Страница:Радиолюбитель 1928 г. №05.djvu/12

Материал из РадиоВики - энциклопедии радио и электроники
Перейти к: навигация, поиск
Выкупить рекламный блок
Эта страница не была вычитана


Ультра-короткие волны в физике и радиотехнике

I. Свет как колебательный процесс

/СОВЕРШЕННОяспо, что теория стро

^ .мнлась об’ясннть сает, как явление механики. Даже гигантский ум Ньютона был ослеплен величием теории тяготения и приложил ее, слишком поспешно, к преломлению света. Взгляните, что вытекло из этого приложения — тяготение пропорционально массам, значит свет движется в более плотной среде скорее, но иному — скорость света пропорциональна показателю преломления. И остается последний шаг — вода плотнее воздуха, и свет должен распространяться скорее в воде, чем в воздухе. Последний вывод и оказался роковым для «теории истечения».

Волновая теория

Чтобы понять всю глубину пропасти, разделявшей ее от волнообразной теории, всю силу их непримиримости, посмотрим, в чем состояли основы представления о природе света у Гюйгенса В этой основе у него лежал эфир. Дело в том, что еще в далекой древности был установлен принцип дальнодействия — «действия вдаль». Он допускал возможность действия силы между телами, независимого от того, чем заполнена разделяющая их среда. При установлении законов тяготения, Ньютон еще раз пересмотрел этот принцип, и подтвердил его правильность. Он говорил, что между Солнцем и планетами—пустота, т.-е. нет никакой среды; тем не менее сила тяготения проявляется, через эту пустоту идет свет и т. д. Значит, сила тяготения действительно не нуждается ни в каком посреднике, чтобы передаться от одного тела к другому. Но многие уже во времена Ньютона не мирились с таким представлением, и постепенно в науку было введено понятие о эфире — чрезвычайно тонком и подвижном .веществе, заполняющем всю вселенную, все тела и промежутки между ними. Эфир играет роль передатчика действия силы на расстоя-' ние. Но это понятие было туманно и гадательио. Гюйгенс первый применил эфир ъ своей теории, как вещество, заслуживающее самого серьезного рассмотрения. Если в каком-нибудь, месте эфирного моря, заполняющего весь мир, нарушается равновесие, то от этого места расходятся сферические волны эфира. Это волнообразное движение происходит потому, что частички эфира колеблются, так лее, как колеблются частичка воды, воздуха, струны и т. п. Механические колебания эфира и есть свет, распространяющийся волнообразно во все стороны. Волнообразная теория хорошо об’ясняла известные свойства света и даже такие, которые открыли Гримальди и Бартолин. Нам особенно валено то, что по Гюйгенсу волнообразным потокам эфира труднее распространяться в плотных средах, и свет движется в воде медленнее, чем в воздухе. Но у теории механического колебания эфира, как иногда называют волновую теорию,

(Окончание; см. Л? 3—£ „РЛи).

Ю. Ралль

не было даже и смутных догадок па- счет того, чтб лее вызывает колебание эфира — чтб слулеит причиной, порождающей свет? Это она совершенно обходила. Также для пее не были известны причины, в силу которых свет испытывает дисперсию, пройдя через призму — происхождения цветов опа не знала. Наконец, волновая теория по была разработана математически.

Все это вызвало резкие нападки Ньютона, вообще нетерпимого к чужим взглядам, па волновую теорию. Оп издевался над допущением эфира в область научной мысли, прибавляя с гордостью: «я не создаю гипотез».. Эфир, по его мнению, должен был совершенно расстроить движение планет. Кроме того, как человек высоко религиозный, Ньютон не допускал и мысли, что сила, представляющаяся высшим созданием «творца», может лишиться, независимой от грубой материи, способности действовать вдаль.

