Становление класичної фізики

Становление класичної физики

Горяев М.А.

Говоря формування класичної фізики, природно, насамперед сказати про батька класичної механіки у її сучасному вигляді Ньютоне.

Ньютон Ісаак (04.01.1643−31.03.1727) — англійський механік, оптик, астроном і математик, член Лондонського королівського суспільства (1672, з 1703 — президент), Паризької АН (1699). Народився Вулстропе у ній фермера. Закінчив Кембриджський університет (1665 — бакалавр, 1668 — магістр), в 1669—1701 очолював ньому кафедру. У 1688−90 — член парламенту, з 1695 — наглядач, з 1699 — директор Монетного двора.

Заложил основи сучасного природознавства. Фізичні роботи у сфері механіки, акустики, оптики. Сформулював основні закони класичної механіки, відкрив закон всесвітнього тяжіння, дисперсию світла, розробив диференціальний і інтегральне обчислення (незалежно від Лейбніца). «Математичні початку натуральної філософії» (1687) містили засадничі поняття і аксіоматику механіки, три закону динаміки і закон всесвітнього тяжіння. Відкриття закону всесвітнього тяжіння ознаменувало перехід від кінематичного описи сонячної системи до динамічному, він розвинув теорію форми Землі, теорію припливів тощо. Встановив основний закон внутрішнього тертя в рідинах і газах, отримав формулу для швидкості поширення волн.

Создал фізичну картину світу (Ньютонова теорія простору й часу): простір та палестинці час — абсолютні. Висунув ідею дальнодействия — миттєвою передачі дії на відстань по порожньому пространству.

В 1666 розклав з допомогою призми біле світло в спектр, відкрив хроматичну аберацію. У 1668 і 1671 сконструював дзеркальний телескоп — рефлектор без аберації. Досліджував інтерференцію і дифракцию (кільця Ньютона в тонких шарах). У 1675 спробував створити компромісну корпускулярно-волновую теорію света.

По мировозрению — другою — після Декарта великий представник механістичного матеріалізму в природознавстві 17−18 веков.

В його честь названа одиниця сили — ньютон.

Первые роботи Ньютона ставляться до області оптики, але потім експериментальних досліджень перейшов до узагальнень і захопився питаннями механіки.

1. Механика.

Именно в механіці Ньютон досяг вершин своєї творчості. Він узагальнив усі дослідження попередників й захопити основні становища механіки викладав у своєї книжки «Математичні початку натуральної філософії «. У межах своїх «Засадах «Ньютон сформулював три закони руху, узагальнивши у своїй принцип інерції і поняття сили, впровадив поняття є і поширив дію законів механіки протягом усього Всесвіт. Якщо оптиці для Ньютона, як побачимо нижче, притаманні геніальність порушення й вирішення різнобічність дослідів, то механіці його талант проявився, передусім, в упорядкування і узагальненні приватних результатів попередників. Так, закон всесвітнього тяжіння було сформульовано з урахуванням існували тоді експериментальних даних про рух планет, які було лише кинематическое опис, а Ньютон розкрив причину такого руху, запровадивши кількісну характеристику гравітаційного взаємодії. І все-таки геніальні узагальнення механіці було б навряд чи можливі, якби Ньютон у відсутності досвіду експериментатора, загальної фізичної культури, отриманих в оптике.

В тому ж трактаті Ньютон сформулював правила міркування, які мають складати основу будь-якого фізичного дослідження. Він ставить завдання відшукання причини явища і протиставляє «фізиці гіпотез «Декарта «фізику принципів », які базуються на узагальненні дослідів. У відповідно до цього при проголошення закону тяжіння Ньютон не збирається визначати причину тяжіння: «Причину цих властивостей сила тяжіння я до цього часу було вивести ринок із явищ, гіпотез ж не вигадую. І все-таки, що ні виводиться з явищ, має називатися гіпотезою, гіпотезам ж метафізичним, фізичним, механістичним, прихованим властивостями нема місця в експериментальної філософії. У такій філософії пропозиції виводяться з явищ і узагальнюються з допомогою індукції. То існували вивчені непроникність, рухливість і натиск тіл, закони руху, і тяжіння. Досить те, що тяжіння насправді є і діє відповідно до викладеним нами законам і геть достатньо пояснення всіх рухів небесних тіл і морів » .

