В этом году физики отмечают своеобразный тройной юбилей. Исполнилось 330 лет со времени выхода в свет написанного голландцем X. Гюйгенсом «Трактата о свете», в котором разработана волновая теория света.
155 лет назад шотландский физик Дж. К. Максвелл, создавший теорию электромагнитного поля, предсказал существование электромагнитных волн и выдвинул предположение о том, что свет — разновидность таких волн.
Наконец, 120 лет назад в Будапеште родился Д. Габор — изобретатель голографии. Чтобы понять, какая связь между столь разными на первый взгляд событиями, вспомним, как развивались представления о свете.
Свет — одно из важнейших для нас явлений природы. Поэтому люди давно пытались разгадать тайну света.
Корпускулярная и волновая теория света
Первые предположения, высказанные еще египтянами, были очень наивны — считалось, что световые лучи выходят из глаз человека и «ощупывают» ближайшие предметы. Однако уже в Древней Греции были высказаны концепции, которые, по существу, дошли до XX века.
Пифагор в 450-х годах до н. э. объяснял зрение тем, что в глаз попадают частицы, вылетающие из окружающих тел (Демокрит вскоре назвал эти частицы атомами).
Через 100 лет Аристотель выдвинул другую гипотезу: свет передается прозрачной средой, заполняющей все пространство между глазом и предметом. Так родились две основные теории света — корпускулярная и волновая.
Им суждено было бороться друг с другом до начала этого столетия, когда с помощью квантовой механики они неожиданно объединились в одну теорию света.
В достаточно полном и законченном виде волновую теорию впервые сформулировал Гюйгенс. Он объяснил, в частности, как световые лучи беспрепятственно проходят друг сквозь друга, вывел законы отражения и преломления света.
Увы, его работа не получила должного признания. Несколькими годами раньше И. Ньютон выдвинул свою теорию света, корпускулярную. Авторитет английского ученого был настолько велик, что ее тотчас приняли, и весь XVIII век прошел под знаком корпускулярной концепции.
В XIX веке, поддержанная новыми опытными данными, волновая теория взяла реванш. Ее расцвет совпал с выходом работ Максвелла, математически доказавшего существование электромагнитных волн и предсказавшего электромагнитную природу света.
Волновая теория позволила понять многие сложные явления в физике света, рассчитать и создать разнообразные оптические устройства. Без нее была бы немыслима и голография — наряду с лазерами одно из самых эффектных достижений оптики нашего столетия.
Что такое голография
Голография — это метод регистрации и воспроизведения изображений, основанный исключительно на волновых свойствах света. В ней используется явление интерференции — усиления или ослабления колебаний в разных точках пространства при наложении двух волн. Интерференция световых волн позволяет сохранить на фотопластинке сведения не только о яркости лучей, отразившихся от разных точек объекта, как на обычном негативе, но и о пройденном ими пути.
Голограмма человека.
Как показал Д. Габор, пропуская луч через фотопластинку с такой записью (интерферограмму), можно восстановить в пространстве световые волны, и они достигнут глаза наблюдателя в абсолютно таком же виде, в каком пришли бы от реального объекта. Поэтому, глядя на освещенную голограмму, мы видим объемное изображение предмета, которое к тому же можно рассматривать с разных сторон.
Но голография — не только замена фотоснимков или путь к реалистичному трехмерному кино. Это и идеальный способ длительного хранения информации, и метод точнейшего измерения различных величин, и универсальный инструмент для исследования физических процессов.
Противоборство между корпускулярным и волновым подходами к описанию света, которое называли одним из самых мощных факторов развития науки, отошло в прошлое. Однако наука движется вперед не менее стремительно, и каждый из этих подходов до сих пор вносит свой вклад в это движение.
На видео — теория о виртуальности нашего мира:
