David Laserna - Гюйгенс Волновая теория света. В погоне за лучом

Гюйгенс изучал небо при помощи своих телескопов, но прежде чем сконструировать приборы, он сформулировал законы геометрической оптики, определяющие траекторию лучей света, проходящих через ряд линз. Эта теоретическая основа помогла ученому максимально использовать возможности инструмента. Он разработал составные линзы, корректировавшие сферическую аберрацию, и микрометр, превращавший телескоп в измерительный инструмент. В 1660-х годах к Гюйгенсу пришло понимание, что его знания о такой материи, как свет, на первый взгляд довольно глубокие, на самом деле оставались поверхностными и описательными. Тогда ученый начал исследовать природу этого явления. Его подход открыл дорогу весьма смелой теории, которая сегодня считается зачатком волновой модели света и на основе которой смогли оформиться более сложные концепции Френеля, Юнга и Максвелла. Гюйгенс считал, что свет — это волна, которая расходится кругами (на самом деле сферическими волнами). Возбуждение частиц света передается глазу наблюдателя посредством длинной цепи столкновений между частицами материи. Так называемый принцип Гюйгенса стал примером тонкого математического подхода к физическим явлениям и использовался в качестве теоретической основы для понимания загадочного поведения исландского шпата. Эта разновидность прозрачного кальцита, обнаруженная в рудниках Хельгустадира, демонстрирует феномен двойного лучепреломления: проходя через минерал, луч света раздваивается.

Хотя исследования Сатурна и света обеспечили ученому долгую славу, больше всего сам Гюйгенс гордился созданием маятниковых часов. Об этом приборе начинал задумываться еще Галилей, но ему не удалось сконструировать достаточно надежный механизм. Гюйгенс рассмотрел вопрос со всех точек зрения; он не ограничился чисто механическим подходом, а провел настоящие инновационные исследования в области физики и математики.

Часто этого ученого называют последователем Декарта, но сам он не приветствовал бы такое сравнение. Если бы Гюйгенс мог выбирать учителей, то предпочел бы Галилея или Архимеда. Декарт строил великолепные обобщенные системы, но обращал мало внимания на детали, которые так привлекали Гюйгенса. Как говорил Лейбниц, ученик этого голландского ученого, «он не выказывал ни малейшего увлечения метафизикой». Разумеется, в ранней юности Гюйгенс восхищался автором «Рассуждения о методе»: «Я был убежден, что каждый раз, как я сталкивался с какой-либо трудностью, это была моя вина, потому что я не понял его мысль». Однако вскоре он изменил подход и начал рассматривать работы Декарта более критически, так что многие труды Гюйгенса можно считать опровержением идей французского философа, например его исследование столкновений или геометрической оптики. В конце своих дней он пришел к отрицанию идей Декарта: «Сейчас я не нахожу во всей его физике, метафизике или в его утверждениях по метеорологии ничего, что я мог бы принять за истину». Если бы Гюйгенс и смог прийти к согласию с Декартом, то оно касалось бы отрицания ньютоновского всемирного притяжения и поиска альтернативной механики, объяснявшей притяжение между телами посредством столкновений частиц материи.

Для Гюйгенса понять явление означало изложить его на языке математики. В этом он превзошел самого Галилея, и затмить нидерландского ученого никто не мог вплоть до Ньютона. В эпоху, когда еще не существовало границ между чистой и прикладной математикой, Гюйгенс был физиком в своей математике и математиком в своей физике. В его геометрии видна любовь к механике, свойственная Архимеду, который взвешивал на воображаемых весах фигуры, площадь которых хотел определить. Можно сказать, что одним глазом Гюйгенс смотрел на мир через призму физики, а другим — через призму математики, и на основе этих данных разум ученого формировал трехмерное изображение. Его восприятие оптики как дисциплины, «в которой геометрия применяется к материи», хорошо иллюстрирует подход Гюйгенса к физике. Ум ученого искал окружности, кривые и углы в волнах света и в сердце часовых механизмов. Принцип Гюйгенса, на котором основывается его интерпретация оптики, можно рассматривать и как геометрическое построение. Незадолго до того, как голландец начал научную карьеру, Декарт узаконил союз между алгеброй и геометрией. Гюйгенс использовал связь между этими дисциплинами и стал первопроходцем в применении уравнений. Многие приписывают ему честь создания первой физической формулы в 1652 году.

Читать дальше