Далее, уже перейдя этап своей жизни, очеыь напоминающий религиозно-мистический упадок нашего Гоголя, Ныотон выдвинул против волновой теории более, тсак-будто, существенное возражение. Раз свет распространяется волнами, он должен огибать препятствия, как, например, огибают водяные волны быки, на которые стоит мост. На самом деле мы этого у света не находим. Но возражение это лишь показывало, как поверхностно рассматривал Ньютон об’яснения опытов Гримальди, которые дал Гюйгенс, правда, в форме лишь физических предположений. Мы узнаем далее, кто дал полное математическое обясыепие этим опытам, доказывающим как-раз волновой характер света. Теперь пора и нам посмотреть в чем сущность открытых Гримальди, так называемых интерференции и дифракции света, свойств совершенно необыкновенных, с точки зрения старых учений о его природе.

Колебания

Но преже необходимо вспомнить, что известно нам вообще о колебательных процессах в природе. Натянутая между двумя точками струпа при выведении ее из положения равновесия, или нулевого как говорят, положения начинает колебаться, издавая звук, т.-е. посылая в пространство какие-то возмущения воздуха, действующие па наше ухо. Уже поверхностный взгляд на звучащую струну убеждает пас, что любая ее точка колеблется по прямой липни, перпендикулярной к нулевому положению Время, в которое совершится одно полпое колебание, называется периодом Т, а число таких периодов (или колебаний) в секунду — частотой п. Отсюда понятно, что

Т=. — * Когда точку в процессе колебания рассматривают в каком-пибудь ео определенном положении, то говорят, что точка находится в данный момент в аа-

кой-то фазе. Но струна может колрбаться более или меиее сильно, т.-е. может уходить от нулевого положения более или менее далеко, в зависимости от того, как сильпо мы ударили по nett. Ее наибольшее расстояние от пулевого положения пазывастсл амплитудой.

Когда струна колеблется, опа гонит перед собой молекулы воздуха — сжимает его, а за собой, наоборот, производит разряжение. Молекулы воздуха упруги и, получив от струны толчок, начинают сами колебаться, как крошечные струны, толкая своих соседей. По надо твердо помнить, что они колеблются вынужденно — не так, как бы они хотели, как диктуют им закопы моханики; их колебания управляются все новыми толчками струны, которая и сообщает ии свою частоту и период.

Итак, постепеппо это вынужденное колебательное движение молекул воздуха пе едзется в даль, причем сами молекулй никуда пе бегут; они лишь дрожат, каждая на своем месте. От струны распространяются с определеппой скоростью воздушные волпы. Как же определить длину одиой такой волны, т,-е. длину того места в пространстве, которое запято одним сгущением и одним разряжением воздуха?

_ V

Длина волны ?.= п~.

длина волны прямо пропорциональна скорости и обратпо пропорциональна частоте, отсюда медленные колебания дают длинные волны, а быстрые — коротние.

Принцип Гюйгенса

Мы условимся теперь называть прямую линию распространения колебательного движения лучом. В этом смысле мы будем говорить о луче звука, света и т. д., чего до сих пор пи разу ие делалп. Здесь у читателя могут возникнуть недоумения, которые надо скорее разрешить. Выражение „луч света" кажется салю собой понятным и осторожность в его употреблении как-будто излншпя. Но, подумавши, можно его оспаривать. Действительно, все время мы говорим о сферических волнах звука, света, воды, т.-е. таких, которые распространяются во все стороны и, невидимому, здесь пеуместио настаивать ва прямолинейном ’распространении; скорее волпы идут кругами, вернее — сферами. Как же совместить сферическое движепие с прямолинейностью, о которой учит нас опыт? Здесь выступают на сцену два фундаментальных прин’цииа физической оптики — принцип интерференции и так называемый принцип Гюйгенса.

Различные волны, проходящие в однородной среде, не мешают друг другу, а если налагаются одш. па другую — интерферируют, — то складываются ио таким правилам: если встретившиеся

волны находятся в одинаковых фазах, оии дают одиу волну с увеличенной амплитудой, если же ’их фазы хотя и равны по величиие, но прямо противоположны по положению в пространстве, волны взаимно уничтожаются. Последний случай и имел место в опыте Гримальди, когда смешеиие лучей от двух источникоа давало тени