Согласно ньютоновскому правилу індукції можна перенести дію законів попри всі тіла, хоча експеримент можна поставити тільки деяких. І на відповідність до правилами міркування можна вважати правильним усяке твердження, отримане з досвіду з допомогою індукції, до того часу, коли будуть виявлено інші явища, які обмежують це твердження чи суперечать ему.

Если Галілея ми називаємо основоположником експериментального методу у фізиці, то велич Ньютона визначається як тим, що от воно відкрило фундаментальні закони фізики, а й тим, що він створив основи фізичного мислення. Його шлях побудови фізичного знання, «метод принципів «виявився надзвичайно плідним всі наступні фундаментальні теорії (електродинаміка, термодинаміка, теорія відносності і квантова теорія) створено за цими правилам.

Следует сказати, ще одну заслузі Ньютона — його мемуарах про диференціальному і інтегральному обчисленні, хто був нього і залишаються понині важливим засобом розкриття фізичних закономірностей. Проте, у «Засадах «Ньютон прийняв геометричну форму викладу у всій ймовірності у тому, щоб їх зрозуміти можливо більше читателей.

По суті принципів Ньютона достатньо рішення суду будь-якої завдання механіки. Цей успіх, з одного боку, зумовив величезного авторитету Ньютона у власних очах наступних поколінь учених, з другого, визначив розвиток механістичних уявлень, що довго превалювали у всіх галузях физики.

На всьому шляху розвитку фізики, починаючи з Аристотеля, у науці проглядається прагнення пояснення всіх явищ природи з єдиних позицій. О 18-й столітті таку спробу фізичного синтезу зробив одна з найбільших італійських учених (хорват з походження) Рожер Йосип Боскович (1711−1787). Основні свої ідеї він найповніше викладав у роботі «Теорія натуральної філософії, зведена до єдиної закону сил, що у природі «, яка була опублікована у 1759 р. По Босковичу матерія складається з малих матеріальних точок, підпорядковуються законам динаміки Ньютона. Для взаємодії з-поміж них характерно тяжіння чи відштовхування залежно від відстані: принаймні зближення частинок тяжіння зростає, сягає максимуму, та був зменшується і переходить в усі дедалі більшу відштовхування. З допомогою цієї теорії можна пояснити все механічні і її фізичне явища: непроникність, протяжність, співудару, тяжкість, твердість, капілярність, оптичні явища, хімічні дії і що завгодно. Попри загальне захоплення, ця скоріш общефилософская робота у 18 столітті послідовників вони мали, але вже 19 столітті справила великий вплив формування сучасної атомистики.

Главное напрям розвитку фізики 18 століття швидше аналітичне, а чи не синтетичне. Саме тоді широко організуються фізичні лабораторії, поліпшуються прилади для досліджень, аналізуються і перевіряються як експериментальні результати, і висунуті раніше теорії. 18 століття по порівнянню з попереднім століттям не досягав яскравим, не дав нових великих ідей та закордонних вчених масштабу Галілея, Гюйгенса, Ньютона.

В області механіки найяскравіше досягнення 18 століття — створення аналітичної механіки, де з допомогою застосування методів математичного аналізу до дослідженню фізичних явищ окремі наукові досягнення пов’язувалися до однієї впорядковану картину. Механіка Ньютона було викладено на геометричному мові, а зусиллями механіків 18 століття була представленій у аналітичному вигляді. Тут слід сказати роботи французьких математиків Жана-Батиста Даламбера (1717−1783), що у «Трактаті динаміку «(1758 р.) викладає свій принцип з розглядом механічної системи з зв’язками, який зведе будь-яке завдання динаміки до завданню рівноваги, і П'єра Луї Моро де Мопертюи (1698−1759), сформулював принцип найменшого дії, і навіть швейцарського вченого, що здебільшого працював у Петербурзької і Берлінської АН, Леонарда Эйлера (1707−1783), изложившего аналітичні основи руху матеріальної крапки й твердого тіла. Роботи цих та інших учених 18 століття перетворили механіку в раціональну науку, засновану у невеликому числі визначень і аксіом. Раціональна механіка остаточно сформульована у «Аналітичної механіці «французького вченого Жозефа Луї Лагранжа (1736−1813). Тут з єдиних принципів розвиваються основні розділи механіки: статика і гидростатика, динаміка і гідродинаміка. Беручи поняття і постулати Галілея і Ньютона, він у силу свого математичного таланту зводить все до відомим динамічним рівнянням Лагранжа. З того часу теоретична механіка стала, власне, розділом математики, а чи не физики.

