорливости, которая привела его к открытию закона, который избежал умные, и, предвидя отчасти суд потомства, объявил, что он поместил эти исследования превыше всего, что было сообщено в Академию в течение длительного времени.

Будь Лапласа объявлял его преобразование в теорию волнового - в возрасте 73 лет - неясно. Грэттэн-Гиннесс развлекали идею. Бухвальд, отметив, что Араго не смог объяснить, что «эллипсоид эластичности» не дают правильные плоскости поляризации, свидетельствует о том, что Лаплас возможно лишь считал теорию Френеля в качестве успешного обобщения закона лучей скорости Malus, который охватывает законы Био~d.

В следующем году, Пуассон, кто не подписал отчет Араго, оспаривал возможность поперечной волны в эфире. Исходя из предполагаемых уравнений движения жидкой среды, он отметил , что они не дают правильные результаты для частичного отражения и двойного лучепреломления - как будто это было проблемой Френеля , а не его собственная - и что предсказанные волны, даже если они изначально были поперечный, становится более продольным , как они распространяются. В ответе Френель отмечался, в частности , что уравнения , в которых Пуассон вложило столько веры даже не прогнозировать вязкость . Смысл ясен: учитывая , что поведение света не было удовлетворительного объяснения исключением поперечными волнами, это не является обязанностью волновыми-теоретиков отказаться поперечные волны в знак уважения к предвзятых представлений о эфире; скорее, это было обязанностью Эфир моделистов выпускать модель, размещенную поперечные волны. По словам Евгения Френкель, Пуассона в конечном итоге принял волновую теорию в конце 1830 - х годов.

Среди французов, нежелание Пуассона был исключением. Согласно Френкель, «в Париже никаких дебатов по этому вопросу , кажется, имели место после 1825 Действительно, почти целое поколения физиков и математиков, пришедших к погашению в 1820 - Пулье, Савар , Лама , Навий , лиувиллевский , Коши - похоже, приняли теорию немедленно «. Другой выдающийся французский противник Френеля, Био~d, появился занять нейтральную позицию в 1830 году, и в конечном итоге принял волновую теорию - возможно, 1846 и , конечно , к 1858.

Эри дифрактограмма 65 мм от круговой апертуры 0.09 мм , освещенной красным светом лазера. Размер изображения: 17,3 мм × 13 мм.

В 1826 году британский астроном Джон Гершель , который работал над книгой длину изделия на свет для Энциклопедического Метрополитана , обратилась тремя вопросами к Френеля относительно двойного лучепреломления, частичное отражение, и их связь с поляризации. Полученная статья, названная просто «Light», была весьма сочувственно к теории волновой, хотя и не совершенно свободна от языка селекционера. Он циркулирует приватно 1828 и опубликованный в 1830. В том же время, перевод Юнги Френеля Де л Люмьер был опубликован в рассрочке от 1827 до 1829 Эйри , бывшего Lucasian профессора в Кэмбридже и будущий Королевский астроном , безоговорочно принял волновую теорию от 1831. В 1834 г. он классно рассчитал картину дифракции кругового отверстия из волновой теории, тем самого объясняя ограниченное угловое разрешение совершенного телескопа (см Эйри диск ) . К концу 1830 - х годов, единственный известный британский физик , который протянул против волновая теория была Brewster, чьи возражения включены трудность объяснения фотохимические эффекты и (по его мнению) дисперсии .

Немецкий перевод Де ла Люмьер был опубликован частями в 1825 и 1828 Волновое была принята Фраунгофера в начале 1820 - х годов и Франц Эрнст Нейман в 1830 - х годах, а затем начал благоволение в немецких учебниках.

Экономика предположений по теории волнового подчеркнул Уэвелл в своей истории индуктивных наук , впервые опубликованную в 1837. В корпускулярной системе «каждый новый класс фактов требует нового предположению,» в то время как в системе волны, то неизбежно гипотеза разработана для того , чтобы объяснить одно явление затем нашел , чтобы объяснить или предсказать другие. В корпускулярной системе нет «нет Неожиданного успеха, ни счастливого совпадения, не сближения принципов из удаленных помещений»; но в системе волновой «все стремится к единице и простоте.» 

Таким образом, в 1850 годе , когда Фуко и Физо найдены экспериментально , что свет путешествует медленнее в воде , чем в воздухе, в соответствии с волновым объяснением преломления и противоречат корпускулярному объяснению, результат стал неожиданностью.

Маяки и линза Френеля

Предшествующий уровень техники

Френеля не была первым человеком , чтобы сосредоточиться на маяк луча через линзу. Это различие , по- видимому , принадлежит к лондонскому стеклянному резаку Thomas Rogers, который предложил идею Trinity House в 1788 году Первые Rogers линзы, 53 см в поперечнике и в центре толстого 14см, были установлены на Старой Нижней Маяк в Портленде Билле в 1789 дальнейших образцах следовали в Хоуте Бейли , Северной Форленд , и не менее четыре других мест. Но большая часть света было впустую поглощением в стакане.

