Augustin Jean Fresnel - Augustin-Jean Fresnel


Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Augustin Jean Fresnel
Augustin Fresnel.jpg
Portret „Augustina Fresnela”
z frontispisie swoich dzieł zebranych (1866).
Urodzony ( 10.05.1788 )10 maja 1788
Broglie , Królestwo Francji (obecnie  Eure , Francja)
Zmarły 14 lipca 1827 (14.07.1827)(w wieku 39)
Przyczyną śmierci Gruźlica
Miejsce odpoczynku Père Lachaise
Rezydencja Francja
Narodowość Francuski
Edukacja
Znany z
nagrody
kariera naukowa
pola Fizyka , Inżynieria
instytucje
Wpływy
wpływ

Augustin-Jean Fresnela ( UK : / f r n ɛ l / FRAY -nəl , USA : / f r n ɛ l / fray- NEL ; francuski:  [oɡystɛʒɑ fʁɛnɛl] , 10 maja 1788 - 14 lipca 1827), był francuski inżynier i fizyk , którego badania w optyce doprowadziły do niemal jednomyślnej akceptacji falowej teorii światła , z wyłączeniem jakiejkolwiek resztki Newton „s krwinek teorii , od końca 1830 do końca 19 wieku.

Ale on jest chyba lepiej znana wynalezienie catadioptric (odblaskowe / załamania) soczewki Fresnela oraz pionierem wykorzystania „schodkowe” soczewki rozszerzyć widoczność latarnie , oszczędzając niezliczone życia na morzu. Prostszy, dioptryczny (czysto załamania) wystąpił soczewek, najpierw proponowany przez hr Buffon   i niezależnie nowo przez Fresnela jest stosowany na ekranie powiększających i w soczewkach kondensator rzutnika .

Przez ekspresję HUYGENS „zasada fal średnich i Younga ” zasada s z zakłóceniami w kategoriach ilościowych, i przy założeniu, że proste kolory składają sinusoidalnymi falami Fresnela dało pierwszy zadowalający wyjaśnienie dyfrakcji prostymi krawędziami, w tym pierwszy zadowalający wyjaśnienia fali opartej prostoliniowe rozchodzenie. Część jego argumentem było dowodem, że dodanie funkcji sinusoidalnych o tej samej częstotliwości, ale w różnych fazach jest analogiczna do dodawania sił z różnych kierunków. Poprzez dalsze zakładając, że fale światła są całkowicie poprzecznie , Fresnela wyjaśnia naturę polaryzacji i brakuje ich mechanizm chromatycznej polaryzacji (kolory produkowany przy spolaryzowanego światła przechodzi przez plaster podwójnie załamania kryształu następnie drugi polaryzator) i z transmisji i odbicia współczynniki na powierzchni międzyfazowej pomiędzy dwiema przezroczystymi izotropowych nośniku (łącznie z kątem Brewstera ). Następnie, uogólniając relację kierunek prędkości polaryzacji dla kalcytu , on stanowił kierunków i polaryzacji promieni załamanego w podwójnie załamania kryształów dwuosiowej klasa (tych, dla których średnie Huygens' frontów falowych nie są symetryczne osiowo ). Okres między pierwszą publikacją jego hipotezy czystej fali poprzecznej i złożenia swojego pierwszego poprawnego rozwiązania problemu dwuosiowej było mniej niż rok. Później wymyślone Określenia polaryzacji liniowej , polaryzacje i eliptyczny polaryzacji , wyjaśniono jak skręcalności optycznej można rozumieć jako różnicę w prędkości propagacji dla obu kierunków polaryzacji kołowej, oraz (pozwalając na współczynnik odbicia być złożone ) stanowiły zmiana polaryzacji w wyniku całkowitego odbicia wewnętrznego , ponieważ wykorzystuje się w rombu Fresnela . Obrońcy ustalonej teorii krwinek nie mógł dopasować jego ilościowe wyjaśnienia wielu zjawisk na tak kilka założeń.

Legacy Fresnela jest tym bardziej godne uwagi ze względu na jego całe życie walce z gruźlicą , do której uległ w wieku 39. Mimo, że nie stała się sławna publicznej w swoim krótkim życiu, żył wystarczająco długo, aby otrzymać odpowiedniego uznania od swoich rówieśników , w tym (na łożu śmierci) w Rumford Medalem z Royal Society of London , a jego nazwisko jest wszechobecny w nowoczesnej terminologii optyki i fal. Nieuchronnie po teorię falową został przejęty przez Maxwell jest elektromagnetycznego teorię 1860, niektóre uwagę odwrócona od wielkości wkładu Fresnela. W okresie zjednoczenia Fresnela fizycznej optyki i Maxwella szerszym unifikacji, współczesnego autorytetu, profesora Humphreya Lloyda , opisał teorię poprzecznej fali Fresnela jako „najszlachetniejszy materiał, który nigdy nie zdobi domenę nauk fizycznych, systemu Newtona wszechświata sam wyjątkiem „. 

Wczesne życie

Pomnik Augustina Fresnela na fasadzie jego narodzin na 2 Rue Augustin Fresnela, Broglie (naprzeciwko Rue Jean François Merimee), zainaugurowany w dniu 14 września 1884 roku napisem po przetłumaczeniu, mówi:
„Augustina Fresnela, inżynier mostów i dróg, członek Akademii Nauk, twórca soczewkowe latarnie, urodził się w tym domu w dniu 10 maja 1788. teoria światła zawdzięcza tego emulatora Newtona najwyższe koncepcje i najbardziej przydatnych aplikacji.” 

Rodzina

Augustin Jean Fresnel (zwany również Augustin Jean lub po prostu Augustin), urodzony w Broglie , Normandii , w dniu 10 maja 1788 roku, był drugim z czterech synów architekta Jacques'a Fresnela (1755-1805) i jego żony Augustine, z domu Mérimée (1755 -1833). W 1790 roku, po rewolucji , Broglie stała się częścią departamentu w Eure . Rodzina przeniosła się co najmniej dwa razy - w 1790 roku do Cherbourga , a w 1794 roku Jacques' rodzinnego miasta Mathieu , gdzie Madame Fresnela spędzi 25 lat jako wdowa, żyją dłużej niż dwa z jej synów.

Pierwszy syn, Ludwik (1786-1809), został przyjęty do École Polytechnique , został porucznikiem artylerii, a zginął w akcji w Jaca , Hiszpania , dzień przed jego 23. urodzinami. Trzeci, Leonor (1790-1869), a następnie Augustin do cywilnego inżynierii , zastąpił go na stanowisku sekretarza Komisji Lighthouse, a przyczyniły się do edycji jego dzieł zebranych. Czwarty Fulgence Fresnela (1795-1855), został znakomity lingwistką, dyplomata i wschodoznawca, a czasami wspomaga Augustin negocjacje. Leonor widocznie był jedynym z czterech która poślubiła.

Młodszy brat matki, Jean François „Leonor” Mérimée (1757-1836), ojciec pisarza Prosper Merimee (1803/70) był farby artysta , który zwrócił uwagę na chemii malarstwa. Stał się ministrowi z École des Beaux-Arts i (do 1814) jest profesorem w École Polytechnique i był początkowy punkt styku między Augustin i czołowych fizyków optycznych dnia (patrz poniżej ) .

Edukacja

Bracia Fresnela początkowo domu kształcone przez ich matki. Chorowity Augustin był uważany za jeden powolny, mało zaczynają czytać dopiero w wieku ośmiu lat. O dziewiątej i dziesiątej był undistinguished wyjątkiem jego zdolność do wcielania w gałęzie drzewa zabawki łuków i pistoletów, które działały zbyt dobrze, zdobywając sobie tytuł l'homme de génie (człowiek geniuszu) z jego wspólników, a zjednoczoną rozprawienia od starszych.

W 1801 roku, Augustin został wysłany do École Centrale w Caen , jako firmie Louis. Ale Augustin podniósł wydajność: Pod koniec 1804 roku został przyjęty do École Polytechnique, jest umieszczony 17. miejsce egzaminu wstępnego, w którym jego rozwiązania do geometrii problemy wrażeniem egzaminatora, Adrien-Marie Legendre . Jak ocalałe akta École Polytechnique rozpocząć w 1808 roku, wiemy niewiele czasu Augustin tam, oprócz tego, że najwyraźniej celował w geometrii i rysunku - pomimo kontynuowania słabe zdrowie - i uczynił niewiele, jeśli żadnych przyjaciół. Którą ukończył w 1806 roku, potem studia w École Nationale des Ponts et chaussées (National School of Mostów i Dróg, znany również jako „ENPC” lub „Ecole des Ponts”), którą ukończył w 1809 roku, wchodzącego do służby w Korpusie des Ponts et chaussées jako ingenieur ordinaire aspiranta (zwykły inżynier w treningu). Bezpośrednio lub pośrednio, był do pozostania w zatrudnieniu z „Corps des Ponts” na resztę swojego życia.

formacja religijna

Augustin Fresnel rodzice byli rzymskimi katolikami z Jansenist sekty, charakteryzujące się skrajnym augustianów widzenia grzechu pierworodnego . Religia zajęła pierwsze miejsce w domowej nauki chłopców. W 1802 roku napisała do Mme Fresnela Augustin Louis dotyczące:

Proszę Boga, aby dać mój syn łaskę zatrudnić wielkie talenty, które otrzymał, dla własnej korzyści, a dla Boga wszystko. Zostanie poproszony o wiele od niego komu wiele dano, a najbardziej będą wymagane od niego, który otrzymał najwięcej.

Augustin pozostała jansenistyczna. On rzeczywiście uznać swoje talenty intelektualne jako dary od Boga, i uznał, że jego obowiązkiem jest wykorzystać je dla dobra innych. Nękane przez zły stan zdrowia, i postanowił zrobić swój obowiązek przed śmierć pokrzyżowała mu unikał przyjemności i pracował do momentu wyczerpania. Według jego kolega inżynier Alphonse Duleau, który pomógł pielęgniarki go przez jego ostatniej choroby, Fresnela widział studium natury jako część badania mocy i dobroci Boga. Położył cnotę nad nauką i geniuszu. Jednak w ostatnich dniach, że potrzebuje „siła duszy”, a nie na samej śmierci, ale przed „przerwania odkryć ... którego miał nadzieję czerpać przydatnych aplikacji.” 

Jansenizm jest uważany za herezję przez Kościół rzymski (patrz Lista chrześcijańskich herezji ) , a może być częścią wyjaśnienia dlaczego Fresnela, pomimo swoich osiągnięć naukowych i jego rojalistów mandatów, nigdy nie zyskał na stałym stanowisku nauczania akademickiego; Jego nauczanie było powołanie tylko na Athénée w zimie 1819-20. Bądź co bądź, krótki artykuł na Fresnela w starym Encyklopedii Katolickiej nie wspominając o jego jansenizm, ale opisuje go jako „człowieka głęboko religijnego i niezwykłe dla jego głębokie poczucie obowiązku.” 

zadania inżynieryjne

Fresnela początkowo pisał do zachodniej departamencie Wandea . Tam, w 1811 roku przewiduje się, co stało się znane jako proces Solvay do produkcji sody kalcynowanej , poza tym recyklingu amoniaku nie uznano. Ta różnica może wyjaśniać, dlaczego czołowych chemików, którzy dowiedzieli się o swoim odkryciu przez swojego wuja Leonor, w końcu, że to nieopłacalne.

Około 1812 roku, został wysłany do Fresnela Nyons , w południowej części departamentu Drôme , aby pomóc z cesarskiego autostrady, która miała połączyć Hiszpanii i Włoch. To z Nyons, że mamy pierwszy dowód swojego zainteresowania optyki. W dniu 15 maja 1814 roku, podczas gdy praca była luźna powodu Napoleona porażce „s, Fresnela napisał« PS »do brata Leonor, mówiąc w części:

Chciałbym również mieć dokumenty, które mogłyby mi powiedzieć o odkryciach francuskich fizyków od polaryzacji światła. Widziałem w Monitorze o kilka miesięcy temu, że Biota czytał w Instytucie bardzo ciekawe wspomnienia o polaryzacji światła . Chociaż łamię głowę, nie mogę odgadnąć, co to jest.

Pod koniec 1814 roku miał jeszcze żadnych informacji na ten temat. (Dotyczące nazwy Instytutu , trzeba pamiętać, że francuska Académie des Sciences została połączona z innych rejonów wprowadzono do tworzących Institut de France w 1795 roku W 1816 roku Académie des Sciences odzyskała swoją nazwę i autonomię, ale pozostała część Instytutu).

W marcu 1815 roku, widząc powrót Napoleona z Elby jako „atak na cywilizację”, Fresnela odszedł bez urlopu, pośpieszył do Tuluzy i zaoferował swoje usługi rojalistów opór, ale szybko znalazł się na liście chorego. Wracając do Nyons w klęsce, był zagrożony i miał jego okna złamane. Podczas Stu Dni był umieszczony na zawieszenie, które ostatecznie mogą spędzić w domu swojej matki w Mathieu. Nie użył egzekwowane rozrywki, aby rozpocząć swoje eksperymenty optyczne.

Wkład do optyki fizycznej

Kontekst historyczny: Od Newtona do Biot

Aprecjacja rekonstrukcji Fresnela optyki fizycznych może być wspomagana przez przegląd rozdrobnionym stanie, w jakim znalazł przedmiot. W tym podrozdziale, zjawiska optyczne, które były niewyjaśnione lub których wyjaśnienia zostały zakwestionowane zostały nazwane w pogrubioną czcionką .

Zwyczajne refrakcji z ośrodka o większej prędkości fali do medium fal o mniejszej prędkości, co jest zrozumiałe dla Huygens. Kolejne pozycje czoła fali są wyświetlane na niebiesko przed załamania, a na zielono po załamania. Dla zwykłego załamania się frontów falowych wtórne (szare krzywe) są kuliste, tak, że promienie (proste linie szare) są prostopadłe do frontów falowych.

Korpuskularna teoria światła , preferowane przez Isaaca Newtona i zaakceptowany przez niemal wszystkich seniorów Fresnela, łatwo wytłumaczyć prostoliniowego rozchodzenia : te ciałka oczywiście przeniósł się bardzo szybko, tak, że ich ścieżki były bardzo mocno i prosto. Teorii fali , jak opracowany przez Christiaan Huygens jego traktat na świetle (1690), wyjaśnia prostoliniowego rozchodzenia się na założeniu, że każdy punkt przecina podróży czoła fali, staje się źródłem wtórnego czoła fali. Ze względu na pozycję początkową podróżującego czoła fali, każdy później pozycji (według Huygens) była wspólną styczną powierzchnią ( otoczka ) wtórnych frontów falowych emitowanych z wcześniej położeniu. Ponieważ zakres wspólnej stycznej był ograniczony przez zakres początkowej czoła fali, powtarzające się stosowanie konstrukcji Huygensa płaszczyzny czoła fali w niewielkim stopniu (w jednolitej nośnika) otrzymano proste, równoległe belki. Chociaż ta konstrukcja rzeczywiście przewidział prostoliniowego rozchodzenia się, trudno było pogodzić ze wspólnym obserwacji, że frontów falowych na powierzchni wody może zginać się wokół przeszkód, a także z podobnym zachowaniem dźwięku fal - powodując Newton w utrzymaniu, do końca swego życia, że jeśli światło składało się z falami prawda „zakręt i rozprzestrzeniać każdym względem” w cieniu.

Teoria Huygensa zgrabnie wyjaśnia prawo zwykłego odbicia i prawo zwykłego załamania ( «Prawo Snelliusa»), pod warunkiem, że fale wtórne podróżował wolniej w gęstszych mediów (tych o wyższym współczynniku załamania ). Korpuskularną teorii, przy założeniu, że krwinki podlegały działaniu sił, działających prostopadle do powierzchni, wyjaśniono same prawa równie dobrze, jednak z czego wynika, że światło przebytej szybciej w wyższej gęstości nośnika; że implikacja było źle, ale nie mogą być bezpośrednio obalona z technologią czasu Newtona czy nawet raz Fresnela (patrz aparaturę Fizeau-Foucaulta ) .