Помимо формулювання законів руху на середовищі без опору, Ньютон розглядав спрямування рідини, їм розроблена теорія хвильового руху на щільних середовищах — основа акустики. О 18-й столітті, з застосуванням математичних методів англійський математик Бруге Тейлор (1685−1731) вирішив основне завдання акустики про коливаннях струни, поклавши початок математичної фізики. Батьком експериментальної акустики вважають німецького фізика Ернста Хладни (1756−1827), який перший точно досліджував коливання камертона. Усі акустичні явища пояснювалися рухом коливного тіла, і частинок среды.

2. Оптика.

В числі найперших робіт у галузі класичної оптики треба сказати праці Кеплера, який розвинув ідеї Альхазена і розглядав конуси променів, вихідні з кожної точки.

Кеплер Йоганн (27.12.1571−15.11.1630) — німецький фізик, математик і астроном. Народився в Магсштадте (Вюртенберг) у ній збіднілого дворянина — солдата. Закінчив Тюбингенский університет (1593). У 1594−1600 працював у Вищої школі в Граці. У 1600 переїхав до Праги до датському астроному Тихо Бразі, невдовзі по смерті якого стала математиком при дворі імператора Рудольфа II. У 1612 переїхав до Лінц, в 1626 — в Ульм. Останніми роками життя провів у бідності та странствиях.

Основные фізичні роботи у сфері оптики. У трактаті «Доповнення до Виттелию» (1604) виклав основи геометричній оптики і механізм бачення. У 1604 сформулював в законі про обернено пропорційної залежності освітленості і квадрата відстані джерела. Сконструював телескоп — труба Кеплера, описав явище повного внутрішнього відображення, отримав формулу лінзи. Запропонував поняття сили, як причини ускорения.

Используя спостереження Т. Браге і свої власні, відкрив три закони руху планет (закони Кеплера), одна із творців небесної механіки, був активним прибічником вчення Коперника. Трактат «Скорочення Коперниковой астрономії» був занесений Ватиканом до списку заборонених книжок. У 1627 — остання велика робота «Рудольфовы таблиці», якими кілька поколінь астрономів із високим точністю вираховували становище планет будь-якої миті времени.

Кеплером, власне, побудована сучасна геометрична оптика. Обговорюючи сприйняття зображення, Кеплер дійшов висновку, що око не знає, який шлях пройшли промені, а поміщає і світилася з їхньої продовженні. Він вводить важливий експериментальний метод, переходячи від фізіологічної оптики до сучасної геометричній: експериментально доцільніше отримувати зображення на екрані, а не його оком. При дослідженні заломлення в кулі з використанням диафрагмирования, Кеплер дійшов фундаментального відкриттю: одна точка зображення відповідає одній точці предмета, а паралельний пучок сходиться лише у точці, що він назвав фокусом. Зблизька механізму зору Кеплер остаточно робить висновок формування переверненого зображення на сітківці очі. Він розглядає комбінацію лінз, чітко формулюючи положення про те, що зображення від однієї лінзи предмет іншої. Ці результати він застосував в конструкції підзорної труби із опуклим окуляром (труба Кеплера), і навіть побудував теорію підзорної труби Галилея.

Кеплер також намагався закон заломлення, але безуспішно. Закон заломлення був експериментально відкрито 1621 р. голландським ученим Виллебродом Снелиусом (1591−1626). У той самий час (1627) з допомогою простих геометричних міркувань до Закону заломлення прийшов Декарт, запропонувавши відповідно до ідеями Альхазена розкласти швидкість світла на дві складові - вздовж і впоперек кордону розділу середовищ. Своїм результатам він випереджає філософські розмірковування про природу світла, та їх розумів навіть у його справжні послідовники (Гюйгенс), то вони були суперечливі. Проте, з урахуванням отриманого закону після проведення оригінальних експериментів Декарту вдалося пояснити освіту веселки. Це отримали внаслідок серії добре задуманих, скрупульозно проведених і підкріплених розрахунком дослідів, які вважатимуться зразком фізичного исследования.