1: Поперечное сечение линзы Буффон / Френеля. 2: Поперечное сечение обычного плоско-выпуклой линзы эквивалентной мощности. (Версия Бюффона была двояковыпуклой .)

Не был Френель первым предложить замену выпуклой линзы с серией концентрических кольцевых призм, чтобы уменьшить вес и поглощение. В 1748, граф Бюффон предложил шлифование таких призм , как в ступенях одного куска стекла. В 1790 году (хотя вторичные источники дают дату как 1773 или 1788), то маркиз де Кондорсе предложил , что было бы проще сделать кольцевые секции раздельно и собрать их на раме; но даже это было непрактично в то время. Эти проекты были предназначены не для маяков, но и для сжигания очков . Brewster, однако, предложил систему , подобную Кондорсе в 1811 году, и к 1820 году защищал его использование в британских маяков.

Прототипы

Между тем, на 21 июня 1819 года Френеля был временно откомандирован Комиссии де Phares (Комиссия Маяки) по рекомендации Араго (член Комиссии за период с 1813 г.), рассмотреть возможные улучшения в маяке освещением. Комиссия была создана Наполеоном в 1811 году, и помещена под корпусом дез Ponts - работодатель Френеля.

29 августа 1819, знает предложение Буффона-Кондорс-Брюстер Френель представил свой первый доклад, в котором он рекомендовал , что он назвал Lentilles à эшелонов (линз стадия) , чтобы заменить отражатели затем используется, которая отражала лишь около половины падающий свет. Один из смонтированных комиссаров, Жак Шарль , вспоминал предложение Бюффона. Френеля был разочарован, узнав , что он снова «прорвало открытую дверь». Но, в то время как версия Бюффона был двояковыпуклым и в едином целом, Френель было плоско-выпуклыми и изготовлены из многочисленных призм для упрощения строительства. С официальным бюджетом 500 франков, Френель подошел три производителей. Третий Франсуа Солейл, нашел способ , чтобы удалить дефекты путем повторного нагрева и remolding стекла. Арья помощь Френелю с оформлением модифицированного Арган лампы с концентрическими фитилями (понятие , что Френель приписан графой Рамфорда  ), и случайно обнаружил , что рыбий клей был термостойким, что делает его пригодным для использования в линзе. Прототип, с см площадью панели объектива 55, содержащий 97 многоугольных (не кольцевые) призм, был закончен в марте 1820 года - и такое впечатление , что Комиссия Френель просил за полную версию восемь панели. Завершена годом позже, в значительной степени за счет личного Френеля, эта модель была панелей 72 см кв. В публичном зрелище на вечер 13 апреля 1821 года, он был продемонстрирован в сравнении с последними отражателями, которые она неожиданно устареть.

(Френель признал британские линзы и изобретательство Бюффона в мемуарах, опубликованных в 1822 г. Дата этого мемуары может быть источником претензии, начавшейся два годом позже, чем Брюстер пропагандистского маяка Френеля, но текст становится ясно, что участие Френеля начало не позднее 1819)

нововведений Френеля

Поперечное сечение первого поколение линзы Френеля маяки, с покатым зеркалом  м, п выше и ниже рефракционной панели  RC (с центральным сегментом  A ). Если поперечное сечение в каждой вертикальной плоскости , проходящей через лампы  L такой же, свет распространяется равномерно по всему горизонту.

Следующий объектив Френеля был вращающеес устройство с восемью «Яблочко» панелей, выполненных в кольцевых дуг Saint-Gobain , давая восемь вращающихся балок - чтобы они видели моряков как периодическую вспышка. Над и за каждую главную панелью была меньше, наклонное яблочко панели трапециевидного контура с трапециевидными элементами. Это преломляется свет на наклонную плоскость зеркало, который затем отраженном его в горизонтальном положении , 7 градусов впереди главного луча, увеличение длительности вспышки. Ниже главные панели были маленькие зеркала 128 , расположенные в четырех колец, сложен , как рейки на жалюзи или жалюзи . Каждое кольцо, напоминающее усеченный о наличии конуса , отражало свет к горизонту, давая более слабый свет устойчивого между вспышками. Официальный тест, проводимый на незавершенной Триумфальной арке на 20 августа 1822 года , был засвидетельствован Комиссией - и Луи XVIII и его окружение - от 32 км. Устройство хранили в Бордо на зиму, а затем заново на Cordouan Маяк под руководством Френеля. 25 июля 1823 года , первый в мире объектив маяка Френеля был гореть Примерно в это время, когда Френель начал кровохарканье.

В мае 1824 года Френеля был назначен Секретарем Комиссии дез Phares , став первым членом этого органа нарисовать зарплату. Он был также эксперт (не учителя) в Политехнической школе с 1821; но плохое состояние здоровье, помногу ходе экзаменационного сезона, и тревога о судить другие побудил его подать в отставку этого поста в конце 1824 года , чтобы спасти свою энергию для своей работы маяков.