Podobnie niejednoznaczne było odchylenie gwiazdowy - czyli widoczna zmiana położenia gwiazdy ze względu na prędkość na ziemi poprzez linię wzroku (nie mylić z gwiazdowym paralaksy , co wynika z przemieszczenia ziemi poprzek linia wzroku). Zidentyfikowane przez Jamesa Bradleya w 1728 roku, aberracja gwiezdny powszechnie traktowane jako potwierdzenie teorii krwinek. Ale był również zgodny z teorią falach Eulera stwierdzono w 1746 r - milcząco, przy założeniu, że eter (domniemana średniej fala nośna) w pobliżu ziemi, nie było zakłócone przez ruch ziemi.

Wybitny siłę teorii Huygensa był jego wyjaśnienie dwójłomności (podwójne załamanie) z « Iceland kryształu » (przezroczysty kalcyt ), przy założeniu, że fale wtórne są kuliste dla zwykłego załamania (który spełnia Prawo Snelliusa) i sferoidalnego dla osób nadzwyczajne refrakcji (co nie). Ogólnie rzecz biorąc, budowa common-styczna Huygensa oznacza, że promienie są ścieżki najmniej czasu między kolejnymi pozycjami czoła fali, zgodnie z zasadą Fermata . W szczególnym przypadku izotropowego mediach, wtórne frontów falowych musi być kulisty, a następnie budowa Huygensa sugeruje, że promienie są prostopadłe do czoła fali; Rzeczywiście, prawo zwykłego załamania można osobno pochodzące z tego założenia, jako Ignace-Gaston Pardies przedtem Huygensa.

Odmienne kolory świetlika odzwierciedla bańki mydlanej, ze względu na zakłócenia cienkowarstwowej (dawniej nazywany „cienkiej blachy” zakłóceń).

Chociaż Newton odrzucił teorię falową, zauważył swój potencjał, aby wyjaśnić kolorów, w tym kolorów „ cienkich płytek ” (na przykład „ Pierścienie Newtona ”, a kolory świetlik odzwierciedlenie w baniek mydlanych), przy założeniu, że światło składa okresowe fale, przy najniższych częstotliwości (najdłuższe długości fali ) na czerwonego końca spektrum działania i najwyższych częstotliwości (najkrótszej długości fal) w fioletu. W 1672 roku opublikował ciężki wskazówkę w tej sprawie, ale współcześni zwolennicy teorii falowej nie działają na nim: Robert Hooke traktowane światło jako okresowych sekwencji impulsów, ale nie używać częstotliwości jako kryterium koloru, natomiast Huygens traktowane fale indywidualnych impulsów bez okresowości; i Pardies zmarł młodo w 1673 Newton sam próbował wyjaśnić kolory cienkich płyt wykorzystujących teorię corpuscular, zakładając, że jego ciałka miał właściwość falisty z przemian „napady łatwego przesyłowego” i „ataki łatwego refleksji”, odległość pomiędzy takie jak „uniwersalny”, w zależności od koloru i nośnik, a niefortunnie, kąta załamania lub odbicia w tym nośniku. Jeszcze bardziej niefortunnie, teoria ta wymaga cienkie płytki odzwierciedla tylko na tylnej powierzchni, chociaż grubość płyty wyraźnie widoczne również na przedniej powierzchni. Dopiero w 1801 roku, że Thomas Young w Wykład Bakerian za dany rok, cytowany podpowiedź Newtona, i stanowiły barwach cienkiej płyty jako łącznego efektu przednich i tylnych odbić, które wzmacniają lub znoszą się nawzajem zgodnie z długość fali i grubość. Młoda podobnie wyjaśniono kolory „prążkowanych powierzchni” (np krat ) jako zbrojenia zależny od długości fali lub odwołania odbicia z sąsiednimi liniami. Opisał to jako zbrojenie lub anulowanie interferencji .

Thomas Young (1773/29).

Newtona, ani nie wyjaśniono Huyghens zadowalający dyfrakcji - zatarcie i obwódki cieni, gdzie według prostoliniowego rozchodzenia się, że powinny być ostre. Newton, który nazywa dyfrakcja „przegięcie”, zakłada się, że promienie światła przechodzące blisko przeszkody były wygięte ( „odmieniane”); ale jego wyjaśnienie było tylko jakościowy. Konstrukcja wspólnego styczna Huygensa, bez zmian, nie można dostosować dyfrakcji w ogóle. Dwa takie modyfikacje zostały zaproponowane przez Younga w tym samym 1801 Bakerian Lecture: po pierwsze, że wtórne fal w pobliżu krawędzi przeszkody mogą odbiegać w cieniu, ale tylko w niewielkim stopniu, ze względu na ograniczone wzmocnienie z innych fal średnich; a po drugie, że dyfrakcji krawędzi zostało spowodowane przez zakłócenia między dwoma promieniami: jedna odbija się od krawędzi, a drugi odmieniane, przechodząc w pobliżu krawędzi. Ten ostatni promień byłby undeviated jeśli wystarczająco daleko od brzegu, ale młodych nie rozwinął w tej sprawie. Były najwcześniejsze sugestii, że stopień ugięcia zależy od długości fali. Później, w 1803 Bakerian Lecture Young przestał uważać przegięcie jako oddzielne zjawiska, oraz dostarczyły dowodów, że prążki dyfrakcyjne wewnątrz cienia wąskiej przeszkody były spowodowane zakłóceniami: gdy światło z jednej strony było zablokowane wewnętrzne obrzeża zniknęły. Ale Young był sam w tych wysiłkach, dopóki Fresnela wszedł na boisko.

Huygens w swoim dochodzeniu podwójnego załamania, zauważył coś, że nie może wyjaśnić: gdy światło przechodzi przez dwa zorientowanych podobnie kryształów kalcytu przy padaniu normalnym, zwykłym promień wychodzący z pierwszego kryształu cierpi tylko zwykłe załamanie na sekundę, podczas gdy nadzwyczajne ray wyłania się z pierwszą cierpi tylko niezwykłe załamanie w drugiej; ale gdy druga kryształ jest obracany o 90 ° wokół padających promieni, role są zamienione, tak że zwykła promień wychodzący z pierwszego kryształu cierpi tylko niezwykłe załamania w drugiej i vice versa. Odkrycie to dało Newton innego powodu odrzucenia teorii fali: promienie światła najwidoczniej „strony”. Krwinki mogłyby mieć boki (lub słupy , a oni później nazwać); a fale światła nie może, ponieważ (jak wydawało) każdy fale musiałyby być podłużne (w drgania w kierunku propagacji). Newton zaproponował alternatywny „przepis” na nadzwyczajnym załamania, który jechał na jego władzy przez 18 wieku, choć uczynił „nie znaną próbę wyprowadzić go z wszelkimi zasadami optyki, korpuskularnej lub w inny sposób.” 

Étienne-Louis Malus (1775/12).

W 1808 roku Nadzwyczajne załamanie kalcytu badano eksperymentalnie, z niespotykaną dokładnością, przez Etienne-Louis Malus , i okazało się być zgodne z sferoidalnej budowy Huygensa, a nie Newtona «Rule». Malus, zachęcani przez Pierre Simon de Laplace , a następnie starał się wyjaśnić to prawo w zakresie korpuskularne: ze znaną zależnością pomiędzy incydentu i załamanym kierunkach ray, Malus pochodzi prędkość krwinki (w zależności od kierunku), które spełniają Maupertuis „s" najmniej „zasada działania. Ale, jak Młody wskazał, istnienie takiej ustawy prędkości została zagwarantowana przez Huygensa sferoidy, ponieważ Huygensa Budowa prowadzi do Zasada Fermata, który staje zasadę Maupertuis jeżeli prędkość ray został zastąpiony przez odwrotność prędkości cząstek! W corpuscularists nie znalazł siłę prawa, które dawałoby prawo domniemanego prędkości. Co gorsza, to wątpliwe, że takie prawo siła będzie spełniać warunki określone zasady Maupertuis użytkownika. W przeciwieństwie do tego, młodych przystąpił, aby pokazać, że „nośnik łatwiej ściśliwą w jednym kierunku niż w każdym kierunku prostopadłym do niego, tak jakby składało się z nieskończonej liczby równoległych płytek połączonych substancji nieco mniej elastyczny” przyznaje kuliste wzdłużne frontów falowych, a Huygens przypuszczano.

Wydrukowane etykiety widziany przez podwójnie amuj kryształu kalcytu i nowoczesnym filtrem polaryzacyjnym, obracać, aby pokazać różne polaryzacje dwoma obrazami.

Ale Malus, w trakcie swoich eksperymentów dotyczących podwójnego załamania, zauważyłem coś innego: kiedy promień światła odbija się niemetalicznych powierzchni pod odpowiednim kątem, to zachowuje się jak jeden z dwóch promieni wychodzących z kryształu kalcytu. Było Malus który ukuł termin polaryzację , aby opisać ten problem, chociaż polaryzacyjny kąt stał się znany jako Kąt Brewstera po jego zależność od współczynnika załamania światła została określona eksperymentalnie przez David Brewster w 1815. Malus wprowadziła również termin płaszczyznę polaryzacji . W przypadku polaryzacji przez odbicie, jego „płaszczyzna polaryzacji” był płaszczyznę incydentu i odbite promienie; w nowoczesnych warunkach, jest to płaszczyzna normalna do elektrycznego wibracji. 1809, Malus ponadto odkrył, że intensywność światła przechodzącego przez dwie polaryzatorów jest proporcjonalna do kwadratu cosinusa kąta między ich płaszczyznach polaryzacji ( prawa Malus w ), zarówno polaryzatorów pracy odbite lub podwójne załamanie, a wszystkie dwójłomnych kryształów produkcji zarówno niezwykłe załamania i polaryzacji. Jak corpuscularists rozpoczął próbuje wyjaśnić te rzeczy pod względem polarnych „molekuł” światła, fal teoretycy miał żadnej hipotezy roboczej na charakter polaryzacji, co skłoniło Younga aby zauważyć, że obserwacje Malus za „prezentują większe trudności do zwolenników falisty teoria niż jakichkolwiek innych faktów, z którymi zapoznaliśmy.” 

Malus zmarł w lutym 1812 roku, w wieku 36 lat, wkrótce po otrzymaniu medal rumforda za pracę przy polaryzacji.

W sierpniu 1811 roku Francois Arago podano, że jeśli cienka płyta miki była oglądana na tle białego podświetlenia spolaryzowanego przez kryształ kalcyt, dwa obrazy z miki z komplementarnymi kolorów (zbieżność o tym samym kolorze co tle). Światło wychodzące z miki była „ de spolaryzowane” w tym sensie, że nie ma orientacja kalcytu że wykonany jeden obraz znika; jeszcze nie było zwyczajne ( „ un spolaryzowane”) światła, dla którego dwa obrazy byłyby z tego samego koloru. Obracanie kalcyt wokół linii wzroku zmienił barwy, choć pozostały komplementarne. Obracanie miki zmienił nasycenia (nie odcienia) kolorów. Zjawisko to stało się znane jako chromatycznej polaryzacji . Wymiana miki o znacznie grubszej płyty kwarcu z jego powierzchni prostopadłej do osi nerwu (oś z sferoidy Huygensa lub funkcji prędkości Malus'S), wytwarza się podobnym działaniu, z wyjątkiem, że obrotowe kwarc żadnej różnicy. Arago próbował wyjaśnić swoje obserwacje w korpuskularne warunkach.

Francois Arago (1786/53).

W 1812 roku, jako Arago realizowane dalszych eksperymentów jakościowych i inne zobowiązania, Jean-Baptiste Biota przerobione ten sam grunt przy użyciu gipsu blaszkę zamiast miki, i stwierdził, skład chemiczny dla natężeń zwykłych i niezwykłych obrazów. Formuły zawarte dwa współczynniki przypuszczalnie stanowiących kolorów promieni „których dotyczy” i „bez zmian” przez płytę - na „dotkniętych” promienie są z tej samej mieszanki kolorze, co odzwierciedla amorficznych cienkich płyt proporcjonalne, lecz mniejsze, o grubości.

Jean-Baptiste Biota (1774/62).

Arago protestował, twierdząc, że dokonał niektóre z tych samych odkryć, ale nie miał czasu na pisanie ich. W rzeczywistości pokrywają między pracą Arago i Biota był minimalny, ponieważ Arago był tylko jakościowy i poszukiwane na inne tematy. Ale spór wywołał notorycznie spada out pomiędzy dwoma mężczyznami.

Później w tym samym roku, Biota próbował wyjaśnić obserwacje jako oscylacji przyrównania „dotkniętych” krwinkami z częstotliwością proporcjonalną do tego z „pasuje” Newtona, wskutek sił w zależności od ustawienia. Teoria ta stała się znana jako mobilnego polaryzacji . Aby pogodzić swoje wyniki z krzywej sinusoidalnej, Biota musiał przypuszczać, że krwinki wyłonił z jednym z dwóch dopuszczalnych kierunków, mianowicie skrajności oscylacji, z prawdopodobieństwa w zależności od fazy oscylacji. Corpuscular optyka stawała się coraz droższe od założeń. Jednak w 1813 Biot podano, że w przypadku kwarcu prostsze: zjawisko zaobserwowania (zwanego obecnie skręcalności optycznej lub aktywności optycznej albo czasami polaryzacji obrotowy ) stopniowy obrót w kierunku polaryzacji z odległości i mogą być wyjaśnione przez odpowiedni obrót ( nie drgań) z krwinkami.

Na początku 1814 roku, przeglądu prac Biota na chromatycznej polaryzacji, Młody zauważyć, że okresowość koloru w zależności od grubości płyty - w tym współczynnik przez który termin przekroczony że odblaskowej cienkiej płyty, a nawet efekt nachylenia z płytka (nie rola polaryzacji) - mogą być wyjaśnione przez teorię fali w zakresie różnych czasów propagacji fal zwyczajnego i nadzwyczajnego przez płytę. Ale Young był wówczas jedynym obrońcą publicznej teorii falowej.

Podsumowując, na wiosnę 1814 roku, jako Fresnela bezskutecznie próbowała odgadnąć, co było polaryzacja, że ​​corpuscularists myślał, że oni wiedzieli, natomiast teoretycy fali (jeśli możemy użyć liczby mnogiej) dosłownie nie miał pojęcia. Obie teorie twierdził wyjaśnić prostoliniowego rozchodzenia, ale wyjaśnienie fala była zdecydowanie uznać za przekonujące. Teoria corpuscular nie mógł połączyć podwójnego załamania do określonych sił powierzchniowych; Teoria fal nie mógł jeszcze połączyć go z polaryzacją. Teorii cząsteczkowej słaby cienkich płytek i milczy na siatce; Teoria fal był silny na obu, ale w cenione. Jeśli chodzi o dyfrakcji, teoria corpuscular nie dały prognozy ilościowe, podczas gdy teoria fala zaczęła się robić tak rozważając dyfrakcji jako przejaw ingerencji, ale uważał tylko dwa promienie naraz. Tylko teoria corpuscular dał nawet mgliste wgląd Kąt Brewstera, prawa Malus, albo skręcalności optycznej. Odnośnie chromatyczną polaryzacji, teoria fal wyjaśnił okresowość znacznie lepsze niż teorii krwinek, ale nie miał nic do powiedzenia na temat roli polaryzacji; i jego wyjaśnienie okresowości w dużej mierze ignorowane. I Arago założył studium chromatycznej polaryzacji, tylko stracić prowadzenie, kontrowersyjnie, aby Biot. Takie były okoliczności, w których Arago pierwszy usłyszałem zainteresowania Fresnela w optyce.

Zamyślenia

Płaskorzeźba z wujkiem Fresnela Leonor Merimee (1757/36), na tej samej ścianie jako pomnika Fresnela w Broglie.