В суперечці з Декартом правомірність застосування механічних аналогій до світла французький математик П'єр Ферма (1608−1665) сформулював свій принцип, що світло поширюється шляхом, проходимом в найкоротший термін, з яких також слід закон заломлення Декарта. Він сосредотачивал свою увагу понад математичної боці завдання, ніж фізичної. А фізичні основи у Ферма були хиткими, вони піддавалися різкій критиці, але сам принцип зберігся в фізики й історії науки досі пор.

К числу принципових відкриттів в оптиці слід віднести виявлення явища дифракції - відхилення світла італійським ученим Франческо Мариа Гримальди (1618−1663). Це було зроблено на експериментах на маленьких отворах, і навіть підтверджено в дослідах на тонких нитках. У межах своїх поясненнях Гримальди вдається до аналогії з хвилями, що утворюються від кинутого у воду каменю й огибающими перешкода, тобто. вдається до хвильової гіпотезі світла. Цим самим він пояснює природу квітів за аналогією з звуком, котрий за Галілей визначається різними коливаннями повітря. Схожі досліди в Англії провів Роберт Гук (1635−1703), також успішно експериментував з мікроскопом Галілея, зокрема зауважив забарвлення тонких плівок в пучку света.

Принципиальными з погляду кінцівки швидкості світла були астрономічні спостереження, т.к. земні експерименти за способом Галілея в 17 столітті не дали позитивних результатів. Основні результати з цього питання, отримані для дослідження руху супутників Юпітера, був у остаточному вигляді сформульовані датським ученим Олафом Ремером (1644−1710).

Первые роботи з фізики у Ньютона був у області оптики і починалися з однакового 1664 р. У 1672 р. він представив перший доповідь в королівське товариство і це доповідь викликав критичні зауваження (зокрема і Гука) тривалу полеміку. Ньютона це надзвичайно засмутило, він був людиною дуже дратівливим і чутливим до критики. Проте, уперто продовжував свої роботи, однак своє ґрунтовну наукову розвідку «Оптика «опублікував лише 1704 р., за рік по смерті Гука. У цієї роботи сутнісно викладено засади сучасної фізичної оптики. Перш всього, слід сказати його результати по дисперсії світла, і природі квітів, його блискучі досліди з розкладанням світла призмою і змішанням квітів. Ньютон розробив дзеркальний телескоп, за створення якої він був обраний члени Королівського нашого суспільства та який став відправною точкою прогресу інструментальної астрономії. Широко відомі його експериментальні роботи у області інтерференції, класичні кільця Ньютона.

В частини інтерпретації експериментальних результатів із оптики Ньютон не дотримувався певної позиції з виборі хвильової чи корпускулярної теорії світла, і це викликало ряд труднощів. Тут у на відміну від механіки, вона змінює своїм принципам не висувати гіпотез, його пояснення громіздкі і трудновоспринимаемы, а деяких випадках і хибні. У цьому виданні своєї «Оптики «Ньютон наводить майже однакове число аргументів на користь як хвильової, і корпускулярної концепції. Проте, його використовують протягом 18 століття вважали прибічником корпускулярної теорії. Це, мабуть, зумовлювалося утрудненнями хвильової теорії в поясненні прямолінійності поширення світла, і схилянням перед механистическими уявленнями Ньютона.

Подводя підсумки 17 століття, слід зазначити про внесок у оптику Гюйгенса, котрий видав в Лейдені в 1690 р. «Трактат про світлі «. У роботі викладено основи хвильової теорії світла з постулированием деякою ефірної матерії. Запропонував він принцип побудови облямовує хвилі, що й сьогодні відомий у його ім'ям. Гюйгенс пояснив явища заломлення світла, підвів фізичну основу під принцип Ферма. Він також інтерпретував подвійне лучепреломление, що було виявлено в 1669 р. датським ученим Эразмом Бартолином (1635−1698) в дослідах з кристалами ісландського шпата.