В том же году он создал первый фиксированный объектив - для распространения света равномерно вокруг горизонта, минимизируя отходы выше или ниже. Это имело знакомые отражающие ( катоптрические ) кольца выше и ниже преломляющие (диоптрические) частей. Но изогнутые преломляющие поверхности были сегменты тороидов около общей вертикальной оси, так что диоптрийной панель выглядел как цилиндрический барабан , и все устройство выглядело как улей.

В 1825 году он представлял Carte де Фарес (Маяк Map), вызов для системы 51 маяков плюс мелких портовых огней, в иерархии размеров объектива (называемые приказы , первый заказ являясь крупным), с различными характеристиками для облегчения признания: константа свет (от фиксированного объектива), одна вспышки в минуту (от вращающейся линзы с восьмью панелями), и два в минуту (шестнадцать панелей). На 1 февраля 1825 года, вторая линза Френеля маяком поступил служба: третьего порядка фиксированный объектив в Дюнкерке.

Также в 1825 году, Френель протянул фиксированный дизайн, добавляя вращающийся массив наружного неподвижного массива. Каждая панель вращающегося массива преломляется частью неподвижного света от горизонтального веера в узкий луч.

Первый заказ вращающийся линзовый объектив Френеля, датированный 1870, выводится на Musée национального де ла морского , Париж. В этом случае диоптрические призмы (внутри бронзовые колец) и линзовые призмы (наружу) расположены так, чтобы придать чисто МИГАЛКУ с четырьмя вспышек на оборот. Сборочные стенды 2,54 метра и весом около 1,5 тонн.

Для того, чтобы уменьшить потери света в отражающих элементах, Френель предложил заменить каждое зеркало с катадиоптрический призмой, через которую свет будет перемещаться по рефракции через первую поверхность, то полное внутреннее отражение от второй поверхности, то рефракции через третью поверхность , В результате был маяком объектив , как мы ее знаем. В 1826 году он собрал небольшую модель для использования на канал Сен-Мартене , но он не жил , чтобы увидеть полноразмерную версию.

Первые крупные линзовые линзы были сделаны в 1842 году для маяков на Гравелинах и Иль Vierge ; они были установлены линзы третьего порядка , чьи катадиоптрическая кольца (выполненные в сегментах) были одного метра в диаметре. Первый порядок Skerryvore линза, установлен в 1844 году, была только частично катадиоптрический; она была похожа на Cordouan объектив исключением того, что нижние рейки были заменены французского производства зеркально - линзовый призм, в то время как зеркала были оставлены на вершине. Первый полностью катадиоптрическая линзу первого порядка, установлен на AILLY в 1852 году, также дали восемь вращающихся балок плюс фиксированный свет на дне; но его верхняя часть была восемь линзовых панелей фокусировки света около 4 градусов впереди главных балок, для того , чтобы удлинить вспышки. Первый полностью линзовый объектив с чисто вращающимися был установлен на - лучи - также первый порядок Сент-Клеман-де-Baleines в 1854 год и ознаменовал завершение Френеля оригинального Carte де Phares .

просмотр Макро тонкой линзы пластикового Френеля.

Дальнейшее развитие

Получение цельный активизировали линз (грубо говоря , как это предусмотрено Буффон) в конце концов стали рентабельными. К 1870 году в США , такие линзы были изготовлены из прессованного стекла и используются с небольшими огнями судов и причалами. Подобные линзы используются в фонарях Френеля для сценического освещения . Линзы с более мелкими шагами служат в качестве конденсаторов в проекторах . Еще более мелкие шаги могут быть найдены в низкозатратной пластиковой «листовой» лупе .

награды

Бюст Огюстен Френель по Дэвиде д'Анжу (1854), раньше на маяке Уртны , Жиронда , и теперь выставлены в музее народного De La Marine .

Френеля был избран в Société Philomathique де Пари в апреле 1819, а в 1822 году стал одним из редакторов Сосьете в  Бюллетене де наук . Еще в мае 1817 года , по предложению Араго, Френеля заявку на членство в Академии наук, но получил только один голос. Успешный кандидат по этому поводу был Жозеф Фурье. В ноябре 1822 года , высота Фурье к непременному секретарят Académie создала вакансии в разделе физики, которая была заполнена в феврале 1823 года по Пьеру Луи Дюлонга , с 36 голосами Френеля 20 , а в мае 1823, после очередного вакантной оставленной смерть Жака Чарльз , избрание Френеля было единогласным. В 1824 году Френеля было сделано Кавалер ордена Почетного легиона (кавалером ордена Почетного легиона ).