Litery Fresnela z później w 1814 ujawniają swoje zainteresowania w teorii fal, w tym jego świadomości, że to wytłumaczyć stałość prędkości światła i był zgodny z przynajmniej aberracji gwiezdnej. Ostatecznie on skompilowany co nazwał jego Zamyślenia (rozważania) do eseju i przekazała go poprzez Leonor Mérimée do André Ampère , którzy nie reagują bezpośrednio. Jednak w dniu 19 grudnia Mérimée kolację z Ampère i Arago, z którym znał przez École Polytechnique; Arago i obiecał przyjrzeć eseju Fresnela.

W połowie 1815 roku, w drodze do domu do Mathieu służyć jego zawieszenie, Fresnela spotkał Arago w Paryżu i mówił o teorii falowej i aberracji gwiezdnej. Został poinformowany, że starał się przełamać otwarte drzwi ( „ il enfonçait des Portes ouvertes ”), a skierowany do klasycznych prac nad optyką.

Dyfrakcja

Pierwsza próba (1815)

W dniu 12 lipca 1815 roku, jako Fresnela miał opuścić Paryż, Arago zostawił mu notatkę na nowym temacie:

Nie wiem o żadnej książce, która zawiera wszystkie eksperymenty, które fizycy robią na dyfrakcji światła. M'sieur Fresnela będzie tylko w stanie poznać tę część optyki czytając pracę przez Grimaldi , jednego Newton, angielskiej traktatu przez Jordan, a wspomnienia Brougham i młode, które są częścią kolekcji to Philosophical Transactions .

Fresnela nie miałby łatwego dostępu do tych prac poza Paryża, i nie mógł czytać po angielsku. Ale, Mathieu - z punktowym źródłem światła wykonane przez skupienie promieni słonecznych z kroplą miodu, surowej mikrometr własnej konstrukcji oraz wspieranie urządzenia wykonany przez miejscowego ślusarza - zaczął swoje eksperymenty. Jego technika była nowa: o ile wcześniej badacze nie przewiduje prążków na ekranie, Fresnela szybko opuszczony ekranu i obserwowano prążków w przestrzeni, przez soczewkę z mikrometra na jego ostrości, umożliwiając bardziej dokładne pomiary, wymagając mniej światła.

Później w lipcu, po ostatecznej klęsce Napoleona, Fresnela został przywrócony z przewagą po wycofał zwycięską stronę. On zażądał urlopu dwumiesięcznego nieobecności, którą łatwo przyznanej ponieważ publicznych były w zawieszeniu.

W dniu 23 września pisał do Arago, począwszy od „Myślę, że znalazłem wyjaśnienia i prawo kolorowymi frędzlami których jeden ogłoszeń w cieniu organów oświetlone przez świecącego punktu.” W tym samym punkcie, jednak Fresnela dorozumiany wątpliwości co do nowości swojej pracy: zauważając, że będzie musiał ponieść pewne koszty w celu poprawy jego pomiarów, chciał wiedzieć, „czy to nie ma sensu, i czy prawa dyfrakcja nie zostało już ustalone przez dostatecznie dokładnych eksperymentach „. Wyjaśnił, że nie miał jeszcze szansę nabycia rzeczy na swoich lektur, z wyjątkiem pozornej „książki Younga”, który nie mógł zrozumieć bez pomocy brata. Nic dziwnego, że miał odtworzone wielu etapów Younga.

W pamiętniku wysłane do Instytutu w dniu 15 października 1815 r Fresnela odwzorowane zewnętrznych i wewnętrznych frędzle w cieniu drutu. Zauważył, jak młode przed nim, że wewnętrzne frędzle zniknął, gdy światło z jednej strony został zablokowany, i stwierdziła, że „wibracje dwóch promieni, które przecinają się wzajemnie pod bardzo małym kątem można ze sobą sprzeczne ...” Ale, podczas gdy młody wziął zanik wewnętrznych frędzlami jako potwierdzenie zasady ingerencji Fresnela poinformował, że było to wewnętrzne frędzle że pierwszy dobył uwagę na zasady. Wyjaśnić wzór dyfrakcji Fresnela wykonana wewnętrzne prążków rozważając przecięcia kolistych frontów falowych emitowane z dwóch krawędzi przeszkód oraz obrzeża zewnętrzne, rozważa się punkty przecięcia bezpośrednich fale i fale odbite od bliższej krawędzi. Dla frędzle zewnętrznych, w celu uzyskania dopuszczalnego umowę z obserwacji, musiał przypuszczać, że odbita fala został odwrócony ; i zauważył, że przewidywane ścieżki marginesie były hiperboliczny. W części pamiętnika, który najwyraźniej przekroczony Younga, Fresnela wyjaśnił zwykłe prawa odbicia i załamania w warunkach zakłóceń, zauważając, że jeśli dwie równoległe promienie odbijały lub załamane w inny niż określony kąt, to oni nie mają już takie same faza na wspólnej pionowej płaszczyźnie, a każdy drgań będzie anulowany przez pobliskie wibracji. Zauważył, że jego wyjaśnienie było ważne pod warunkiem, że nieregularności powierzchni były znacznie mniejsze niż długość fali.

W dniu 10 listopada Fresnela wysłał dodatkową nutę czynienia z pierścieniami Newtona i krat, w tym po raz pierwszy, transmisja kraty - choć w tym przypadku zakłócających promienie nadal zakłada się, że „odmieniane” i weryfikacja eksperymentalna była nieodpowiednia, ponieważ on używany tylko dwa wątki.

Jak Fresnela nie był członkiem Instytutu, los jego pamiętnika zależała w dużym stopniu od raportu jednego członka. Reporter do pamiętnika Fresnela okazało się Arago (z Poinsot jak inne przeglądarki). W dniu 8 listopada Arago napisał do Fresnela:

Zostałem poinstruowany przez Instytut zbadać swoje wspomnienia na temat dyfrakcji światła; Uczyłam się go uważnie i znaleźć wiele ciekawych eksperymentów, z których niektóre już zostały wykonane przez dr Thomas Young, który ogólnie uważa to zjawisko w sposób raczej analogiczny do tego, który przyjęły. Ale co ani on, ani nikt nie widział przed sobą to, że zewnętrzne kolorowe opaski nie podróżują w linii prostej w miarę oddalania się od nieprzezroczystego ciała. Wyniki zostały uzyskane w związku z tym wydaje mi się bardzo ważne; być może mogą służyć do udowodnienia prawdziwości systemu falisty, tak często i tak słabo zwalczane przez fizyków, którzy nie chciało się go zrozumieć.

Fresnela był zmartwiony, chcąc wiedzieć dokładniej, gdzie zderzył się z młodymi. W odniesieniu do zakrzywionej ścieżkach „kolorowych pasków” Young zauważył hiperbolicznej ścieżki prążków w interferencji dwóch źródeł wzoru, odpowiadającego w przybliżeniu Fresnela wewnętrznej obrzeża, oraz że opisany hiperbolicznej prążków, które pojawiają się na ekranie w prostokątnych cieni. Ale Arago naruszył jego przekonania, że zakrzywione ścieżki marginesie były fundamentalnie sprzeczne z teorią krwinek.

List Arago ciągnęły się do żądania większej ilości danych na granicy zewnętrznej. Fresnela spełnione, dopóki nie wyczerpał swojego urlopu i został przydzielony do Rennes w departamencie Ille-et-Vilaine . W tym momencie Arago wstawił z Gaspard de Prony , szef École des Ponts, który napisał do Louis-Mathieu Mole , szef Corps des Ponts, co sugeruje, że postęp nauki i prestiżu Korpusu byłyby większe, gdyby Fresnela dało przyjść do Paryża na raz. Przybył w marcu 1816 roku, a jego urlop został następnie przedłużony przez środek roku.

Tymczasem w eksperymencie zgłoszone w dniu 26 lutego 1816 Arago zweryfikowane prognozy Fresnela, że ​​wewnętrzne obrzeża zostały przesunięte jeśli promienie na jednej stronie przeszkody przeszedł przez cienką szklaną blaszki. Fresnela prawidłowo przypisać to zjawisko do prędkości niższej fali w szkle. Arago później użył podobnego argumentu w celu wyjaśnienia kolory w scyntylacji gwiazd.

Fresnela aktualizowany pamiętnik został ostatecznie opublikowany w marcu 1816 roku emisji Annales de Chimie et de Physique , którego Arago niedawno stać współredaktorem. Kwestia ta w rzeczywistości nie pojawiają się dopiero w maju. W marcu Fresnela już konkurencję: Biota czytać pamiętnik na dyfrakcji przez niego i jego ucznia Claude Pouillet , zawierający dane obfite i twierdząc, że regularność prążków dyfrakcyjnych, jak prawidłowości Pierścienie Newtona, muszą być powiązane z „pasuje” Newtona. Ale nowy związek nie był rygorystyczny, a sam Pouillet stałaby się wyróżnić wśród pierwszych teorii falowej.

„Skuteczna ray”, eksperyment dwukrotnie lustro (1816)

Replika schemacie Younga dwa źródła zakłóceń (1807) ze źródłami A i B produkujących minimów na C , D , E i F .
Podwójne lustro Fresnela (1816). Segmenty zwierciadła M 1 i M 2 wytwarzać wirtualnych obrazów S 1 i S 2 szczeliny S . Na zacienionym obszarze, belki z dwóch wirtualnych obrazów zachodzą na siebie i ingerować w sposób Younga (powyżej).

W dniu 24 maja 1816 roku, pisał do Fresnela Younga (w języku francuskim), uznając, jak niewiele własnego pamiętnika był nowy. Ale w „Dodatku” podpisanej w dniu 14 lipca i czytać następnego dnia, Fresnela zauważyć, że wewnętrzne obrzeża były bardziej dokładnie przewidzieć zakładając, że oba promienie zakłócające pochodziła z pewnej odległości na zewnątrz krawędzi przeszkody. Aby to wyjaśnić, on podzielony na czoło fali padającej na przeszkodzie do tego, co obecnie nazywamy strefy Fresnela , tak że fale wtórne z każdej strefy rozprowadzono ponad pół cyklu, kiedy dotarli do punktu obserwacyjnego. Strefy, w każdym boku przeszkody w dużym stopniu eliminowana parami, z wyjątkiem pierwszego, który został reprezentowany przez „skuteczny promień”. Takie podejście pracował dla wewnętrznych frędzlami, ale superpozycją sprawnej ray i bezpośrednim ray czy nie działa na zewnętrznych obrzeżach.

Wkład z „skuteczny promień” Sądzono być tylko częściowo odwołane, z przyczyn leżących dynamikę Medium: gdzie czoła fali była ciągła, symetria zabronił skośne wibracje; ale w pobliżu przeszkodę obcięcia czoło fali asymetria pozostawiono pewne boki drgania w kierunku cienia geometryczne. Argument ten pokazał, że miał Fresnela (jeszcze) nie w pełni przyjętą zasadą Huygensa, która pozwalała na promieniowanie ukośny ze wszystkich części przedniej.

W tym samym dodatek, opisane Fresnela jego znanej podwójnego lustra, składający się z dwóch płaskich zwierciadeł połączone pod kątem nieco mniejszym od 180 °, z którego produkowane z dwóch nacięć wzoru zakłóceń od dwóch wirtualnych obrazów do tej samej szczeliny. Konwencjonalny Doświadczenie Younga wymaga wstępnego jednolitego nacięcia, aby światło padające na podwójnej szczeliny była spójna (Sync). W wersji Fresnela wstępna pojedyncza szczelina została zachowana, a podwójna szczelina została zastąpiona przez podwójnego lustra - które nie miały żadnego fizycznego podobieństwa do podwójnej szczeliny i jeszcze wykonał tę samą funkcję. Wynik ten (który został ogłoszony przez Arago w numerze marcowym Annales ) sprawiły, że trudno uwierzyć, że wzór dwóch szczelina miała nic wspólnego z ciałka są odchylane, kiedy przechodzili w pobliżu krawędzi szczeliny.

Ale 1816 był „ rok bez lata ”: rośliny nie udało; głodnych rodzin rolniczych wyłożone ulice Rennes; rząd centralny zorganizowany „Workhouses charytatywne” dla potrzebujących; aw październiku Fresnela został wysłany z powrotem do Ille-et-Vilaine nadzorować robotników charytatywne oprócz jego regularnej załogi drogowego. Według Arago,

z Fresnela sumienność zawsze była przede wszystkim część jego charakteru, a on ciągle wykonywał swoje obowiązki jako inżynier z najbardziej rygorystycznych skrupulatnością. Misją bronić dochody państwa, w celu uzyskania dla nich najlepszą pracę możliwe, ukazał się jego oczach w świetle kwestia honoru. Funkcjonariusz, co może być jego rangi, którzy zgłosili się do niego konto niejednoznaczne, stał się od razu przedmiotem jego głębokiej pogardzie. ... W takich okolicznościach nawykowe łagodność jego maniery zniknęły ...

Litery Fresnela od grudnia 1816 odsłonić jego konsekwencji lęk. Aby Arago poskarżył bycia „dręczony przez niepokoje nadzoru, oraz konieczności nagana ...” I do Mérimée pisał: „Uważam, nic bardziej męcząca niż konieczności zarządzania innych ludzi, i muszę przyznać, że nie mam pojęcia, co ja 'robię." 

wspomnienia nagroda (1818), a kontynuacja

W dniu 17 marca 1817 roku, Académie des Sciences ogłosiła, że dyfrakcja będzie tematem dla fizyki półrocznego Grand Prix zostać przyznany w 1819 roku Termin zgłoszeń został ustalony na 1 sierpnia 1818 roku, aby dać czas do replikacji eksperymentów. Choć sformułowanie problemu, o którym mowa promieni i przegięcia i nie zaprosić rozwiązań opartych na fali, Arago i Ampère zachęcani Fresnela, aby wejść.

Na jesieni 1817 roku, Fresnela, wspierany przez de Prony, uzyskał urlopu od nowego szefa Corp des Ponts, Louis Becquey i wrócił do Paryża. Podjął swoje obowiązki inżynierii wiosną 1818 roku; ale od tej pory był siedzibą w Paryżu, najpierw na Canal de l'Ourcq , a następnie (od maja 1819) z katastru z chodników.

W dniu 15 stycznia 1818 roku, w innym kontekście (revisited poniżej) Fresnela wykazały, że dodanie funkcji sinusoidalnych o tej samej częstotliwości ale o różnych etapach analogicznie jak dodanie siły z różnych kierunków. Jego metoda podobna do fazorów reprezentacji, oprócz tego, że „siły” były płaskie wektory zamiast liczb zespolonych ; mogą one być dodawane, i mnoży przez skalarnych , ale nie jest (jeszcze) mnoży i dzieli się przez siebie. Wyjaśnienie było algebraiczne zamiast geometrycznej.

Znajomość tej metody założono we wstępnym uwaga na dyfrakcji z dnia 19 kwietnia 1818 i złożony w dniu 20 kwietnia, w którym przedstawił Fresnela elementarnej teorii dyfrakcji, jak znaleźć w nowoczesnych podręcznikach. On przekształcone zasadę Huygensa w połączeniu z zasadą superpozycji , mówiąc, że drgania w każdym punkcie na czoła fali jest sumą drgań, które byłyby skierowane do niej w tej chwili o wszystkich elementach czoła fali w żadnej ze swoich poprzednich stanowiskach wszystkie elementy działające oddzielnie (patrz zasada Huygensa ) . Dla czoła fali częściowo blokowany w poprzednim położeniu, podsumowanie ma być wykonywane na części bez przeszkód. W kierunkach innych niż normalny do pierwotnego czoła fali, fale wtórne zostały osłabione na skutek nachylenia, ale znacznie bardziej osłabiony przez destrukcyjnej ingerencji, tak że efekt samego nachylenia może być ignorowane. W przypadku dyfrakcji liniałem natężenie jako funkcji odległości od geometrycznego cienia może być następnie wyrażone z wystarczającą dokładnością, w zakresie tego, co nazywa się znormalizowane całki Fresnela :

Znormalizowane całki Fresnela C ( x )  , S ( x ) .
  ;  

To samo notatka zawierać tabelę całek, do górnej granicy wynoszącej od 0 do 5,1, w krokach 0,1, obliczony z błąd średniej 0,0003, a także mniejszą tabeli maksimów i minimów natężeniem.