Из-за величезного авторитету Ньютона і відсутності такої вирішальних наукових аргументів на користь хвильової теорії у 18-ти столітті у основному дотримувалися корпускулярної теорії світла. Проте зберігалися і започаткував традицію хвильової оптики, оскільки корпускулярна теорія навряд чи могла пояснити багато експериментальні дані. Зокрема, Эйлер у роботі «Нова теорія світла і кольорів «(1746) вважає різну довжину хвиль фізичної причиною відмінності цветов.

В 18 столітті зароджується фотометрия як розділ оптики. Французьким ученим П'єром Бугером (1698−1758) було проведено перші систематичні дослідження втрати інтенсивності під час проходження світла через середовище, й запропонована конструкція фотометра, і навіть помічено виборче поглинання різних і сформульований експонентний закон поглинання. Основи фотометрии були чітко сформульовані німецьким математиком і фізиком Йоганном Ламбертом (1728−1777) у роботі «Фотометрия, чи про вимірювання і порівняннях світла, кольорів та тіні «(1760). Ось він вводить поняття яскравості і освітленості і виводить основні закони фотометрии про залежності освітленості від відстані, кута падіння світла, характеристик що висвітлює источника.

После майже вікового панування корпускулярної теорії в оптиці від початку 19 століття було проведено роботи, що знаменували тріумф хвильової теорії. Це в першу чергу Юнг, лікар за фахом, але мав дуже різнобічні интересы.

Юнг Томас (13.06.1773−10.05.1829) — англійський учений, член Лондонського королівського суспільства (1794, з 1802 — секретар), Паризької АН. Народився Милвертоне у ній торговця. З ранніх років виявив неабиякі здібності: в 2 року побіжно читав, на чотири знав напам’ять вірші багатьох англійських поетів, в 8−9 опанував токарным ремеслом і робив різні фізичні прилади, на 14-ту років познайомився з диференційним обчисленням по Ньютону, вивчив багато мов. Навчався у Лондонському, Единбурзькому, Ґеттінґенському і Кембриджському університетах, де спочатку вивчав медицину, і потім фізику, одночасно проводячи наукові дослідження. У 1801−03 — професор Королівського інституту, з 1811 — лікар в лікарні св. Георгія (Лондон), разом з 1818 — секретар бюро довгот, керував виданням «Морського календаря.

Работы у сфері оптики, акустики, теплоти, механіки, математики, астрономії, геофізики, філології, зоології. Пояснив (1793) акомодацію очі зміною кривизни кришталика. У трактаті «Досліди ні звуком і світу» (1800) провів аналогію між явищами акустики і оптики, застосував принцип суперпозиции і сформулював принцип інтерференції, що у 1801 пояснив інтерференцію, кільця Ньютона. У 1802 зробив перший демонстраційний експеримент стеження інтерференції світла, отримавши два когерентних джерела. Показав втрату полуволны для відсічі світла з більш щільною середовища. Теоретично пружності в 1807 ввів модуль розтяги (Юнга). Останніми роками становив єгипетський словарь.

Самой неясною Юнґом представлялася ньютоновская теорія «нападів «для пояснення фарбування тонких пластин. У доповідях Королівському суспільству з 1801 по 1803 рр., цитуючи міркування Ньютона про аномальних приливах на Филиппинском архіпелазі як результаті накладення хвиль, він вводить загальний принцип інтерференції і підкріплює це дослідами за двома отворами, розвиваючи уявлення Гримальди про дифракції. Розглядаючи інтерференцію світла різних довжин хвиль, Юнг виводить отримані Ньютоном емпірично закони щодо його кілець. Він з разючою точністю визначив довжини хвиль різних кольорів: задля дотепного — 0,7 мкм і фіолетового — 0,42 мкм. Роботи Юнга були першим експериментальним підтвердженням гіпотез Ферма і Гюйгенса. Він також запровадив термін «фізична оптика » .