В то же время, в Великобритании, волновая теория еще овладевать; Френеля написал Томас Young в ноябре 1824 года, заявив, в частности:

Я далек от отрицания значения , которое я придаю похвалу английских ученых, или делают вид , что они не стали бы льстили мне приятно. Однако в течение длительного времени , это восприимчивость, или тщеславие, которое называется любовью славы, была гораздо тупой в себе: я работаю гораздо меньше , чтобы захватить голоса публики , чем получить внутреннюю апробацию , которая всегда была самой сладкой наградой моего усилия. Несомненный я часто необходимы жала тщеславий волнует меня преследовать свои исследования в моменты отвращения или уныния; но все комплименты я получил от MM.  Араго, Лаплас и Био никогда не давал мне столько удовольствия , как открытие теоретической правды и подтверждением моих расчетов по эксперименту.

Однако «похвала английских ученых» вскоре последовали. С 9 июня 1825 года Френеля был сделан иностранным членом Лондонского королевского общества . В 1827 году он был удостоен общество Румфорд медали за 1824 год «За развитие теории волнообразной применительно к явлениям поляризованного света, и для его различных важных открытий в физической оптике.» 


Памятник Френеля на его родине (см выше ) ,   был освящен 14 сентября 1884 года с речью Жамен , непременному секретарю Академии наук. « ФРЕНЕЛЯ » является одним из 72 имен тиснением на Эйфелеву башню (на юго-восточной стороне, четвертая слева). В 19 - м века, так как каждый маяк в Франции приобрел линзу Френеля, каждый приобрел бюст Френеля, на первый взгляд , наблюдая за береговую линию , что он сделал более безопасным. Лунные особенности Promontorium Френеля и Rimae Френеля позднее были названы в его честь.

Упадок и смерть

могила Френеля на кладбище Пер-Лашез, Париж, снято в 2014 году.

Здоровье Френеля, который всегда был беден, ухудшается зимой 1822-3, растет актуальность его оригинального исследования, и заставляя его отклонить приглашение от Young писать статью о двойном преломлении для Британской энциклопедии . В воспоминание о круговой и эллиптической поляризации и оптического вращения, а на подробном выводе уравнений Френеля и их применение к полному внутреннему отражению, дата от этого периода. Весной он оправился достаточно, в его собственном мнении, контролировать установку объектива на Cordouan. Вскоре стало ясно , что его состояние туберкулеза .

В 1824 году он был информирован о том , хочет ли он жить дольше, ему нужно урезанию его деятельности. Воспринимая его маяки работы , чтобы быть его самым важным долгом, он ушел в качестве экзаменатора в Политехнической школе, и прикрыл научную ноутбуки. Его последняя записка к Académie, прочитать 13 июня 1825, описали первый радиометр и объясняется наблюдаемое отталкивающую силу разности температур. Несмотря на то, что его фундаментальные исследования прекратились, его защита не; как в конце августа или в сентябре 1826 года , он нашел время , чтобы ответить на Гершеля запросов на волновой теории. Это был Гершель , который рекомендовал Френель для Румфорд медали Королевского общества.

Кашель Френеля ухудшил зимой 1826-7, оставив его слишком больно , чтобы вернуться к Матье весной. В начале июня он был доведен до Виль-d'Avray , в 12 км к западу от Парижа. Там его мать присоединилась к нему. 6 июля, Араго прибыл поставлять медаль Румфорд. Почувствовав бедствия Араго, Френеля шептала , что «самый красивый венец означает мало, когда он положил на могилу друга.» Френеля не было сил отвечать на Королевским обществом. Он умер через восемь дней, на День взятия Бастилии .

Он похоронен на кладбище Пер - Лашез , Париж. Надпись на его надгробии частично размыта; разборчивая часть говорит, в переводе, «Память Френеля, член Института Франции

Посмертные публикации

   Эмиль Вердет (1824-1866).

«Второй мемуар» Френеля на двойном преломлении не был напечатан до конца 1827 года , через несколько месяцев после его смерти. До тех пор, лучшие опубликованный источник о его работе на двойном преломлении была выписка из этого мемуаров, напечатанная в 1822 году Его окончательное лечение частичного отражения и полного внутреннего отражение, прочитанное в Академию в январе 1823, думали не теряться до него был заново открыт в бумагах умершего Джозефа Фурье (1768-1830), и был напечатан в 1831. До тех пор, было известно , главным образом за счет экстракта напечатанной в 1823 и 1825. мемуарной вводя параллелепипеда форму ромба Френеля, прочитал в марте 1818 года , не было завалиться до 1846. Большинства сочинений Френеля на поляризованном свете перед 1821 - в том числе его первой теории хроматической поляризации (представленной 7 октябрь 1816) и ключевого «дополнение» января 1818 - никогда не было опубликовано в полном объеме до его Oeuvres завершает ( «полные работы») начали появляться в 1866 году «Приложении» в июле 1816 года , предложив «действенную лучей» и отчетов знаменитый двойной зеркальный эксперимент, постигла та же участь, как это сделал «первый Мемуары»на двойном преломлении.