W swoim ostatnim „Memoir na dyfrakcji światła”, złożony w dniu 29 lipca i opatrzonego łacińskie motto „ Natura simplex et fecunda ” ( „Natura prosty i płodny”), Fresnela nieznacznie rozszerzony dwie tablice bez zmiany istniejące dane, z wyjątkiem korekty pierwszej minimalnej intensywności. Dla kompletności powtórzył jego rozwiązanie „problemu zakłóceń”, którego funkcje sinusoidalne są dodawane jak wektorów. Przyznał kierunkowości źródeł wtórnych i zmienności ich odległości od punktu obserwacyjnego, przede wszystkim wyjaśnić, dlaczego te rzeczy sprawiają, nieistotną różnicę w kontekście, oczywiście pod warunkiem, że źródła wtórne nie promieniują w kierunku wstecznym. Następnie, stosując teorię interferencji fal średnich, wyraził intensywności światła ugiętego przez jedną prostą krawędzią (półpłaszczyźnie) pod względem całki, które zaangażowane są wymiary problemu, ale które mogą być przekształcone w znormalizowanych form powyżej. W odniesieniu do całek wyjaśnił obliczenie minimum i maksimum intensywności (frędzlami zewnętrzne) i stwierdził, że intensywność obliczona spada bardzo szybko, jak przesuwania się w cieniu geometryczne. Ostatni wynik, jak mówi Olivier Darrigol „sprowadza się do dowodu prostoliniowego rozchodzenia się światła w teorii falowej, rzeczywiście pierwszy dowód, że nowoczesna fizyka nadal zaakceptować.” 

Do badań doświadczalnych swoich obliczeniach Fresnela stosować światło czerwone o długości fali 638 nm, który wyprowadzona z wzoru dyfrakcji prostego przypadku, w którym światło pada na jednym SLIT skupiane przez soczewkę cylindryczną. Z różnych odległościach od źródła do przeszkody i od przeszkody do punktu pola, on porównał obliczone i obserwowane pozycje frędzlami dla dyfrakcji przez półpłaszczyźnie, szczeliny i wąskim paskiem - koncentrując się na minimach , które są wizualnie ostry niż maksimum. Do szczeliny i taśmy, nie mógł korzystać z wcześniej obliczoną tablicę minimum i maksimum; dla każdej kombinacji wymiarów, intensywność musiały być wyrażone sumy lub różnicy całek Fresnela i obliczyć z tabeli całek i ekstrema, wyliczoną na nowo. Umowa między obliczeń i pomiarów była lepsza niż 1,5% w prawie każdym przypadku.

Pod koniec pamiętnika, Fresnela podsumował różnicę między stosowaniem Huygensa fal średnich i jego własna: podczas Huygensa mówi, że jest światło tylko wtedy, gdy fale wtórne dokładnie uzgodnić, Fresnela mówi, że nie jest kompletna ciemność tylko gdzie fale wtórne dokładnie anulować na zewnątrz.

Siméon Denis Poissona (1781/40).

Komitet składa się sądząc Laplace, Biot i Poissona (wszystkie corpuscularists), Gay-Lussac (niezatwierdzone) i Arago, który ostatecznie napisał raport komisji. Chociaż wpisy w konkursie miały być anonimowy dla sędziów, Fresnela musi być rozpoznawalny przez treść. Była tylko jedna pozycja, z których żaden rękopis, ani żaden zapis autora przetrwała. Że wejście (oznaczone jako „nr. 1”) została wymieniona tylko w ostatnim akapicie raportu sędziów, zauważając, że autor wykazał nieznajomość odpowiednich wcześniejszych prac młodych i Fresnela, używane niewystarczająco precyzyjnych metod obserwacji, pomijane znany zjawiska, wykonane oczywiste błędy. W słowach John Worrall „Konkurs stoi Fresnela trudem były mniej sztywne.” Możemy wywnioskować, że komisja miała tylko dwie opcje: ( „nie przyzna nagrodę Fresnela 2”), lub odmówić.

Cienia rzucanego przez przeszkody, 5,8 mm średnicy na ekranie 183 cm, z tyłu, w świetle słonecznym, przechodzącej przez mały otworek 153 cm, z przodu. Do słabych kolorów prążków przedstawiają zależność długości fali wzór dyfrakcji. W centrum jest / spot Arago za Poissona.

Komisja obradowała w nowym roku. Następnie Poissona, wykorzystując przypadek, w którym teoria Fresnela dało łatwe całki, przewiduje się, że w przypadku kolistą przeszkodą naświetlano za pomocą punktowego źródła powinny być (według teorii) plama na środku cienia, oświetlenie jaśniej jak na zewnątrz. Wydaje się, że zostały pomyślane jako reductio ad absurdum . Arago zniechęcać zmontowane eksperyment z przeszkodą 2 mm - i w środku cienia był miejscem Poissona .

Raport jednomyślni komisji, czytać na posiedzeniu Académie w dniu 15 marca 1819 roku, otrzymał nagrodę „Pamiętnik oznaczoną nr. 2, a także mając jako motto: Natura simplex et fecunda ”. Na tym samym posiedzeniu, po wyrok został wydany, prezes Académie otworzył zamkniętą notatka towarzyszący pamiętnik, ujawniając autora jako element Fresnela. Nagroda została ogłoszona na posiedzeniu publicznym Académie tydzień później, w dniu 22 marca.

Weryfikacja Arago za przewidywania intuicyjne Poissona przeszedł do folkloru, jak gdyby zdecydował nagrody. Pogląd ten jednak nie jest obsługiwany przez raporcie sędziowskim, który dał sprawa tylko dwa zdania w przedostatnim akapicie. Ani triumf Fresnela natychmiast przekształcić Laplace, Biot i Poisson do teorii fal, przez co najmniej czterech powodów. Po pierwsze, mimo że profesjonalizacja nauki we Francji założyli wspólne normy, to było jedno przyznać kawałek badań jako spełniające te normy, a co innego uważać to jako ostateczne. Po drugie, można było interpretować Całka Fresnela jako zasad łączenia promienie . Arago nawet zachęcani tę interpretację, przypuszczalnie w celu zmniejszenia odporności na idei Fresnela. Nawet Biota rozpoczął nauczanie Zasada Huygensa bez angażowania się na zasadzie fal. Po trzecie, teoria Fresnela nie wyjaśnić mechanizm generowania fal wtórnych lub dlaczego nie mieli żadnego znaczącego kątową rozprzestrzeniania; Ten problem szczególnie przeszkadza Poissona. Po czwarte, pytanie, które najbardziej skorzystał fizyków optycznych w tym czasie nie było dyfrakcja, polaryzacja, ale - na którym Fresnela pracowali, ale było jeszcze dokonać jego krytycznego przełomu.

Polaryzacja

Tło: Emissionism i selectionism

Emisji teoria światła był taki, który uważany propagację światła w transporcie pewnego rodzaju substancji. Chociaż teoria corpuscular był oczywiście teorią emisji, odwrotna nie postępować: w zasadzie można być emissionist nie będąc corpuscularist. To było wygodne, ponieważ, poza zwykłymi prawami odbicia i załamania, emissionists nigdy nie udało się sprawdzalne prognozy ilościowe z teorii sił działających na ciałek światła. Ale oni zrobili dokonać prognozy ilościowe z pomieszczeń, które były promienie policzalne obiekty, które były konserwowane w ich interakcji z materią (z wyjątkiem mediów chłonnego), a która miała konkretne wytyczne w odniesieniu do ich kierunków propagacji. Zgodnie z tym ramowego polaryzacji i pokrewnych zjawisk podwójnego załamania i częściowe odbicie udział zmianę orientacji promieni i / lub wybranie je zgodnie z orientacją i stan polaryzacji wiązki (wiązki promieni) był kwestia ile promienie były w jakich kierunkach: w pełni spolaryzowanej wiązki, kierunki były takie same. Takie podejście, które Jed Buchwald powołał selectionism , został wprowadzony przez Malus i rzetelnie prowadzona przez Biot.

Fresnela, w przeciwieństwie do tego, postanowił wprowadzić do eksperymentów polaryzacji interferencyjnych.

Zakłócenia spolaryzowanego światła, chromatyczne polaryzacji (1816/21)

W lecie 1816 roku, Fresnela odkryli, że kiedy dwójłomne kryształ produkowany dwa obrazy na pojedynczej szczelinie, mógł nie otrzymać zwykle dwie szczeliny wzór interferencyjny, nawet jeśli on kompensowany dla różnych czasów propagacji. Bardziej ogólnie eksperyment sugeruje Arago, że jeśli dwie belki urządzenia dwuszczelinowego oddzielnie spolaryzowane wzoru interferencyjnego pojawił się i zniknął polaryzacja jednej belki została obrócona, co daje pełną zakłócenia dla równoległych polaryzacji, lecz bez zakłóceń dla prostopadłych polaryzacjach (patrz prawa Fresnela-Arago ) . Te eksperymenty, między innymi, zostały ostatecznie przedstawione w krótkim wspomnieniu opublikowanym w 1819 roku, a później w języku angielskim.

W pamiętniku sporządzonego w dniu 30 sierpnia 1816 i zmienionego w dniu 6 października Fresnela zgłaszane eksperyment, w którym umieścił dwa pasujące cienkie laminy w aparacie dwiema szczelinami - jeden nad każdą szczelinę, z ich optycznych osi prostopadłej - i uzyskał dwa wzory interferencyjne offsetu w przeciwnych kierunkach, z prostopadłych polaryzacjach. To, w połączeniu z wcześniejszymi ustaleniami, oznaczało to, że każda blaszka podzielić padające światło spolaryzowane prostopadle do elementów o różnych prędkościach - tak jak zwykły (grubości) dwójłomności kryształów, w przeciwieństwie do „mobile” polaryzacji hipotezy Biota.

W związku z powyższym, w tym samym pamiętniku Fresnela zaoferował swoją pierwszą próbę na fali teorii chromatycznej polaryzacji. Kiedy światło spolaryzowane przepuszcza przez blaszki kryształu, został podzielony na zwyczajnych i nadzwyczajnych fal (z intensywnością opisanych przez prawo Malus'S), a te były spolaryzowane prostopadle, a zatem nie przeszkadzają, tak, aby nie były produkowane kolory (jeszcze). Ale jeśli oni następnie przepuszcza się przez analizator (drugi polaryzacyjnym), ich polaryzacje zostały doprowadzone do wyrównania (o intensywności ponownie zmodyfikowany zgodnie z prawem za Malus), a oni ingerować. Wyjaśnienie to, samo w sobie, przewiduje, że jeśli analizator jest obracany o 90 °, zwykłe i niezwykłe fale po prostu przełączyć role, tak, że jeśli analizator ma formę kryształu kalcytu, dwa obrazy blaszki powinny być tego samego odcienia (kwestia ta została przekształcona poniżej). Ale w rzeczywistości, jak znalazł Arago i Biota są kolory uzupełniające. Aby poprawić przewidywania, Fresnela zaproponowano zasadę inwersji faz przy czym jeden z tych składowych fal jednego z dwóch obrazów przeszły dodatkowe 180 ° przesunięcie fazy na drodze przez blaszki. To odwrócenie było osłabienie w stosunku do teorii Biota, jak Fresnela potwierdzony, chociaż zasada określona który z dwóch obrazów miał odwróconą falę. Ponadto Fresnela mógłby dotyczyć jedynie szczególnych przypadkach, bo jeszcze nie rozwiązany problem nakładanie funkcje sinusoidalne z arbitralnych różnic fazowych ze względu na propagację przy różnych prędkościach poprzez blaszki.

On rozwiązał ten problem w „Dodatku” podpisanej w dniu 15 stycznia 1818 (jak wyżej). W tym samym dokumencie, on umieszczony prawo Malus poprzez zaproponowanie przepisów podstawowej: że jeśli spolaryzowane światło pada na dwójłomności kryształu z jego osi nerwu pod kątem θ do „płaszczyzny polaryzacji”, zwyczajnych i nadzwyczajnych drgań (jako funkcje czas) są skalowane przez czynniki cos θ i sin θ , odpowiednio. Chociaż nowoczesne czytniki łatwo zinterpretować te czynniki pod względem prostopadłych składników poprzecznych drgań, Fresnela nie (jeszcze) wyjaśniać je w ten sposób. Stąd wciąż potrzebne zasadę inwersji faz. Zgłosił wszystkie te zasady do przypadku chromatycznej polaryzacji nieobjętym wzorach Biota, z udziałem dwóch kolejnych laminy z osiami oddzielonych o 45 °, a uzyskane przypuszczenia, że nie zgadzał się z eksperymentów Biota (z wyjątkiem szczególnych przypadków), ale zgodził się z jego własną.

Fresnela stosować te same zasady, które w przypadku standardowych chromatycznej polaryzacji, w którym jeden dwójłomne blaszki pocięto równolegle do jej osi i umieszczone pomiędzy polaryzatorem i analizatorem. Jeśli analizator przybrał formę grubą kryształu kalcytu z własnej osi w płaszczyźnie polaryzacji Fresnela przewidział, że intensywność zwykłych i niezwykłych obrazów blaszki były odpowiednio proporcjonalne do

gdzie jest kątem od początkowej płaszczyzny polaryzacji do osi optycznej blaszki, to kąt od początkowej płaszczyzny polaryzacji względem płaszczyzny polaryzacji końcowego zwykłego obrazu i jest opóźnienie fazy nadzwyczajnej fali w stosunku do zwykłych fal z powodu różnicy czasów propagacji przez blaszki. Terminy w to terminy zależne od częstotliwości i wyjaśnić dlaczego płytkowym może być cienki w celu wytworzenia dostrzegalnych barw: jeśli blaszka jest zbyt gruby, będzie przechodzić przez zbyt wiele cykli, jak częstotliwość zmienia się wzdłuż zakresie widzialnym, a oko ( która dzieli widzialnego do tylko trzy zespoły ), nie będzie w stanie rozwiązać cykli.

Z tych równań jest łatwo zweryfikować, że dla wszystkich , dzięki czemu kolory są komplementarne. Bez zasady inwersji faz, to będzie także znak przed ostatnim okresie w drugim równaniu, tak że -zależną termin będzie taka sama w obu równaniach, co oznacza (niesłusznie), że kolory były tej samej barwy ,

Równania te zostały zawarte w nocie niedatowanego że Fresnela dał Biot Biot, do którego dodano kilka linijek własnego. Jeżeli podstawimy

 i 

następnie wzory Fresnela można zapisać jako

które nie są niczym innym niż empirycznych wzorów Biota z 1812 roku, z tym że Biota interpretować i jak „zdrowych” i „dotkniętych” asortymentów incydentu promienie na blaszce. Jeśli podstawienia Biota były dokładne, będą oznaczać, że jego wyniki doświadczalne zostały w pełni wyjaśnione przez teorię Fresnela niż jego własna.

Arago opóźniony raportowanie o pracach dotyczących Fresnela chromatycznej polaryzacji aż do czerwca 1821, kiedy je stosować w szerokim ataku na teorii Biota. W swojej pisemnej odpowiedzi Biot protestowali, że atak Arago powędrowała poza prawidłowym zakresem raportu o nominowanych dzieł Fresnela. Ale Biota twierdził również, że podstawienia dla a i dlatego wyrażenia Fresnela dla i były empirycznie błędne, ponieważ gdy intensywność Fresnela widmowych kolory zostały zmieszane zgodnie z zasadami Newtona, kwadratu cosinus i sinus funkcje zmieniały się zbyt płynnie w celu uwzględnienia obserwowanej sekwencji kolorów. Że roszczenie zwrócił pisemną odpowiedź od Fresnela, który sporną, czy kolory zmieniły się nagle, jak twierdził Biota i czy ludzkie oko mogło ocenić kolor z wystarczającą dla celów obiektywności. W tej ostatniej kwestii, Fresnela wskazał, że różni obserwatorzy mogą dać różne nazwy tego samego koloru. Ponadto, powiedział jeden obserwator może jedynie porównać kolory side-by-side; i nawet jeśli są one uznane za takie same, tożsamość jest czucia, niekoniecznie składu. Najstarszym i najsilniejszym punktem Fresnela - że cienkie kryształy były przedmiotem tych samych praw jak te grube i nie potrzebują lub umożliwić odrębną teorię - Biota pozostało bez odpowiedzi. Arago i Fresnela były postrzegane wygrał debatę.