Однако ці принципові роботи Юнга було із недовірою почасти тому, що він іноді підкріплював свої міркування недостатньо суворими математичними доказами. До того ж з’явилися роботи французького військового інженера Этьенна Малюса (1775−1812) по поляризації світла, який пояснення знайденого їм закону поляризації приваблював теорію Ньютона. Дослідження з поляризації світла було продовжено мови у Франції Жаном Батистом Біо (1774−1862), які виявили кругову поляризацію, і Домиником Франсуа Араго (1786−1853), установившим поляризацію місячного світла, і веселки (доказ відображеного світла), і навіть який відкрив хроматичну поляризацію. У Великобританії Девід Брюстер (1781−1868) відкрив закону про поляризації відображеного і переломленого променів, а шотландський учений Вільям Ніколь (1768−1851) розробив призму, яка пропускала лише незвичайний промінь. Всі ці роботи проводилися під прапором корпускулярної теорії, яка, здавалося, одержує у поляризації світла важливе підтвердження. Але це відродження корпускулярної теорії тривало недовго. У 1815 р. молодий дорожній інженер Френель представив Паризької Академії наук два мемуара, що він написав за результатами робіт з дифракції, виконаних на примітивному устаткуванні після звільнення зі служби за антинаполеоновские виступи у період 100 дней.

Френель Огюстен Жан (10.05.1788−14.07.1827) — французький фізик, член Паризької АН (1823), Лондонського королівського суспільства (1825), медаль Румфорда. Народився Брольи у ній архітектора. Закінчив Політехнічну школу (1806) і школу мостів і доріг (1809) у Парижі. Працював інженером про ремонт до будівництва доріг у різних департаментах Франції, з 1817 — в Політехнічної школе.

Работы у сфері хвильової оптики. У 1811 під впливом Э. Малюса став самостійно вивчати фізику і почав експерименти із оптики. У 1815 перевідкрив принцип інтерференції, в 1816 доповнив принцип Гюйгенса. У 1818 розробив теорію дифракції світла. Виконав досліди з бизеркалами (1816) і бипризмами (1819). У 1821 довів поперечность світлових хвиль. Відкрив в 1823 еліптичну і кругову поляризацію світла. Встановив (1823) закони відблиски і заломлення світла на пласкою нерухомій поверхні розділу двох середовищ. Досліджував вплив руху Землі на оптичні явища, поклавши початок оптиці рухомих тіл (1818).

После реферування мемуарів Френеля Араго домігся, щоб він був запрошений у Париж для повторення дослідів у сприятливіші умови. Досліджуючи тіні, отбрасываемые, як і в Гримальди тонкими перешкодами, Френель вдруге відкрив принцип інтерференції. Розвиваючи ідеї хвильової оптики, він провів класичні досліди з бизеркалами і бипризмой. Геніально об'єднавши принцип інтерференції з запропонованими Гюйгенсом принципами елементарних хвиль і облямовує, він остаточно побудував основи хвильової оптики. У цьому подолано основне складне становище хвильової теорії - неможливість пояснення прямолінійності поширення света.

После створення теорії дифракції Френель що з Араго встановили, що перпендикулярно поляризовані два пучка світла будь-коли интерферируют. Це привело його висновку про поперечности коливань світлових хвиль. Разом про те така гіпотеза, пояснює основні властивості поляризованого світла, зажадала від ефіру — носія світлових хвиль божевільного поєднання властивостей: повинен бути найтоншим і невагомих флюїдом і водночас наитвердейшим тілом, т.к. лише тверді тіла передають поперечні коливання. Це було досить сміливим кроком, і навіть явно підтримуючий Френеля Араго не зміг розділити такі погляди. Використовуючи свою гіпотезу ефіру, Френель побудував механистическую модель світла, обрахування якої дозволив отримати формули для поведінки світла за українсько-словацьким кордоном двох середовищ, добре узгоджувалися з експериментом і які використовуються і по нашого часу в обчислювальної оптике.

Вместе про те, внаслідок, передусім такий «грубої «ідеї ефіру позиції хвильової теорії були загальноприйнятими. У умовах ірландський учений Вільям Роуан Гамільтон (1805−1865) задумав створити формальну теорію, яка узгоджувалась б як із хвильової, і з корпускулярної теорією за аналогією з аналітичної механікою Лагранжа. Гамільтон розвиває цілу научно-философскую доктрину. У еволюції науки є стадії: 1 — сходження від окремих фактів до законів з допомогою індукції та політичного аналізу і 2 — перехід від законів до слідством з допомогою дедукції і синтезу. У першій стадії наукове уяву дозволяє розкрити внутрішні закони, що дозволяє розуміти єдність усієї розмаїтості явищ, але в другий — від цього єдності знову виходить нове розмаїтість, що дозволяє проникати у будущее.