Публикация сборников Френеля была сама задержана гибелью последовательных редакторов. Эта задача была первоначально поручена Феликс Савари , который умер в 1841 году он был перезапущен Двадцать лет спустя Министерством народного образования. Из трех редакторов в конечном итоге назвали в Oeuvres , Сенармон умер в 1862 году, Verdet в 1866 году, и Леонор Френель в 1869 год, когда появился только два из трех томов. В начале об. 3 (1870), завершение проекта описано в длинной сноске по «  J. Лиссаж

Не включены в Oeuvres   два короткие записок Френеля на магнетизме, которые были обнаружены среди рукописей Ампера. В ответ на Ørsted открытие «ы электромагнетизма в 1820, Амперы изначально предполагается , что поле постоянного магнита было связанно с макроскопическим циркулирующим током . Френеля предложил вместо этого было микроскопический ток , циркулирующий вокруг каждой частицы магнита. В своей первой ноты, он утверждал , что микроскопические токи, в отличие от макроскопических токов, объясняет , почему Полый цилиндрический магнит не теряет свой магнетизм , когда разрезаются вдоль. В своем втором ноты, от 5 июля 1821, он также утверждал , что макроскопический ток имел контрафактивное значение , что постоянный магнит должен быть горячим, а микроскопические тока , циркулирующие вокруг молекул могут избежать механизма нагрева. Он не должен был знать о том , что основные единицы постоянного магнетизма даже меньше , чем молекул (см магнитный момент электрона ) . Две ноты, наряду с подтверждением Ампера, в конечном итоге были опубликованы в 1885 году.

Потерянные работы

Очерк Френеля Rêveries 1814 не выжили. Несмотря на то , что его содержание было бы интересно историкам, его качество , пожалуй , можно судить из того , что Френель себя никогда не называл его в зрелом возрасте.

Более тревожный является судьбой конце статьи «Суры ль Differents Systèmes relatifs ля Théorie де л Люмьер» ( «Об различных систем относящихся к теории Light»), который Френель написал для недавно созданного английского журнала Европейской Review . Эта работа , кажется, был похож по своему объему сочинения де ла Люмьер в 1821/22, кроме того, что развили просмотров Френеля на двойном преломлении, круговой и эллиптической поляризации оптического вращения, и полное внутреннее отражение с тех пор. Рукопись была получена агентом издателя в Париже в начале сентября 1824 года , и сразу же направляется в Лондон. Но журнал не удалось до того вклада Френеля может быть опубликована. Френеля безуспешно пытался восстановить рукопись. Редакция его сборников также не могли найти его, и признал , что он, вероятно , был потерян.

Незаконченное дело

Эфир бремя и плотность Эфир

В 1810 году Араго экспериментально установлено , что степень преломления света звезд не зависит от направления движения Земли относительно линии визирования. В 1818 году, Френеля показала , что этот результат можно объяснить волновую теорию, на гипотезу о том, что если объект с показателем преломления перемещено со скоростью по отношению к внешнему эфиру (взятые в качестве стационарного), то скорости света в объекте , накопленной дополнительный компонент . Он поддерживает эту гипотезу, предположив , что , если плотность внешней эфире была равная единицей, то плотность внутренней эфире была , из которых избытка, а именно , таскали со скоростью , откуда средняя скоростью внутреннего эфира была . Фактор в скобках, что Френеля изначально выражена в терминах длин волн, стал известен как коэффициент сопротивления Френеля . (См Эфир сопротивления гипотезы .)

В своем анализе двойного лучепреломления, Френеля предполагается , что различные показатели преломления в разных направлениях в пределах той же самой среде были вызваны направленным изменением эластичности, а не плотности (так как понятие массы на единицу объема, не направленный). Однако в его лечении частичного отражения, он предположил , что различные показатели преломления различных сред были обусловлены различными эфирными плотности, а не различные коэффициентов эластичности. Последнее Постановление загадочное в контексте двойного преломления, но имеет смысл в предыдущем контексте эфирного сопротивления.

В 1846 году Джордж Габриэль Стокс указывал , что не было необходимости делить Эфир внутрь движущийся объект на две части; все это можно рассматривать как движется единой скоростью. Затем, если Эфир был законсервирован в то время как его плотность изменяется в пропорции к , полученное скорость эфира внутри объекта составляло дополнительный компонент скорости Френеля.

И наоборот, Френеля могла начаться с требуемой дополнительной составляющей скорости, приравнивать его к эфиру сопротивления, в сочетании, что с сохранением эфире, и прибыл в соотношении между показателем преломления и плотности эфирного, оправдывая свой выбор в случае неполного отражения.