Ponadto w tym czasie Fresnela miał nowy, prostszy wyprowadzenie swoich równań na chromatycznej polaryzacji.

Przełom Pure fale poprzeczne (1821)

Andre Marie amper (1775/36).

W projekcie pamiętnika z dnia 30 sierpnia 1816, Fresnela wymienionych dwóch hipotez - z których jeden przypisywane Ampère'a - o których brak zakłócenia prostopadle spolaryzowane promienie można wyjaśnić, jeśli fale spolaryzowane światło są częściowo poprzeczne . Ale Fresnela nie mogła rozwinąć jeden z tych pomysłów w kompleksowej teorii. Zgodnie z jego późniejszym uwagę, zarówno on, jak i Ampère realizowany już we wrześniu 1816 roku, że nieingerencji z prostopadle spolaryzowanego belek, wraz z zasadą inwersji faz w chromatycznej polaryzacji, byłoby najłatwiej wyjaśnić, czy fale były czysto poprzeczny. Ale to by podnieść nową trudność: jak naturalne światło wydawało się un spolaryzowane i jego fale były zatem domniemywać być podłużne, należałoby wyjaśnić, jak podłużna składowa drgań zniknął na polaryzację, a dlaczego nie pojawić, gdy światło spolaryzowane zostało odbite lub załamane ukośnie przez płytę szklaną. 

Niezależnie od tego, w dniu 12 stycznia 1817 roku, młody napisał do Arago (w języku angielskim), zauważając, że drgania poprzeczne stanowiłoby polaryzację, i że jeśli dwie fale podłużne skrzyżowane w znacznym kątem, nie mogli zrezygnować bez pozostawienia resztkowej drgania poprzeczne. Młoda powtórzył tę myśl w artykule opublikowanym w suplemencie do Encyclopaedia Britannica w lutym 1818 roku, w której dodał, że ustawa Malus byłby być wyjaśnione czy polaryzacja polegała na poprzecznej ruchu.

Zatem Fresnela, przez jego własnego świadectwa, może nie być pierwszą osobą, aby podejrzewać, że fale świetlne mogą mieć poprzeczny element , lub że spolaryzowane fale były wyłącznie poprzeczne. I to był młody, nie Fresnela, który jako pierwszy opublikował na pomysł, że polaryzacja zależy od orientacji wibracji poprzecznej. Ale te niepełne teorie nie pogodzić naturę polaryzacji z pozornego istnienia niespolaryzowanego światła; że osiągnięcie miało być Fresnela jest sam.

W notatce, że Buchwald daty w lecie 1818 roku, Fresnela rozrywkę pomysł, że fale niespolaryzowane może mieć drgania samej energii i nachylenia, z ich orientacje równomiernie o fali normalny i że stopień polaryzacji był stopień non -uniformity w dystrybucji. Dwie strony później zauważył, najwyraźniej po raz pierwszy w piśmie, że jego zasada inwersji fazy i nieingerencji z prostopadle spolaryzowanego belek będzie łatwo wytłumaczyć, jeśli drgania fal całkowicie spolaryzowane były „prostopadle do normalnej do fali "- to jest wyłącznie poprzecznym.

Ale czy mógłby wyjaśnić brakiem polaryzacji przez uśrednienie z komponentu poprzeczną, że nie należy również zakładać, podłużny element. To wystarczyło, by przypuszczać, że fale świetlne są czysto poprzeczny, stąd zawsze spolaryzowane w sensie posiadania określonej orientacji poprzecznej, i że „niespolaryzowana” stan naturalny lub „bezpośrednie” światło ze względu na gwałtowne i przypadkowe zmiany w tym kierunku, w takim przypadku dwie spójne części „niespolaryzowanego” światło nadal będzie kolidować, ponieważ ich orientacje zostaną zsynchronizowane.

Nie wiadomo dokładnie, kiedy Fresnela wykonany ten ostatni krok, ponieważ nie ma odpowiedniej dokumentacji z 1820 roku lub na początku 1821 roku (być może dlatego, że był zbyt zajęty pracą nad prototypami latarnia-soczewki, patrz poniżej ). Ale po raz pierwszy opublikowany pomysł w pracy na „ Calcul des teintes ... ” ( „Obliczenia barw ...”), w odcinkach w Arago w Annales w maju, czerwcu i lipcu 1821. W pierwszej raty, Fresnela opisane „bezpośrednie” (niespolaryzowanego ) światło jako „krótkim odstępie systemów fal spolaryzowanych we wszystkich kierunkach”, i dał nowoczesne wyjaśnienie chromatycznej polaryzacji. W drugiej odsłonie, ujawnił podejrzenia, że on i Ampère nie żywił od 1816 roku, a trudność to podniesione. On kontynuował:

To był tylko przez kilka miesięcy, że w medytacji bardziej uważnie na ten temat, mam uznać, że jest to bardzo prawdopodobne, że ruchy oscylacyjne tych fal świetlnych są wykonywane wyłącznie według płaszczyzny tych fal, na bezpośrednie działanie światła, jak w przypadku światło spolaryzowane  .

Zgodnie z tym nowym widoku, pisał, „ akt polaryzacji nie polega na tworzeniu poprzeczne ruchy, ale w rozkładając je na dwie części stałe, wzajemnie prostopadłych kierunkach, i oddzielenie dwóch składników ”.

Choć selectionists mógłby domagać się interpretacji całki dyfrakcyjne Fresnela pod względem dyskretnych, policzalnych promieni, nie mogli zrobić to samo z jego teorią polaryzacji. Dla selectionist, stan polaryzacji wiązki dotyczyła dystrybucji orientacjach nad ludności promieni, a dystrybucja była uważana za statyczne. Dla Fresnela, stan polaryzacji wiązki dotyczy zmianę pojemności w ciągu czasu . To przemieszczenie może być ograniczana ale nie statyczny, a promienie są konstrukcje geometryczne, nie policzalnych obiektów. Koncepcyjne luka między teorią fal i selectionism stał się nie do pokonania.

Drugi trudności stwarzane przez czystych fal poprzecznych, oczywiście, jest wyraźny sugerujący, że eter była elastyczna (!), Ale w przeciwieństwie do innych elastycznych materiałów stałych, zdolny do przenoszenia wzdłużnych fal. Teoria fal był tani na założeniach, ale jego ostatnie założenie było drogie na łatwowierności. Jeśli to założenie miało być szeroko rozrywkę, jego moc wyjaśniająca musiałyby być imponujące.

Częściowe odbicie (1821)

W drugiej części „Calcul des teintes” (czerwiec 1821), Fresnela ma, analogicznie dźwiękowe fale, że gęstość eterze w współczynniku pożywce była odwrotnie proporcjonalna do kwadratu prędkości fal, i w związku z tym wprost proporcjonalnie do kwadrat współczynnika załamania. Dla odbicia i załamania na powierzchni pomiędzy dwoma izotropowego materiałach różnych indeksów Fresnela rozkładowi poprzecznych wibracje na dwóch prostopadłych do siebie elementów, obecnie znane jako s i p elementów, które są równoległe do powierzchni i płaszczyzny padania, odpowiednio; innymi słowy, S i P składniki są odpowiednio kwadratowy i równolegle do płaszczyzny padania. Dla s składnika Fresnela, zakłada się, że wzajemne oddziaływanie pomiędzy dwoma mediami analogicznie do elastycznego kolizji i uzyskał formułę co obecnie wywołać odbicia : stosunek natężenia odbitego do intensywności padającego. Przewidywany współczynnik odbicia była różna od zera w każdym kątem.

Trzecia rata (lipiec 1821) był krótki „postscriptum”, w którym Fresnela ogłosił, że znaleziony przez „rozwiązania mechaniczne”, wzór na odbicia na str składnik, który przewidywany że współczynnik odbicia wynosi zero pod kątem Brewstera , Więc polaryzacja przez odbicie zostało stanowiły - ale pod warunkiem, że kierunek drgań w modelu Fresnela była prostopadła do płaszczyzny polaryzacji w rozumieniu Malus. (Na kontrowersji wynikającej patrz płaszczyzny polaryzacji ). Dla innych kątów padania, technologia czasu nie pozwalają S i P reflectivities mierzone wystarczająco dokładnie, aby przetestować formuły Fresnela. Ale wzory mogą być przepisywane w kategoriach tego, co dzisiaj nazywamy współczynnik odbicia : podpisaną stosunek amplitudy odbitego do padającego amplitudy. Następnie, jeśli płaszczyzna polaryzacji promienia padającego był pod kątem 45 ° do płaszczyzny padania, tangens odpowiednim kątem do promienia odbitego było otrzymać z proporcji dwóch współczynników odbicia, a kąt ten może zostać zmierzony. Fresnela mierzone go zakresie kątów padania, szkła i wodą i porozumienia pomiędzy obliczoną i zmierzonych kątów była lepsza niż 1,5 ° w każdym przypadku.

Fresnela dało szczegóły „roztwór mechaniczna” w pamiętnika Przeczytanej Akademii Nauk 7 stycznia 1823. zachowania energii łączy się z ciągłości stycznym wibracje na powierzchni międzyfazowej. Powstałe wzory dla współczynników odbicia i reflectivities stał się znany jako równania Fresnela . Współczynniki odbicia dla y i p polaryzacji najbardziej zwięźle wyrażona jako

    i   

gdzie a to kąt padania i załamania; Równania te są znane odpowiednio jako prawie sine Fresnela i prawa stycznej Fresnela . Pozwalając współczynniki się kompleks , nawet stanowił Fresnela dla różnych przesunięć fazowych s i p elementów w wyniku całkowitego odbicia wewnętrznego .

Ten sukces zainspirował James MacCullagh i Augustin Louis Cauchy , począwszy od 1836 roku, w celu analizy odbicia od metali za pomocą równania Fresnela ze złożonego współczynnika załamania . Ta sama technika ma zastosowanie do niemetalicznych nieprzezroczystego mediów. Z tych uogólnień, równania Fresnela można przewidzieć pojawienie się różnorodnych obiektów pod oświetlenie - na przykład w dziedzinie grafiki komputerowej (patrz rendering Fizycznie oparciu ) .

Okrągły i eliptyczny polaryzacji skręcalności optycznej (1822)

Prawoskrętny / ruchu wskazówek zegara, fale spolaryzowane kołowo zdefiniowane z punktu widzenia źródła. Byłoby to uznać leworęczny / lewo spolaryzowane kołowo jeśli zdefiniowane z punktu widzenia odbiornika. Jeśli wektor obrotowa jest rozdzielane na składowych poziomej i pionowej (nie pokazano), są ćwierć cyklu w fazie względem siebie.

W pamiętnika z dnia 09 grudnia 1822, Fresnela użył handlowe polaryzacji liniowej (francuski: polaryzacji rectiligne ) dla prostego przypadku, w którym prostopadłe składowe drgań są w fazie lub 180 ° C w fazie, kołową dla przypadku, w którym są one jednakowej wielkości i ćwierć cyklu (± 90 °) z przesunięciem w fazie, oraz eliptyczny polaryzacji w innych przypadkach, w których oba składniki mają stosunek stałej amplitudzie i różnicy fazy stacjonarnej. Potem wyjaśnił, jak optyczna rotacja może być rozumiane jako gatunek dwójłomności. Liniowo spolaryzowanego światła może być rozwiązany na dwa kołowo spolaryzowane elementów obracających się w przeciwnych kierunkach. Jeśli składniki te namnażano na nieco różnymi prędkościami, różnica faz między nimi - a więc w kierunku od ich liniowo spolaryzowanego wypadkowej - będzie się zmieniać w sposób ciągły wraz ze wzrostem odległości.

Pojęcia te wezwał do redefinicji rozróżnienia pomiędzy spolaryzowanym i niespolaryzowanego światła. Przed Fresnela, to uważano, że polaryzacja może zmieniać się w kierunku, w stopniu (na przykład z uwagi na zmiany kąta odbicia poza przezroczystego ciała) oraz, że może być funkcją koloru (chromatycznej polaryzacyjnym), lecz nie tak to może się zmieniać w naturze . W związku z tym uważano, że stopień polaryzacji jest stopień, do którego światło może być tłumione przez analizator z odpowiednim położeniu. Światło, które zostały przekształcone z liniowej na eliptycznym lub okrągłym polaryzacji (na przykład przez przepuszczenie przez warstewki kryształu lub całkowitego odbicia wewnętrznego) opisano jako częściowo lub całkowicie „depolaryzacji” ze względu na jej zachowanie w analizatorze. Po Fresnela charakterystyczną cechę spolaryzowanego światła było to, że części składowe prostopadłe drgania miał stały stosunek amplitud i stałej różnicy w fazie. Poprzez tą definicją, eliptyczne lub światło spolaryzowane kołowo jest całkowicie spolaryzowane choć nie można całkowicie stłumiony przez analizator sam. Koncepcyjne luka między teorią fal i selectionism rozszerzyły się ponownie.

Całkowite wewnętrzne odbicie (1817/23)

Przekrój rombu Fresnela (błękitny) wykresy s składową drgań ( równoległą do płaszczyzny padania) na osi pionowej kontra a składnik ( kwadrat w płaszczyźnie padania i równolegle do powierzchni ), na oś pozioma. Jeśli padające światło jest liniowo polaryzowane, oba elementy są w fazie (wykres górny). Po jednej odbicia w odpowiednim kątem, str składnik jest przesuwany o 1/8 w stosunku do cyklu s składnika (w środku wykresu). Po dwóch tych odbić, różnica faz wynosi 1/4 stopnia (dolny wykres), tak, że polaryzacja jest eliptyczny z osiami w s  i  p kierunkach. Jeśli S  i  P składniki początkowo równej wielkości początkowe polaryzacji (górny wykres) będzie wynosić 45 ° do płaszczyzny padania, i końcowe polaryzacji (dolny wykres) byłby okrągły .

Przez 1817 została odkryta przez Brewster, ale niewystarczająco podano, że płaszczyzny światła spolaryzowanego przez częściowo depolaryzacji całkowitego wewnętrznego odbicia, jeśli wstępnie spolaryzowany pod ostrym kątem do płaszczyzny padania. Fresnela odkryte ten efekt i badano ją w tym całkowitego wewnętrznego odbicia w doświadczeniu chromatycznej polaryzacją. Za pomocą swojego pierwszego teorii chromatycznej polaryzacji, okazało się, że pozornie depolaryzacji światło było mieszaninę składników spolaryzowane równolegle i prostopadle do płaszczyzny padania, i że odbicie całkowite wprowadza przesunięcie fazowe między nimi. Wybór odpowiedniego kąta padania (jeszcze dokładnie określone) dała różnicy faz 1/8 stopnia (45 °). Dwa takie odbicia od „powierzchni” równolegle „dwóch powiązanych z graniastosłupów ” wynika różnica faz 1/4 stopnia (90 °). Ustalenia te zostały zawarte w pamiętniku przekazanym do Académie w dniu 10 listopada 1817 roku, a dwa tygodnie później odczytać. Niedatowana marginalna uwaga wskazuje, że dwie połączone pryzmaty zostały później zastąpione jednym „prostopadłościanu w szkle” - obecnie znany jako rombu Fresnela .

To był pamiętnik, którego „suplement”, ze stycznia 1818 roku zawierała metodę układania na sinusoidalne funkcji i przekształcenia prawa Malus pod względem amplitud. W tym samym dodatek, Fresnela podano odkrycie, że skręcalność optyczna może być naśladowane przez przepuszczenie światła spolaryzowanego przez rombu Fresnela (wciąż w formie „w połączeniu pryzmatów”), po czym następuje zwykła dwójłomnego blaszki plasterki równolegle do jego osi, przy czym osi pod kątem 45 ° do płaszczyzny odbicia Fresnela rombu, a następnie przez drugi Fresnela rombu w temperaturze 90 ° w stosunku do pierwszego. W kolejnym pamiętnika odczytu 30 marca Fresnela podano, że jeśli spolaryzowane światło w pełni „depolaryzacji” przez rombu Fresnela - opisane jako równoległościan - jej właściwości nie zostały dalej modyfikować przez kolejne przepuszczanie przez optycznie obracającego nośnika lub urządzenia.