Гамильтон застосував такий, розглядаючи принцип найменшого дії як основу екстремального дії і, власне про стаціонарному чи варьируемом дії. Він прийшов до формулюванні свого принципу, за яким деяка фізична величина (гамильтониан), точно певна математично, стационарна при поширенні світла. Так вдається раціоналізувати геометричну оптику, перетворивши їх у формальну теорію, не вдаючись до хвильової чи корпускулярної гіпотезі. Потім Гамільтон в 1834−35 рр. поширив свою теорію на механіку, тобто. було досягнуто синтез оптики і механіки. Загальне застосування цієї теорії було розвинене німецьким математиком Карлом Густавом Якобом Якобі (1801−1854), який спростив і узагальнив її й таку вже що стала класичної теорію називають теорією Гамильтона-Якоби.

К середині 19 століття вони були проведені виміри швидкості світла «земних «умовах різних середовищ, які на думку Араго (противника корпускулярної, але дуже послідовного прибічника хвильової теорії) мали встановити, яка з теорій справедлива. У 1849 р. французький фізик Арманд Іполит Физо (1819−1896) з допомогою обертового колеса зі щілинами, якими проходили вихідний і відбитий знаходиться в відстані 8633 м дзеркала промені, вдалося реалізувати ідеї Галілея і виміряти швидкість світла. А його співвітчизник Леон Жан Бернар Фуко (1810−1868), застосувавши обертове дзеркало й краще стробоскопический метод спостереження, в 1850 р. показав, що швидкість світла воді становить ¾ швидкості світла повітрі. Це підтвердив кілька днів і Физо, який спочатку працював разом із Фуко, і потім вони влаштували між собою змагання. Отже, було показано, що у більш заломлюючих середовищах швидкість світла менше (і це були однією з вирішальних аргументів на користь хвильової теории.

Но залишалася ще проблема ефіру, зокрема, рухається ефір, сконцентрований у тілі, водночас тілом. У 1842 р. австрійський фізик Християн Допплер (1803−1853) теоретично показав, що рух тіл, испускающих світло чи звук, змінює період коливань, тобто. з наближенням джерела світла колір випромінювання зміщується у бік коротких довжин хвиль. Ефект Допплера використали щоб виявити ступеня захоплення ефіру тілами. Поставлені експерименти, і навіть низку інших дослідів давали суперечливі результати, й інші протиріччя удалося здолати лише з її появою теорії относительности.

Важные відкриття 19 століття оптиці визначаються дослідженнями «невидимого «випромінювання. Те, що світлові і теплові промені пов’язані між собою, було відомо з античних часів, а добу Відродження було проведено експерименти по дії теплових і світлових променів. Саме поняття «фокус «(на латинській мові означає вогонь) стосовно лінзам і дзеркал каже більше концентрацію теплових променів. Зазначалося, що дзеркала концентрують як тепло, а й холод.

В 1800 р. англійський учений Вільгельм Гершель (1738−1822) відкрив інфрачервоне випромінювання в дослідах по переміщенню чутливого термометра по сонячному спектру. Він зазначив, що максимум випромінювання досягається за червоною областю спектра у протиріччі із прийнятим думкою про рівномірності розподілу теплових променів за широким спектром. Він також досліджував невидиме випромінювання, испускаемое несвітловим нагрітим залізним циліндром, і показав його переломлення в лінзах. А в 1802 р. німецький фізик Йоганн Ріттер (1776−1810) повторив досліди Гершеля, використовуючи для реєстрації фотохімічне дію світла на хлористе срібло, і виявив ультрафіолетове випромінювання. Слід зазначити, що успіхи фотохимии галоидосеребряных солей на роботах французьких дослідників Луї Даггери (1789−1851) і Жозефа Нисефера Ньепса (1765−1833) і англійського винахідника Вільяма Генрі Фокса Тальбота (1800−1877) сприяли розвитку фотографії. Висока чутливість і можливість проведення кількісних вимірів при фотографічної реєстрації світла забезпечили її широке використання у фізичних исследованиях.

В результаті багатьох експериментів і, завдяки роботам Мачедонио Меллони (1798−1854) по переломленню, поляризуемости, інтерференції було показано, що променисте тепло (інфрачервоне випромінювання), видимий світ і хімічні промені (ультрафіолетове випромінювання) — подібні випромінювання, різняться лише довжиною волны.