рассеивание

Аналогия между световыми волнами и поперечными волнами в упругих телах не предсказывает дисперсию - то есть, частота зависимость скорости распространения, что позволяет призмы с получением спектров и вызывает линзы страдать от хроматической аберрации . Френеля, в Де л Люмьер и во втором дополнении к своим первым мемуар о двойном преломлении, предположил , что дисперсия может быть объяснена, если частички средних оказываемых сил друг на друг на расстояниях , которые были значительные долями длиной волны. Позже несколько раз, Френель называет демонстрацию этого результата в настоящее время содержится в записке , прилагаемой к его вторым мемуар о двойном преломлении. Но нет такого банкнота не появился в печати, и нашли соответствующие рукописи после смерти показали только что, около 1824, он сравнивал показатели преломления (измеренные Фраунгофера) с теоретической формулой, смысл которого не было в полной мере объяснить. Очевидная возможность состоит в том, что объяснение формулы дан в прилагаемую записке, которая должна быть засчитана как другая потерянной работой.

В 1830 - х годах, предложение Френеля был рассмотрен Коши, Powell , и Kelland , и это было действительно установлено, что терпимо согласуется с изменением показателей преломления с длиной волны над видимой области спектра , для множества прозрачных сред (см уравнение Коши ) , Эти исследования были достаточно , чтобы показать , что волновая теория была , по крайней мере совместимы с дисперсией. Тем не менее, если модель была дисперсии , чтобы быть точными в более широком диапазоне частот, его необходимо модифицировать таким образом , чтобы принять во внимание резонансов на носителе (см уравнения Зельмейера ) .

Коническая рефракция

Аналитическая сложность вывода Френеля поверхности лучевых скоростей был неявный вызов , чтобы найти более короткий путь к результату. Это отвечает МакКулаг в 1830 году, и Уильям Роуэн Гамильтон в 1832 году.

Гамильтон пошел еще дальше, установление двух свойств поверхности, Френель, в короткое время , отведенное ему, проглядел: (I) в каждом из четырех точек , где внутренние и наружные листы замыкающего контакта поверхности, поверхность имеют касательную конус (касательная к обеим листам), следовательно , конус нормалей, указывая , что конус волновой-нормальной направлени соответствует вектору одного луча скорости; и (б) вокруг каждой из этих точек, внешний лист имеет круг контактов с касательной плоскости, что указывает на конус лучевых направлений соответствует одному вектору скорости волнового-норме. Как отмечался Гамильтон, эти свойства , соответственно , следует , что (I) узкий пучок распространяющийся внутри кристалла в направлении единой скорости луча будет, при выходе из кристалла через плоскую поверхность, проникнуть полого конуса ( внешняя коническая рефракция ), и (б) узкий пучок поразительно плоская поверхность кристалла в соответствующем направлении (соответствует , что единой внутренней скорости волновой-нормальному) будет, при входе в кристалле, проникнуть полого конуса ( внутренняя коническая рефракция ).

Таким образом , новая пара явлений, качественно отличались от всего выше наблюдаемого или подозреваемых, была предсказана математикой как следствие теории Френеля. Стремительное экспериментальное подтверждение этих предсказаний Хэмфри Ллойд   принесло Гамильтон приз , который никогда не придет к Френелю: непосредственная слава.

наследие

Фонарь комнате Маяк Cordouan , в котором первая линза Френеля введен в эксплуатацию в 1823 году Текущий фиксированный линзовый «улей» объектив заменили оригинал вращающийся объектив Френеля в 1854 году.

Внутри столетие первоначального предложения ступенчатых линз Френеля, более чем 10000 фар с линзами Френеля защищали жизнь и имущество по всему миру. Относительно других выгод, наука историк Theresa H. Левитт заметил:

Повсюду я видел, история повторилась. Мгновение линза Френеля появился на месте был миг, что регион стал связаны в мировую экономику.

В истории физической оптики, успешно возрождение Френеля теории волновой назначает его в качестве ключевой фигуры между Ньютоном, который постановил , что свет состоит из корпускул, и Джеймс Клерк Максвелл , который установил , что световые волны электромагнитные. В то время как Альберт Эйнштейн охарактеризовал работу Максвелла , как «самый глубокий и самый плодотворный , что физика пережила со времен Ньютона,» комментаторы эпохи между Френеля и Максвелла сделан подобным сильные утверждения о Френеля:

  • MacCullagh, уже в 1830 году, писал, что механическая теория Френеля двойного лучепреломления «бы честь прозорливости Newton».
  • Ллойд в своем Докладе о прогрессе и современном состоянии физической оптики (1834) для Британской ассоциации содействия развитию науки , обследованного знанием двойного лучепреломления и заявляют:

    Теория Френеля, к которому I приступает, - и который не только охватывает все известные явления, но есть даже опережало наблюдение, прогнозируя последствия, которые впоследствии были полностью проверены, - будет, уверено, считать лучшим обобщением в физическая наука, которая была сделана с открытия всемирного тяготения.