Połączenie pomiędzy skręcalności optycznej dwójłomności dalej wyjaśnione w 1822 w pamiętnika eliptyczny i polaryzacji kołowej. Następnie przez pamiętnika odbicie, należy zapoznać się w styczniu 1823, w którym Fresnela ilościowo przesunięć fazowych całkowitego wewnętrznego odbicia i stąd oblicza się dokładny kąt, przy którym romb Fresnela należy wyciąć w celu przekształcenia polaryzacji liniowej polaryzacji kołowej. O współczynniku załamania światła 1,51, były dwa roztwory: około 48,6 ° i 54,6 °.

podwójne załamanie

Tle: Kryształy jednoosiowe i dwuosiowe; prawa Biota

Gdy światło przechodzi przez plaster kalcytu cięcia w kierunku prostopadłym do osi nerwu, różnica między czasem propagacji fal zwyczajnego i nadzwyczajnego jest zależność drugiego rzędu od kąta padania. Jeżeli plaster obserwuje się silnie zbieżny stożek światła, że zależność staje się znaczący, tak że eksperyment chromatycznej polaryzacji pokazuje wzór koncentrycznych pierścieni. Ale większość minerałów, kiedy obserwuje się w ten sposób pokazać bardziej skomplikowany wzór pierścieni obejmujących dwa ogniska i lemniscate krzywej, jakby miał dwa optyczne osie. Te dwie klasy minerałów naturalnie stał się znany jako uniaxal i biaxal - albo w późniejszej literaturze, jednoosiowe i dwuosiowe .

W 1813 roku, zaobserwowano Brewstera prosty wzór koncentryczny w „ beryl , Emerald , rubin & C”. Ten sam wzór później obserwowano kalcytu przez Wollaston , Biot i Seebeck . Biota przy założeniu, że koncentryczny wzór był ogólny przypadek, próbował obliczyć kolory z jego teorią chromatycznej polaryzacji, i udało się lepiej dla niektórych minerałów niż dla innych. W 1818 Brewster opóźnieniem wyjaśnić dlaczego: siedem z dwunastu minerałów wykorzystywanych przez Biot miał wzór lemniscate, który obserwowany Brewster już w 1812 roku; i minerały z bardziej skomplikowanych pierścieni miał również bardziej skomplikowane prawo załamania.

W jednorodnych kryształów, według teorii Huygensa wtórna czoła fali, która rozszerza się od początku w jednostce czasu jest powierzchnia promieniowania, prędkość - to jest powierzchnię, której «odległość» od początku w każdym kierunku jest prędkością promieniowania że kierunek. W kalcyt, powierzchnia ta ma dwa arkuszowego, składa się z kuli (na zwykłej fali) i spłaszczonej elipsoidy obrotowej (do nadzwyczajnej fali) stykają się ze sobą na przeciwległych punktach wspólnej osi - dotyka w biegunów, czy możemy użyć analogii geograficzny. Ale według Malus za krwinek teorii podwójnego załamania, prędkość ray była proporcjonalna do odwrotności że podane przez teorię Huygensa, w którym to przypadku prawo prędkość była formularza

gdzie i są zwykłe i niezwykłe prędkości ray według teorii cząsteczkowej , a to kąt między promieniem od osi optycznej. Definicji Malus, w płaszczyzną polaryzacji promienia się płaszczyzna promienia od osi nerwu jeśli promień był zwyczajny, lub płaszczyzną prostopadłą (zawierający ray), jeśli promień był nadzwyczajny. W modelu Fresnela, kierunek wibracji była prostopadła do płaszczyzny polaryzacji. Stąd w dziedzinie (zwykły fali) drgań było wzdłuż linii szerokości (kontynuacja analogię geograficznego); i sferoidu (nadzwyczajne fali) drgań było wzdłuż linii długości geograficznej.

W dniu 29 marca 1819 roku, Biota przedstawiony pamiętnik, w którym proponowane prostych uogólnień reguł Malus dla kryształu o dwóch osiach, i poinformował, że oba uogólnienia zdawała się być potwierdzone doświadczalnie. Albowiem prawo prędkości, kwadrat sine został zastąpiony przez produkt z sinusów kątów z ray do dwóch osiach ( prawa sine Biota ). I dla polaryzacji zwykłą ray, płaszczyzna promienia a oś została zastąpiona przez płaszczyznę, przecinając kąt dwuścienny pomiędzy dwoma płaszczyznami, z których każda zawierała ray i jedną oś ( prawa dwuścienny Biota ). Prawa Biota rozumie się, że dwuosiowo kryształowego osi pod niewielkim kątem, przecięte w płaszczyźnie tych osi, zachowywała się prawie jak prasowanie jednoosiowe kryształ w prawie normalnego padania; to było szczęście, bo gips , które zostały wykorzystane w eksperymentach chromatyczny-polaryzacji, jest dwuosiowy.

Pierwsza rozprawa i suplementy (1821/22)

Aż Fresnela zwrócił uwagę na dwuosiowej dwójłomności, założono, że jeden z dwóch załamań było zwyczajne, nawet w kryształach dwuosiowych. Ale w pamiętniku złożonego w dniu 19 listopada 1821 roku, Fresnela zgłoszone dwa eksperymenty na topaz pokazując, że ani załamanie było zwyczajne w sensie zaspokajania Prawo Snelliusa; czyli ani ray był produktem sferycznych fal średnich.

To samo wspomnienia zawarte pierwszą próbę Fresnela na dwuosiowej prawa prędkości. Dla kalcytu, jeśli zamienić równikową i polarnego promienie spłaszczonej elipsoidy obrotowej Huygensa zachowując kierunek polarnego otrzymujemy wydłużony sferoidów dotykając sfery na równiku. Samolot przez centrum / pochodzenia przetnie ten wydłużony sferoidów w elipsę, której główne i poboczne półosi dać wielkości tych nadzwyczajnych i zwyczajnych prędkościach ray w kierunku prostopadłym do płaszczyzny, i (powiedział Fresnela) kierunki swoich wibracji , Kierunek osi nerwu jest prostopadła do płaszczyzny po której elipsy przecięcia redukuje się do koła . Tak więc, dla dwuosiowej przypadku Fresnela prostu zastąpiła wydłużony sferoidów z trójosiowym elipsoidy , który nazwał „elipsoidy elastyczności”, aby być w przekroju przez płaszczyznę w ten sam sposób. W ogóle nie byłoby dwie płaszczyzny przechodzące przez środek elipsoidy i przecinając ją w kółko, a normalne do tych płaszczyzn dałoby dwa optyczne osie. Z geometrii, Fresnela wywieść prawo sine Biota (z prędkościami ray zastąpionych przez ich odwrotności).

Przycisków „elipsoidy sprężystości” rzeczywiście otrzymano odpowiednie prędkości rentgenowskich, chociaż początkowa weryfikacji doświadczalny był tylko w przybliżeniu. Ale to nie daje prawidłowych kierunków drgań na dwuosiowej wypadku lub nawet dla jednoosiowego przypadku, ponieważ wibracje w modelu Fresnela były styczne do czoła fali, która jest nie na ogół prostopadle do promienia (na nadzwyczajnym ray). Ten błąd został skorygowany w „wyciągu”, który Fresnela odczytu do Académie tydzień później, w dniu 26 listopada. Począwszy od sferoidy Huygensa Fresnela otrzymano 4. stopnia elastyczności «powierzchni», który, gdy w przekroju płaszczyzną jak wyżej, dawałoby prędkości fali normalnego do czoła fali w tej płaszczyźnie wraz z ich kierunkach drgań. Dla dwuosiowej przypadku uogólnione on powierzchnię, aby umożliwić nierówne trzy główne wymiary. Ale on zachował dawny „elipsoidy elastyczności” jako przybliżenie, z którego wyprowadzona prawo dwuścienny Biota.

Początkowy wyprowadzenie Fresnela z „powierzchni sprężystości” było czysto geometrycznych, a nie dedukcyjnie rygorystyczne. Pierwsza próba w mechaniczne pochodnej, zawarty w „dodatek”, z dnia 13 stycznia 1822, zakłada się, że (i) było trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach, w których przesunięcie wytworzone w reakcji w tym samym kierunku, (ii) reakcja inaczej liniową funkcją pojemności skokowej, oraz (iii), promień powierzchni w każdym kierunku, to pierwiastek składnika, w tym kierunku , w reakcji na jednostkę przemieszczenia w tym kierunku. Ostatni wymóg założenie rozpoznał, że jeśli fale było utrzymać stałą kierunku rozchodzenia i stały kierunek wibracji, że reakcja nie musi znajdować się na zewnątrz płaszczyzny obu tych kierunkach.

W tym samym uzupełnienie, Fresnela rozważyć w jaki sposób może on znaleźć, na dwuosiowej przypadku, wtórnej czoła fali, która rozszerza się od początku w jednostce czasu - to znaczy, że powierzchnia redukuje się do sfery Huygensa i sferoidy w przypadku jednoosiowego. Zauważył, że „powierzchnia fali” ( powierzchnia de l'onde ) jest styczny do wszystkich możliwych frontów falowych, że samolot mógł skrzyżowanymi pochodzenie jedną jednostkę czasu temu, a on wymienione warunki matematyczne, które musi spełnić. Ale wątpił możliwości wyprowadzania powierzchnię z tymi warunkami.

W „drugi dodatek” Fresnela ostatecznie wykorzystana dwa powiązane ze sobą fakty: (i) „powierzchnia fali” była także powierzchnia ray-prędkość, która może zostać pobrane poprzez cięcia, co miał błędnie nazywany „elipsoida sprężystości”; i (ii) „powierzchnia fali” przecina każdą płaszczyznę symetrii elipsoidy dwie krzywe: okręgu i elipsy. Tak więc okazało się, że „powierzchnia fali” opisany jest równaniem 4-ty stopni

gdzie i są szybkości propagacji w kierunku normalnym do osi współrzędnych wzdłuż osi wibracji (prędkości promieniowania i fal normalnego jest taki sam w tych szczególnych przypadków). Późniejsi komentatorzy umieścić równanie w bardziej zwartej postaci i niezapomniany

Wcześniej w „drugi dodatek” Fresnela wzór medium jako matrycy punktowej mas i stwierdzono, że stosunek siły przemieszczenie zostało opisane przez symetryczną matrycą , co potwierdza istnienie trzech wzajemnie prostopadłych osi, w którym przemieszczenie wytwarzanej siły równoległe , W dalszej części dokumentu, zauważył, że w dwuosiowej kryształu, w przeciwieństwie do jednoosiowego kryształu, kierunki, w których istnieje tylko jedna prędkość fali normalnie nie są takie same jak te, w których jest tylko jedna prędkość ray. Obecnie mówimy o dawnych kierunkach jak światłowodowych osi lub binormal osiach, a te ostatnie jak ray osi lub biradial osi (patrz dwójłomności ) .

„Drugi dodatek” Fresnela została podpisana w dniu 31 marca 1822 roku i złożone następnego dnia - mniej niż rok po publikacji jego hipotezy czystej poprzecznych fal, i po prostu mniej niż rok po demonstracji swojego prototypu osiem panelu latarni soczewki (patrz niżej ) .

Druga rozprawa (1822/24)

Fresnela nadal chciał mechaniczny fundament powierzchni ray-prędkości i prawa dwuścienny Biota. Uczęszczał do tych spraw w swoim pamiętniku „drugiej” na podwójne załamanie, opublikowanym w Recueils z Académie des Sciences w 1824 roku, który nie został faktycznie drukowanych dopiero pod koniec 1827 roku, kilka miesięcy po jego śmierci. Po potwierdzeniu trzech wzajemnie prostopadłych osi, w którym przemieszczenie wytworzone równoległej reakcji i stąd zbudowane powierzchnię sprężystości wykazał, że prawa dwuścienny biot jest dokładnie pod warunkiem, że binormals są przyjmowane jako optycznych osi A, a kierunek fal normalne jak kierunek propagacji.

Już w 1822 roku, Fresnela omówione jego prostopadłe osie z Cauchy'ego . Uznając wpływ Fresnela, Cauchy udał się do opracowania pierwszego rygorystyczne teorii sprężystości nieizotropowego stałych (1827), stąd fal poprzecznych w nim (1830) pierwszy rygorystyczny Theory - który natychmiast próbował zastosować do optyki. Późniejsze trudności prowadził długą konkurencyjnej starań w celu znalezienia dokładnego modelu mechanicznego eterze. Własny wzór Fresnela nie było dynamicznie rygorystyczne; Na przykład, uważa tylko przemieszczenie jednej cząstki, podczas gdy wszystkie inne były stałe, a po prostu zakłada się , że zależność między sztywnością i prędkością fali normalnego analogicznie do wzdłużnych dźwiękowe fale. Ale to wystarczyło, aby umożliwić teorię falową, aby robić to, co selectionist teoria nie mogła: generowanie sprawdzalne formuły obejmujących szeroki zakres zjawisk optycznych, z mechanicznymi założeń.

Elastooptyka eksperymenty wielokrotnego pryzmatu (1822)

Chromatyczny polaryzacja w plastikowej kątomierz , spowodowane dwójłomności wywołanego stresem.

W 1815 Brewster poinformował, że kolory wyświetlane, gdy kawałek materiału izotropowego, umieszczony pomiędzy skrzyżowane polaryzatory, podkreśla się mechanicznie. Sam Brewster natychmiast i prawidłowo przypisać to zjawisko dwójłomności wywołanej stresem - obecnie znany jako Elastooptyka .

W pamiętniku czytamy we wrześniu 1822, Fresnela ogłosił, że zweryfikowane diagnozę Brewstera bardziej bezpośrednio, poprzez kompresję kombinacji pryzmatów szklanych tak mocno, że można rzeczywiście zobaczyć podwójny obraz przez nią. W swoim eksperymencie Fresnela kolejce siedem 45 ° -90 ° -45 ° pryzmatów , krótki bok do krótkiego boku, z ich kątem 90 °, wskazując w różnych kierunkach. Dwa pół-pryzmaty dodano na końcach, aby cały prostokątny montażu. Pryzmaty oddzielono cienkich folii z terpentyny ( térébenthine ) w celu stłumienia wewnętrzne odbicia, umożliwiając czystą linię widoczności wzdłuż rzędu. Po czterech słupków o podobnej orientacji sprasowano w imadle , od wierzchołka do podstawy na całym polu widzenia, przedmiotem oglądany przez zespół wytwarza dwa obrazy z prostopadłych polaryzacjach, z widocznym odstępie 1,5 mm na metr.

Pod koniec tego pamiętnika Fresnela Przewiduje się, że można zastosować analogiczny układ pryzmatów bez kompresji, aby upewnić się, że skręcalność optyczną postać dwójłomności. Jeśli pryzmaty wycięto z monokryształów kwarcu z ich światłowodowych osiach ustawionych wzdłuż rzędu i zmiennym kierunku obrotów optyczne, obiekt zobaczyć patrząc wzdłuż wspólnej osi nerwu dałoby dwa obrazy, które wydają niespolaryzowana jeśli oglądany przez analizator sam ; a w przypadku wyświetlania za pomocą rombu Fresnela, to będzie spolaryzowana w ± 45 ° w stosunku do płaszczyzny odbicia (ponieważ początkowo były spolaryzowane kołowo w przeciwnych kierunkach). W pamiętniku z grudnia 1822, w którym wprowadził termin polaryzację kołową , donosił, że potwierdził tę przepowiednię. Aby uzyskać rozdzielanie obrazów, potrzebuje tylko jednego 14 ° -152 ° -14 ° pryzmatu i dwa pół-słupków; on jedynie mimochodem zauważył, że można zwiększyć odstęp poprzez zwiększenie liczby pryzmatów.