Большой внесок у розвиток оптики вніс Фраунгофер, який знайшов для дослідження дисперсії світла яскраву жовту лінію натрію, що завжди перебуває у одному й тому місці спектра.

Фраунгофер Иозеф (06.03.1787−07.06.1826) — німецький фізик. Народився Штраубинге у ній стекольщика. Дванадцятирічним років залишився круглим сиротою і став учнем в дзеркальній і скляної майстерні. До 14 років було неписьменним. Два роки після перебування у майстерні відбулася аварія, у яких він залишався єдиним вижила з працювали. Після цього завдяки заступництву банкіра Утцшнайдера отримав таку можливість відвідувати школу. У 1806 Утцшнайдер визначив його оптиком-механиком в оптичної майстерні у Мюнхені, співвласником якого був банкір. У 1809 став управляючим майстерні, а 1811 очолив всю оптичну промисловість Баварії. З 1823 — хранитель фізичного кабінету і професор Мюнхенського университета.

Работы у сфері прикладної оптики. Вніс значний внесок у дослідження дисперсії і створення ахроматических лінз. Винайшов метод точного визначення форми лінз, машину для шлифования ахроматических лінз, що справила великий вплив на практичну оптику. Сконструював спектрометр, ахроматичний мікроскоп, окулярний мікрометр і гелиометр. Створив фірму «Утцшнайдер і Фраунгофер », що виготовляла першокласні оптичні інструменти, отримали світову популярність. Незалежно від У. Волластона спостерігав (1814−15), перший досліджував і пояснив темні лінії в сонячному спектрі, поміряв з допомогою дифракції їх спектральне становище. Дифракцию вивчав в паралельних променях спочатку від однієї, та був багатьох щілин. З 1821 широко застосовував дифракційні грати на дослідження спектров.

Фраунгофером виявлено велике число яскравих ліній з їх постійним становище у спектрах сонячного світла, і електричних іскор, і навіть темні лінії, зумовлені поглинанням, тобто. закладено основи спектрального аналізу.

Опыты Фраунгофера дослідження спектрів випущення було продовжено в Англії Брюстером, Джоном Гершелем (1792−1871) і Тальботом. У 1835 р. англійський фізик Чарльз Уитстон (1802−1875), досліджуючи спектр електричної іскри, встановив, що лінії спектра визначаються лише матеріалом електродів і залежить від газу, в якому розгортається іскрової розряд. На 1855 р. шведський учений Андерс Йонас Ангстрем (1814−1874) показав, що з розрідженні можна виключити вплив електродів і реально отримувати чисті спектри газов.

Окончательно принципи спектрального аналізу було сформульовано німецькими вченими Кирхгофом і Робертом Бунзеном (1811−1899).

Кирхгоф Густав Роберт (12.03.1824−17.10.1887) — німецький фізик, член Берлінської (1875) і Петербурзької АН (1862). Народився Кенингсберге у ній юриста. Закінчив Кенингсбергский університет (1846), професор Бреславльского (з 1850), Гедельбергского (з 1854) і Берлінського (з 1875) университетов.

Работы у багатьох областях фізики. У 1845−47 відкрив закономірності перебігу електричного струму в розгалужених ланцюгах (правила Кирхгофа), в 1857 побудував загальну теорію струму в провідниках. Разом з Бунзеном в 1859 розробив метод спектрального аналізу та відкрив нові елементи: цезій (1860) і рубідій (1861). Встановив (1859) одна з основних законів теплового випромінювання, запропонував (1862) модель абсолютно чорного тіла. Відкрив звернення спектрів (1860), пояснив походження фраунгоферовых ліній. Розвинув (1882) сувору теорію дифракції, удосконалив теорію магнетизму Пуассона. Досліджував пружність твердих тіл, коливання пластин і дисків, форму вільної струменя рідини, рух тіл в рідкої среде.

На підставі своїх експериментів і передачею даних інших дослідників Кірхгоф і Бунзен встановили, кожна лінія в спектрі й у випромінює його елемента і всі гази поглинають з точністю самі довжини хвиль, які можуть випускати. Спектральний аналіз із другої половини 19 століття став потужними інструментами фізичних исследований.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайту internet.