    В 1841 году Ллойд публикует свои Лекции по Волне-теории света , в котором он описал теорию поперечной волны Френеля , как «благороднейшая ткань , которая когда - либо украшала домен физической науки, система Ньютона Вселенной один исключена.» 
  • Уэвелл , во всех трех изданиях его истории индуктивных наук (1837, 1847 и 1857), в конце книги  IX , по сравнению с истории физической астрономии и физической оптики и пришел к выводу:

Было бы, наверное, слишком фантастический , чтобы попытаться установить параллелизм между выступающими людьми , которые фигурируют в этих двух историях. Если бы мы должны были сделать это, мы должны рассмотреть Гюйгенс и Гук , как стоя на месте Коперника , так, как он, они объявили истинную теорию, но оставили ее в будущий век , чтобы дать ему развитие и механическое подтверждение; Malus и Брюстер , группируя их вместе, соответствует Тихо Браге и Кеплеру , трудоемким накапливая наблюдения, изобретательские и счастливых в раскрытии законов явлений; и молодых и Френеля в сочетании, составляют Newton оптической науки.

Какой Whewell называется «истинная теория» с тех пор претерпела два основных изменения. Во- первых, Maxwell, указанных физических полей, вариации образуют волны света. Второй, инициированное объяснением Эйнштейна о фотоэффекте , предполагается , что энергия световых волн была разделена на кванты , которые в конечном счете , идентифицированные с частицами называемых фотонами . Но фотоны не точно соответствуют корпускулам Ньютона; например, объяснение Ньютона обыкновенных преломлений потребовалось корпускулы двигаться быстрее в средах высокого показателя преломления, что фотоны не. Также не фотоны вытеснить волны; скорее, они привели к парадоксу волнового дуализма .

Хотя Френель не знал, что световые волны электромагнитные, ему удалось построить первую в мире согласованной теории света. В ретроспективе, это свидетельствует о том, что его методы применимы к нескольким типам волн. И хотя теперь свет, как известно, как волнообразно и частицеподобные аспекты, явлений, изученные Френеля прежнему легче всего объяснить с точки зрения волн. В этом отношении, его здание все еще стоит.