Recepcja

Na dodatek do tłumaczenia Riffault dnia Thomson „s Systemu Chemii , Fresnela został wybrany przyczynić artykuł na światło. Powstały esej 137-stronicowy zatytułowany De la Lumière ( na światło ), najwyraźniej zakończył się w czerwcu 1821 roku i opublikowany w lutym 1822. W sekcjach obejmujących naturę światła, dyfrakcji, interferencji cienkowarstwowego, odbicia i załamania światła, podwójne załamanie i polaryzacji chromatycznej polaryzacji i zmiany polaryzacji przy odbiciu, to miało na celu kompleksowego przypadek dla teorii fali do czytelników nie był ograniczony do fizyków.

Aby zbadać pierwsze wspomnienia i suplementów Fresnela w sprawie podwójnego załamania, Académie des Sciences mianowany Ampère, Arago, Fouriera i Poissona. Ich raport, którego Arago zebrał główny autor, została wydana na posiedzeniu w dniu 19 sierpnia 1822. Wtedy, w słowach Émile Verdet , jak tłumaczone przez Ivor Grattan-Guinness :

Natychmiast po lekturze raportu, Laplace zabrał głos i ... ogłosił wyjątkowe znaczenie pracy, który właśnie został zgłoszony: pogratulował autor na swojej niezłomności i jego przenikliwości, które doprowadziły go do odkrycia prawa, które uniknęły najmądrzejszym i, uprzedzając nieco wyroku potomności, oświadczył, że umieszcza się te badania nad wszystkim, co zostało przekazane do Académie przez długi czas.

Czy Laplace zapowiadał jego konwersję do teorii fal - w wieku 73 - jest niepewna. Grattan-Guinness rozrywkę pomysł. Buchwald, zauważając, że Arago nie udało się wyjaśnić, że „elipsoida sprężystości” nie daje poprawnych płaszczyzny polaryzacji, sugeruje, że Laplace mogły jedynie uznać teorię Fresnela jako udanej uogólnienie prawa ray-prędkości Malus'S, obejmując prawa Biota.

W następnym roku, Poissona, który nie podpisał raport Arago, w zakwestionowała możliwość poprzecznych fal w eterze. Począwszy od zakładanych równań ruchu płynnym ośrodku, zauważył, że nie daje poprawne wyniki dla częściowego odbicia i podwójne załamanie - jakby tego było problemu Fresnela raczej niż jego własna - i przewidywanych fal, nawet jeśli były początkowo poprzecznym, stała się bardziej podłużny, jak rozmnażane. W odpowiedzi Fresnela zauważyć, między innymi , że równania Poissona, w którym umieścić tyle wiary nawet nie przewidują lepkość . Konsekwencją było jasne: ponieważ zachowanie światła nie był zadowalający wyjaśnić jedynie przez fale poprzeczne, nie był odpowiedzialny falista teorii zrezygnować fale poprzeczne w szacunku do wcześniej wyobrażeń o eterze; raczej, to była odpowiedzialność eterze modelarzy produkować model, który zakwaterowane fale poprzeczne. Według Eugene Frankel, Poissona ostatecznie zaakceptował teorię fali w późnych latach 1830.

Wśród Francuzów, niechęć Poissona był wyjątkiem. Według Frankel, „Paryż nie debata w tej sprawie wydaje się mieć miejsce po roku 1825. Rzeczywiście, prawie całe pokolenie fizyków i matematyków, którzy przybyli do dojrzałości w 1820 - Pouillet, Savarta , chromy , Naviera , Liouville , Cauchy'ego - wydaje się, że od razu przyjęli teorię „. Inny wybitny francuski przeciwnik Fresnela, Biota, ukazał się zająć neutralne stanowisko w 1830 roku, a ostatecznie zaakceptował teorię falową - ewentualnie przez 1846 i na pewno przez 1858.

Przewiewny wzór dyfrakcji 65 mm, od 0,09 mm, okrągłego otworu oświetlano czerwonym światłem laserowym. Rozmiar obrazu: 17,3 mm x 13 mm.

W 1826 roku brytyjski astronom John Herschel , który pracuje nad artykułem długości książki na światło dla Encyclopaedia Metropolitana , skierowana trzy pytania dotyczące Fresnela podwójnego załamania, częściowe odbicie oraz ich stosunku do polaryzacji. Uzyskany artykuł, zatytułowany po prostu „Światło”, był bardzo sympatyczny do teorii fal, choć nie całkowicie wolne od języka selectionist. Został krążących prywatnie przez 1828 i została opublikowana w 1830 roku Tymczasem tłumaczenie Younga Fresnela De la Lumière została opublikowana w ratach od 1827 do 1829 George Biddell Airy , byłego profesora Lucasian w Cambridge i przyszły astronom królewski , bez zastrzeżeń przyjęli teorię falową w 1831. W 1834 znakomicie obliczony wzór dyfrakcji kołowym otworem z teorii fali, a tym samym wyjaśniający ograniczoną rozdzielczość kątową doskonałego teleskopu (por plamka airy'ego ) . Pod koniec 1830, jedyny wybitny brytyjski fizyk, który wyciągnął przeciwko teorii falowej był Brewster, którego zastrzeżenia zawarte trudności wyjaśniając fotochemicznych efektów i (jego zdaniem) dyspersji .

Tłumaczenie na język niemiecki z De la Lumière została opublikowana w ratach w 1825 i 1828. Teoria fal została przyjęta przez Fraunhofer na początku 1820 roku i przez Franz Ernst Neumann w 1830, a następnie zaczął się znaleźć łaskę w niemieckich podręcznikach.

Gospodarka założeń wynikających z teorii fal podkreślił William Whewell w swej Historii Nauk indukcyjne , po raz pierwszy opublikowana w 1837 roku w systemie krwinek, „każda nowa klasa faktów wymaga nowego przypuszczenie”, podczas gdy w systemie machają, hipoteza opracowany w celu wyjaśnienia jednego zjawiska jest wtedy okazało się wyjaśnić lub przewidzieć inne. W systemie krwinek „nie ma nieoczekiwany sukces, nie szczęśliwy zbieg okoliczności, nie zbieżność zasad z odległych dzielnic”; ale w systemie fali „wszystko zmierza do jedności i prostoty.” 

Stąd też, w 1850 roku, gdy Foucault i Fizeau znalezione doświadczalnie, że światło porusza się wolniej w wodzie niż w powietrzu, zgodnie z wyjaśnieniem fali załamania i sprzeczne z krwinek wyjaśnienia, wynik nie jest niespodzianką.

Latarnie i soczewki Fresnela

przed sztuka

Fresnela nie był pierwszą osobą, aby skupić wiązkę latarni przy użyciu obiektywu. Rozróżnienie to najwyraźniej należy do Londynu szklanym frez Thomas Rogers, który zaproponował ideę do Trinity House w 1788. Pierwsze soczewki Rogers, 53 cm średnicy i 14 cm grubości w centrum miasta, zostały zainstalowane na Starym Dolnej Latarnia w Portland Bill w 1789 roku kolejne próbki następuje w Howth Baily , Północnej Przedgórza i co najmniej cztery inne lokalizacje. Ale dużo światła został zmarnowany przez absorpcję w szkle.

1: Przekrój Buffon / soczewki Fresnela. 2: przekrój konwencjonalnego soczewki płasko-wypukły o takiej samej mocy. (Wersja Buffona była obustronnie wypukłe ).

Nie było Fresnela pierwszy sugerują zastępując soczewkę wypukłą z serii koncentrycznych pierścieniowych słupków, w celu zmniejszenia wagi i wchłanianie. W 1748 roku liczba Buffon zaproponowano szlifowanie takie pryzmaty etapów w jednym kawałku szkła. W 1790 roku (chociaż źródła średnie dają datę, 1773 lub 1788), przy czym markiz de Condorcet sugeruje, że będzie łatwiej odcinki pierścieniowe oddzielnie i montować je na ramie; ale nawet to było niepraktyczne w czasie. Te projekty nie były przeznaczone do latarni morskich, ale za palenie okulary . Brewster, jednak zaproponowany system podobny do Condorcet jest w 1811 roku, a od 1820 roku zalecał jego stosowanie w brytyjskim latarnie.

prototypy

W międzyczasie, w dniu 21 czerwca 1819 roku, Fresnela został czasowo oddelegowany przez Komisję des Phares (Komisja) Latarnie na zalecenie Arago (członek Komisji od 1813 roku), w celu przeglądu możliwych ulepszeń w latarni oświetlenia. Komisja została utworzona przez Napoleona w 1811 roku i umieszczony pod Corps des Ponts - pracodawcy Fresnela.

W dniu 29 sierpnia 1819 roku, nieświadomy wniosku Buffon-Condorcet-Brewster, Fresnela zaprezentował swój pierwszy raport, w którym polecił, co nazwał lentilles à szczeblach (obiektywy stopniami), aby zastąpić reflektory wówczas w użyciu, który odbija tylko o połowę padające światło. Jeden z zebranych komisarzy Jacques Charles , przypomniał propozycję Buffona. Fresnela był rozczarowany dowiedzieć się, że znowu „złamane przez otwarte drzwi”. Ale, podczas gdy wersja Buffona była obustronnie wypukłe iw jednym kawałku, Fresnela było płasko-wypukły , wykonany z wielu pryzmatów dla ułatwienia budowy. Z oficjalnego budżetu w wysokości 500 franków, Fresnela zbliżył trzech producentów. Trzeci Francois Soleil znaleźli sposób usuwania wad przez podgrzewania i remolding szkła. Arago wspomaga Fresnela z formą zmodyfikowaną lampy Argand'a koncentrycznym knotów (pojęcie to Fresnela nadana liczba Rumford  ) i przypadkowo odkryto, że klej rybi termicznie odpornego, dzięki czemu nadaje się do zastosowania w soczewkach. Prototyp, ze cm kwadratowy panel obiektyw 55, zawierający 97 wielokątnych (pierścieniowe) nie pryzmaty, została ukończona w marcu 1820 roku - a więc pod wrażeniem, że Komisja Fresnela został poproszony o pełnej wersji osiem płyt. Zakończony rok później, w dużej mierze na osobistych kosztem Fresnela, model ten miał panele 72 cm kwadratowych. W spektaklu publicznego na wieczór 13 kwietnia 1821, wykazano w porównaniu z najnowszymi reflektorów, które nagle stały się nieaktualne.

(Fresnela uznała brytyjskich soczewek i wynalazek Buffona w pamiętniku opublikowanym w 1822 roku Data tego pamiętnika może być źródłem twierdzenia, że ​​Fresnela latarni rzecznictwo rozpoczął się dwa lata później niż Brewstera, ale tekst wyjaśnia, że ​​zaangażowanie Fresnela rozpoczęła brak później niż w 1819 roku)

innowacje Fresnela

Przekrój z pierwszej generacji latarni soczewki Fresnela z pochyłym lusterko  m, n powyżej i poniżej panelu załamania  RC (z centralnym segmentem  A ). Jeżeli przekrój w płaszczyźnie pionowej przez każdą lampy  L jest taki sam, światło jest rozłożona równomiernie wokół horyzontu.

Obok soczewka Fresnela były obrotowe urządzenie z ośmiu „środek tarczy” płyt, wykonane w pierścieniowych łuków przez Saint-Gobain , co daje obracające się osiem promieni - być widziane przez marynarzy okresowa lampy. Powyżej i za każdym panelu głównym był mniejszy, opadający panel środek tarczy z trapezowym zarysie z elementów trapezowych. To załamane światło na lustra ukośnej płaszczyzny, która odbija go następnie poziomo 7 stopni przed głównej wiązki, zwiększenie długości lampy. Poniżej głównych paneli były małe lusterka 128 rozmieszczone w czterech pierścieni, ułożone jak listew o żaluzji lub żaluzji . Przy czym każdy pierścień w kształcie ściętego stożka z stożka , odbite światło na horyzoncie, co daje słabsze stałe światło między błysków. Oficjalne testy, przeprowadzone na niedokończone Łuku Triumfalnego w dniu 20 sierpnia 1822 roku obserwowany był przez Komisję - i przez Ludwika XVIII i jego otoczenia - od 32 km. Urządzenie przechowuje w Bordeaux na zimę, a następnie ponownie zmontowany w Cordouan latarni pod nadzorem Fresnela. W dniu 25 lipca 1823, pierwszy na świecie latarni soczewki Fresnela została zapalona Było o tym czasie Fresnela rozpoczęła odkrztuszanie krwi.

W maju 1824 roku, Fresnela awansował na sekretarza Komisji des Phares , stając się pierwszym członkiem tego organu narysować wynagrodzenia. Był również egzaminatorem (nie nauczyciel) w École Polytechnique od 1821; ale słabe zdrowie, długie godziny w okresie badania, a niepokój o osądzania innych skłonił go do rezygnacji to stanowisko pod koniec 1824 roku, aby uratować swoją energię na pracę latarni.

W tym samym roku zaprojektował pierwszy stały obiektyw - za szerzenie światło równomiernie na całym horyzoncie przy jednoczesnej minimalizacji odpadów powyżej lub poniżej. Dało to znane odbicia ( catoptric ) pierścienie powyżej i poniżej załamujących (dioptrii) części. A zakrzywione powierzchnie załamujących się segmenty toroidów wokół wspólnej osi pionowej, tak że płyta dioptrii wyglądało cylindrycznego bębna, a całe urządzenie wyglądało ula.

W 1825 roku zaprezentował Carte des Phares (Lighthouse mapie), wzywając do systemu 51 latarni morskich plus mniejszych świateł portowych, w hierarchii wymiarów obiektywu (zwane rozkazy , pierwsze zamówienie jest największa), o różnych cechach ułatwiających rozpoznanie: stałe światło (od stałej soczewki), jeden typu flash na minutę (z obrotowym obiektywem ośmiu panelach) oraz dwa na minutę (szesnaście panele). W dniu 1 lutego 1825 roku, druga soczewka Fresnela latarni wszedł do służby: trzeciego rzędu stały obiektyw pod Dunkierką.

Również w 1825 roku, Fresnela wyciągnął stałą konstrukcję dodając obracającą tablicę poza ustalonymi tablicy. Każdy panel tablicy obracającego załamane część nieruchomej światła z poziomym wentylatora do wąskiej belki.

Pierwszego rzędu obraca catadioptric soczewki Fresnela, datowany 1870, wyświetlany w Musée national de la Marine , Paryż. W tym przypadku dioptrii pryzmaty (wewnątrz pierścieni z brązu) i słupków catadioptric (zewnątrz) są umieszczone w celu uzyskania jedynie światło migające cztery błysków na obrót. Zespół wyróżnia 2,54 m wysokości i waży około 1,5 tony.

W celu zmniejszenia strat światła w elementach odbijającą, Fresnela zaproponowano zastąpienie każdym zwierciadłem o catadioptric pryzmatu, przez które światło będzie przemieszczania się przez załamanie się przez pierwszą powierzchnię, a następnie całkowite wewnętrzne odbicie od drugiej powierzchni, to załamanie przez trzecią powierzchnią , Wynik był obiektyw latarni jak teraz to wiem. W 1826 roku zebrał się mały model do użytku na Canal Saint-Martin , ale nie dożył pełnowymiarową wersję.

Pierwsze duże soczewki catadioptric przeprowadzono w 1842 roku w latarnie w Gravelines i Île Vierge ; soczewki te utrwalono trzeciego rzędu, których catadioptric pierścienie (wykonane w segmentach) były metr średnicy. Pierwszorzędowa Skerryvore soczewki zainstalowany w 1844, tylko częściowo catadioptric; był podobny do obiektywu Cordouan wyjątkiem, że dolne listwy zostały zastąpione przez francuski wykonanych pryzmatów catadioptric, natomiast lusterka zostały zachowane na szczycie. Pierwszy całkowicie catadioptric soczewki pierwszego rzędu, zainstalowane Ailly 1852, dała osiem obracające wiązek plus stałe światło w dół; lecz w jego górnej części miał osiem catadioptric panele ogniskowania światła o 4 stopnie przed belek głównych, w celu wydłużenia miga. Pierwsza soczewka całkowicie catadioptric z czysto obrotowych belki - także z pierwszego rzędu - został zainstalowany w Saint-Clément-des-Baleines w 1854 roku, a oznaczał zakończenie Fresnela oryginalnym Carte des Phares .