Смотрите также

Примечания и ссылки

Список используемой литературы

  • DFJ Араго (TR. B. Powell), 1857, "Френеля" (прочитать на Общественном собрании Академии наук, 26 июля 1830), в DFJ Араго (TR. WH Смит, B. Powell, и Р. Грант) , Биографии заслуженного научного Men (однотомное издание), Лондон: Longman, коричневый, зеленый, Longmans, & Roberts, 1857, стр. 399-471.  Исправление : В заметке переводчика на р. 413, плоская касательной к внешней сфере в точке т должны пересекать преломляющую поверхность (предполагаемую плоской); и через это пересечение , касательные плоскости должны быть обращены на внутреннюю сферу и эллипсоид. (On личности переводчика, см стр. 425n, 452n.)
  • G.-A. Boutry, 1948, "Огюстен Френель: Его время, жизнь и работа, 1788-1827", Наука Прогресс , вып. 36, вып. 144 (октябрь 1948), стр. 587-604; jstor.org/stable/43413515 .
  • JZ Бухвальд, 1989, Восстание волновой теории света: Optical Теория и эксперимент в начале девятнадцатого века , университете Чикаго Press.
  • JZ Бухвальд, 2013, «Оптика в девятнадцатом веке», в JZ Бухвальд и Р. Фокс (ред.), Оксфорд Справочник по истории физики , Оксфорд, стр. 445-72.
  • H. Экипаж (ред.), 1900, Теория волны света: Воспоминания Гюйгенса, Young и Френеля , American Book Company.
  • О. Darrigol, 2012, История Оптики: От греческой античности до XIX века , Оксфорд.
  • Э. Френкель, 1974, «Поиски корпускулярной теории двойного лучепреломления: Malus, Лаплас и цена [ так ] Конкурс 1808», Кентавр , т. 18, нет. 3 (сентябрь 1974), стр. 223-245.
  • Е. Френкель, 1976, «корпускулярная оптика и волновая теория света: Наука и политика революции в физике», Социальные исследования науки , вып. 6, нет. 2 (май 1976), стр. 141-84; jstor.org/stable/284930 .
  • А. Френеля, 1816, «Мемуаре ла дифракционная де ла lumière» ( «Мемуар по дифракции света»), Annales де Химия и де Physique , Vol. 1, стр. 239-81 (март 1816); перепечатана как "DEUXIEME Mémoire ..." ( "Второй Мемуар ...") в Френеля, 1866-70, т. 1, стр. 89-122.  Не   следует путать с более поздними «призовыми мемуарами» (Френель, 1818).
  • А. Френеля, 1818, «Мемуаре La дифракция де ла Люмьер» ( «Воспоминания о дифракции света»), хранение 29 июля 1818, «коронован» 15 марта 1819, опубликованный в Mémoires де l'Academie Royale де наук де л «Institut де Франс , т. В (для 1821 и 1822, напечатанных 1826), стр. 339-455 ; перепечатаны в Френеля, 1866-70, т. 1, стр. 247-364 ; отчасти переводятся как «призовые мемуары Френеля на дифракции света», в экипаже, 1900, стр. 81-144Не   следует путать с предыдущими мемуарами с тем же французским названием (Френель, 1816).
  • А. Френеля, 1822a, Де Ла Люмьер ( Об Light ), в J. Riffault (изд.), Дополнять La клевета française де ла Cinquieme édition дю "Système де Химия" вол Th. Thomson , Париж:. Chez Méquignon-Marvis, 1822, стр 1-137, 535-9; перепечатаны в Френеля, 1866-70, т. 2, стр. 3-146; Перевод Т. Янг «Элементарная учитывая волновую теорию света», Quarterly Journal науки, литературы и искусства , т. 22 (Jan.- Июнь. 1827), стр. 127-41 , 441-54 ; том 23 (Jul.- - ый дек 1827), стр. 113-35 , 431-48 ; том 24 (Jan.- Июнь. 1828), стр. 198-215 ; том 25 (Jul.- - ый дек 1828), стр. 168-91 , 389-407 ; том 26 (Jan.- Июнь. 1829), стр. 159-65 .
  • А. Френеля, 1822b, «Мемуаре ун модерн système d'ECLAIRAGE дез Фарес» (читать в Академии наук по 29 июля 1822), переведенной T. категории , как «Memoir на новую систему маяков освещением» Маяк США общества, доступ к 26 августа 2017; архивировать 19 августа 2016.
  • А. Френеля (изд. , 1866-70, Г. де Сенармона, Е. Verdet и Л. Френеля) Oeuvres Завершает d'Augustin Френеля (3 тома), Париж: Imprimerie Impériale; том 1 (1866) , т. 2 (1868) , т. 3 (1870) .
  • I. Грэттэн-Гиннесс, 1990, сверток на французском математике, 1800-1840 , Базель: Birkhäuser, вып. 2, раздел 13 (стр. 852-915, «Запись Френеля: Физические оптики, 1815-1824») и раздел 15 (стр. 968-1045, «Вхождение Навьего и торжество Коши: теория упругости, 1819 -1830" ).
  • Х.Гюйгенс, 1690, Traité - де - л Люмьер (Leiden: Ван дер Аа), перевод С. П. Томпсон как Трактат о свете , университет Chicago Press, 1912; Проект Гутенберг, 2005.
  • FA Дженкинс и Его Белый, 1976, Основы оптики , 4 - е изд, Нью - Йорк:. McGraw-Hill.
  • Н. Кипнис, 1991, История принципа интерференции света , Базель: Birkhäuser, главы VII, VIII .
  • TH Levitt, 2009, Тень Просвещения: Optical и политическая прозрачность в Франции, 1789-1848 , Оксфорд.
  • TH Levitt, 2013, Короткая Яркая вспышка: Огюстен Френель и рождение современного маяка , Нью - Йорк: WW Нортон.
  • Г. Ллойд, 1834, «Доклад о прогрессе и современном состоянии физической оптики» , Доклад четвертого Совещания Британской ассоциации по развитию науки (состоялись в Эдинбурге в 1834 году), Лондон: J. Murray, 1835, стр . 295-413.
  • I. Newton, 1730, Оптики: или Трактат отражений, преломлений, перегибов и цвета света , 4 - е изд. (Лондон: Уильям Innys, 1730, Проект Гутенберг, 2010); переиздано с предисловия А. Эйнштейном и предисловием ЕТ Уиттакер (Лондон: Джордж Белл & Sons, 1931 г.); переизданный с дополнительными предисловиями И.Б. Коэном и аналитической оглавлению по DHD Roller, Минеол, NY: Dover, 1952, 1979 (с пересмотренным предисловием), 2012 (цит номера страниц совпадать издание Gutenberg HTML и издание Dover.)
  • ОВ Silliman, 2008, «Fresnel Огюстен Жан», Полная словарь научной биографии , Детройт: Sons Чарльза Скрибнера, т. 5, стр. 165-71. (The версия на encyclopedia.com отсутствует диаграмму и уравнения.)
  • В. Whewell, 1857, История индуктивных наук: Из Вселение в настоящее время , 3 - е издание, Лондон:. JW Паркер & Son, т. 2 , книга  IX , в главах  V-XIII .
  • ЕТ Уиттакер, 1910, История Теорий Эфира и электроэнергии: С возрастом Декарта к концу девятнадцатого века , Лондон: Лонгманс, Грин, & Co., главы IV, V .
  • J. Уорролл, 1989, «Френель, Пуассон и белое пятно: роль успешных предсказаний в принятии научных теорий», в D. Гудинге, T. Pinch и С. Шаффере (ред . ), Использования эксперимента : Исследования в области естественных наук , Cambridge University Press, стр. 135-57.
  • T. Young, 1807, Курс лекций по натуральной философии и Механические искусства (2 тома), Лондон: J. Джонсона; том 1 , т. 2 .
  • T. Young ( под ред. Г. Peacock), 1855, Разная Работа позднего Thomas Young , Лондон: J. Murray, т. 1 .

внешняя ссылка