Close-up z cienkiego tworzywa sztucznego soczewki Fresnela.

późniejsze wydarzenia

Produkcja jednego kawałka podszedł soczewki (z grubsza, jak przewiduje Buffon) ostatecznie stał się rentowny. Przez 1870, w Stanach Zjednoczonych , takie soczewki zostały wykonane z prasowanego szkła i używane z małych lampek na statkach i filarów. Podobne obiektywy są używane w latarnie Fresnela dla oświetlenia scenicznego . Obiektywy o drobniejszych kroków służyć jako skraplaczy w rzutniki . Jeszcze drobniejsze kroki można znaleźć w tanich plastikowych „arkusz” lupy .

Korona

Popiersie Augustina Fresnela przez Davida d'Angers (1854), dawniej przy latarni morskiej Hourtin , Gironde , a teraz wystawione w Musée national de la Marine .

Fresnela został wybrany do Société Philomathique de Paris w kwietniu 1819 roku, a w 1822 roku stał się jednym z redaktorów Société za  Bulletin des Sciences . Już w maju 1817 roku, zgodnie z sugestią Arago, w Fresnela wniosek o członkostwo w Académie des Sciences, ale otrzymał tylko jeden głos. Kandydat z tej okazji był Joseph Fourier. W listopadzie 1822 roku, elewacja Fouriera do Stałego Sekretarza Académie stworzył wakat w dziale fizyki, który został wypełniony w lutym 1823 roku przez Pierre Louis Dulong , z 36 głosami Fresnela 20. Ale w maju 1823 roku, po drugim naborze pozostało przez śmierć Jacques Charles , wybory Fresnela była jednogłośna. W 1824 roku został mianowany Fresnela Chevalier de la Legion d'Honneur (kawalerem Legii Honorowej ).

Tymczasem w Wielkiej Brytanii, teoria fal był jeszcze chwycić; Fresnela pisał do Thomasa Younga w listopadzie 1824 roku, mówiąc w części:

Jestem daleki od negując wartości, że przywiązują do uwielbienia angielskich uczonych, albo udaje, że nie byłby pochlebia mi przyjemnie. Ale przez długi czas to wrażliwość, lub próżność, która nazywa się miłość chwały, został znacznie łagodzona we mnie: Pracuję dużo mniej uchwycić głosów publiczności, niż uzyskanie wewnętrzną aprobatę, która zawsze była najsłodsza nagroda mój starania. Niewątpliwie mam często potrzebne żądło próżności podniecić mi realizować moje badania w chwilach niesmak lub zniechęcenia; ale wszystkie komplementy dostałam od MM.  Arago, Laplace, Biot i nigdy nie dał mi tyle przyjemności, jak odkrycia prawdy teoretycznej i potwierdzeniu moich obliczeń przez eksperyment.

Ale „pochwała angielskich uczonych” wkrótce potem. W dniu 9 czerwca 1825 roku, Fresnela został członkiem Zagranicznych Royal Society of London . W 1827 roku przyznano mu towarzystwa medal rumforda za rok 1824, „Dla jego rozwoju teorii falowej w zastosowaniu do zjawisk światła spolaryzowanego, i dla jego różnych ważnych odkryć w dziedzinie optyki fizycznych.” 


Pomnik Fresnela na jego narodzin (patrz powyżej )   został poświęcony w dniu 14 września 1884 roku z przemówienia Jules Jamin , stały sekretarz w Académie des Sciences. „ FRESNEL ” znajduje się wśród 72 nazwisk wytłoczonych na wieży Eiffla (na południowo-wschodniej stronie, czwarty od lewej). W 19 wieku, jak każda latarnia we Francji nabył soczewkę Fresnela, każdy nabyty popiersie Fresnela, pozornie czuwanie nad brzegowej, że popełnił bezpieczniejsze. Księżycowego cechy Promontorium Fresnela i rimae fresnel później zostały nazwane jego imieniem.

Upadek i śmierć

grób Fresnela na cmentarzu Père Lachaise w Paryżu, sfotografowany w 2014 roku.

Zdrowie Fresnela, który zawsze był biedny, pogorszyła się w zimie 1822-3, zwiększając pilność jego oryginalnych badań i zmuszając go do odrzucenia zaproszenia od młodych napisać artykuł na temat podwójnego załamania światła dla Encyclopaedia Britannica . Wspomnienia na okrągłej i eliptycznej polaryzacji i skręcalności optycznej oraz na szczegółowym wyprowadzaniu równań Fresnela oraz ich zastosowanie do całkowitego wewnętrznego odbicia, data z tego okresu. Wiosną on wystarczająco odzyskane, w jego własnym zdaniem, aby nadzorować instalację obiektyw Cordouan. Wkrótce stało się jasne, że jego kondycja była gruźlica .

W 1824 roku został poinformowany, że jeśli chce żyć dłużej, musiał zmniejszać swoją działalność. Postrzegania jego pracę latarni być jego najważniejszym obowiązkiem, on zrezygnował z egzaminatorem w École Polytechnique i zamknął zeszyty naukowe. Jego ostatnia uwaga do Académie przeczytać w dniu 13 czerwca 1825 roku opisano pierwszy radiometru i przypisywane obserwowaną siłę odpychającą do różnicy temperatur. Mimo, że jego badania podstawowe przestał, jego poparcie nie zrobił; dopiero w sierpniu lub wrześniu 1826 roku, znalazł czas, aby odpowiedzieć Herschela zapytań na teorii falowej. Było Herschel, który zaleca Fresnela dla Medalu Królewskiego Towarzystwa w Rumford.

Fresnela kaszel pogorszeniu w zimie 1826-7, pozostawiając go zbyt chory, aby powrócić do Mathieu na wiosnę. Na początku czerwca został doprowadzony do Ville-d'Avray , 12 km na zachód od Paryża. Tam dołączył do niego jego matka. W dniu 6 lipca Arago przybył dostarczyć medal rumforda. Wyczuwając niebezpieczeństwie Arago, w Fresnela szepnął, że „najpiękniejsze korony niewiele znaczy, gdy jest on położył na grobie przyjaciela.” Fresnela nie miał siły, by odpowiedzieć Royal Society. Zmarł osiem dni później, na Dzień Bastylii .

Pochowany jest na cmentarzu Père Lachaise w Paryżu. Napis na jego nagrobku jest częściowo utrudniony z dala; czytelne część mówi po przetłumaczeniu „Pamięci Augustin Jean Fresnel, członek Instytutu Francji .”

publikacje pośmiertne

   Emile Verdet (1824/66).

„Druga rozprawa” Fresnela na podwójne załamanie nie został wydrukowany dopiero pod koniec 1827 roku, kilka miesięcy po jego śmierci. Do tej pory najlepszym źródłem opublikowany na pracę nad podwójnym załamania był wyciąg z tego pamiętnika, wydrukowany w 1822 roku Jego ostateczny zabieg częściowego refleksji i całkowitego wewnętrznego odbicia, czytane do Académie w styczniu 1823 roku, był uważany za nim aż stracił został odnaleziony w papierach zmarłego Joseph Fourier (1768-1830), a w 1831 roku został wydrukowany do tej pory wiadomo było, głównie poprzez ekstrakt z nadrukiem w 1823 i 1825 roku pamiętnika wprowadzenie równoległościenny kształt rombu Fresnela odczytu w marcu 1818 roku, została zagubiona aż 1846. Większość pism Fresnela w świetle spolaryzowanym przed 1821 - w tym jego pierwszej teorii polaryzacji chromatycznej (złożonego 07 października 1816), a kluczowym „dodatek” w styczniu 1818 roku - nie zostały opublikowane w całości do momentu jego Oeuvres complètes ( „Complete Works”) zaczęły pojawiać się w 1866 roku „dodatek” z lipca 1816 roku, proponując „skuteczny promień” i raportowanie słynny eksperyment dwukrotnie lustro, spotkał ten sam los, podobnie jak „pierwszy pamiętnik”na podwójnym załamania.

Publikacja dzieł zebranych Fresnela została sama opóźnione o śmierci kolejnych redaktorów. Zadanie zostało powierzone początkowo Félix Savary , który zmarł w 1841 roku została wznowiona dwadzieścia lat później przez Ministerstwo Instrukcji Publicznej. Z trzech redaktorów ostatecznie nazwanych w Oeuvres , Sénarmont zmarł w 1862 roku, Verdet w 1866 roku, a Leonor Fresnela w 1869 roku, w którym to czasie dwa z trzech tomów ukazał się tylko. Na początku obj. 3 (1870), przy czym zakończenie budowy opisano w długim przypisie przez „  J. Lissajous .”

Nieuwzględnione w Oeuvres   są dwa krótkie notatki na temat magnetyzmu przez Fresnela, które zostały wykryte wśród rękopisów Ampera. W odpowiedzi na Ørsted odkrycia „s od elektromagnetyzmu w 1820 roku, początkowo Ampère Przypuszcza się, że pole stałego magnesu było spowodowane makroskopowej obiegowego prądu . Fresnela sugerowały, że istnieje mikroskopowe prądu krążącego wokół każdej cząstki magnesu. W swojej pierwszej nuty, twierdził, że mikroskopijne prądy, w przeciwieństwie makroskopowe prądy, by wyjaśnić, dlaczego wydrążony cylindryczny magnes nie utracić magnetyzm przy cięciu wzdłużnym. W swoim drugim notatki z dnia 5 lipca 1821 roku twierdził ponadto, że obecny makroskopowe miał kontrfaktyczną implikację, że magnes stały powinien być gorący, natomiast prądy krążące wokół mikroskopijnych cząsteczek może uniknąć mechanizmu ogrzewania. Nie był wiedzieć, że podstawowe jednostki stałego pola magnetycznego są jeszcze mniejsze niż cząsteczki (patrz elektronu moment magnetyczny ) . Obie noty, wraz z potwierdzeniem amper, zostały ostatecznie opublikowane w 1885 roku.

Przegrana prace

Esej Fresnela Zamyślenia z 1814 roku nie przetrwał. Podczas gdy jego zawartość byłby interesujący dla historyków, jego jakość może być może być zmierzona z faktu, że Fresnela się nigdy do niej skierowane w jego dojrzałości.

Bardziej niepokojący jest los zmarłego artykule „Sur les zróżnicowanych Systèmes relatifs à la Théorie de la Lumière” ( „Na różnych systemów odnoszących się do teorii światła”), który napisał Fresnela dla nowo uruchomionej angielskim czasopiśmie European przeglądowej . Praca ta wydaje się być podobny w zakresie do eseju De la Lumière z 1821/22, z wyjątkiem, że poglądy Fresnela dotyczące podwójnego załamania, polaryzacji kołowej, eliptycznej i skręcalności optycznej i całkowitego wewnętrznego odbicia rozwinęła się od tego czasu. Rękopis został przyjęty przez agenta wydawcy w Paryżu na początku września 1824 roku, i niezwłocznie przekazywane do Londynu. Ale udało czasopismo zanim zostaną opublikowane wkład Fresnela. Fresnela bezskutecznie próbował odzyskać rękopis. Redaktorzy swoich dzieł zebranych byli również w stanie go znaleźć, i przyznał, że prawdopodobnie został utracony.

Niedokończone sprawy

Eter eter przeciągnij i gęstość

W 1810 roku, Arago doświadczalnie, że stopień załamania światła gwiazd nie zależy od kierunku ruchu względem Ziemi do linii wzroku. W 1818 Fresnela wykazały, że wynik ten można wyjaśnić przez teorię fal, na założeniu, że jeśli obiekt o współczynniku załamania światła porusza się z prędkością w stosunku do eteru zewnętrznego (rozumianej jako stacjonarna), to prędkość światła wewnątrz obiektu zyskały dodatkowy składnik . On obsługiwany tej hipotezy zakładając, że jeśli gęstość eteru zewnętrznego przyjęto jako jedność, gęstość wewnętrznej eter był , którego nadmiar, czyli został przeciągnięty wraz z prędkością , skąd średnia prędkość wewnętrznej eterze było . Współczynnik w nawiasach, które pierwotnie Fresnela wyrażona długości fal, stał się znany jako współczynnik oporu Fresnela . (Patrz Aether przeciągania hipotezę ).

W swojej analizie podwójnego załamania, Fresnela przypuszczać, że różne współczynniki załamania światła w różnych kierunkach w obrębie tej samej pożywce były spowodowane kierunkową zmianę elastyczności, nie gęstości (ponieważ pojęcie masy na jednostkę objętości nie jest kierunkowa). Ale w jego leczeniu częściowej refleksji, przypuszczał, że różne współczynniki załamania różnych mediów były spowodowane różnych gęstościach eterowych, nie odbiegająca elastyczności. Ta ostatnia decyzja jest zastanawiające w kontekście podwójnego załamania, ale ma sens w kontekście wcześniejszego Aether przeciągnij.

W 1846 roku, George Gabriel Stokes zwrócił uwagę, że nie było potrzeby, aby podzielić eterze wewnątrz poruszającego się obiektu na dwie części; wszystko to można uznać za przeniesienie na wspólnej prędkości. Następnie, jeśli eter przechowywano, a jego gęstość zmianie proporcjonalnie do , by prędkość w eterze wewnątrz obiektu jest równy dodatkową składową prędkości Fresnela.

Odwrotnie, Fresnela mógł rozpocząć z wymaganą dodatkową składową prędkości, utożsamiane go eterze przeciągania, że ​​w połączeniu z ochroną eterze, i przybył do relacji między współczynnikiem załamania światła i gęstości eteru, co uzasadnia swój wybór w przypadku częściowego refleksji.

Dyspersja

Analogia między fal światła i falami poprzecznymi w elastycznych materiałów stałych nie przewiduje dyspersji - to znaczy, że częstotliwość zależność od prędkości propagacji, co umożliwia słupków do wytwarzania widm powoduje soczewki cierpią z aberracji chromatycznej . Fresnela, w De la Lumière i w drugim dodatku do swojego pierwszego pamiętnika sprawie podwójnego załamania, zasugerował, że dyspersja mogą być rozliczane jeśli cząstki medium sił wywieranych na siebie na odległość, które były znaczące frakcje długości fali. Później, więcej niż raz, Fresnela nawiązał do demonstracji tego wyniku jako zawarte w notatce dołączonej do drugiego pamiętnika sprawie podwójnego załamania. Ale nie takie notatka ukazała się drukiem, a stosowne rękopisy znalezione po jego śmierci pokazał tylko, że około 1824 roku został porównując współczynniki załamania światła (mierzonego Fraunhofer) ze wzoru teoretycznego, którego sens nie został w pełni wyjaśniony. Jedną z możliwości jest oczywiste, że wyjaśnienie wzoru podano w załączonej nocie, które powinny być traktowane jako inny utraconej pracy.

W 1830 sugestia Fresnela zajmowały Cauchy'ego, Powell i Kelland , a w rzeczywistości stwierdzono, że możliwie zgodne z różnicami w współczynniku załamania, o długości fali powyżej w widmie widzialnym , z różnych materiałów przezroczystych (patrz równanie Cauchy'ego ) , Badania te były na tyle, aby pokazać, że teoria fala była przynajmniej zgodny z dyspersji. Jednakże, jeżeli model dyspersji było dokładne w szerszym zakresie częstotliwości, potrzebne do modyfikacji tak aby uwzględnić rezonansów w pożywce (patrz równanie Sellmeier ) .

stożkowy refrakcji

Złożoność analityczne wyprowadzenie Fresnela powierzchni ray-prędkości była niejawna wyzwanie, aby znaleźć krótszą drogę do wyniku. Zostało to odebrane przez MacCullagh w 1830 roku, a przez William Rowan Hamilton w 1832 roku.

Hamilton poszedł dalej, tworząc dwie właściwości powierzchni, która Fresnela, w krótkim czasie określonym mu przeoczył: (i) w każdym z czterech punktów, w których wewnętrzne i zewnętrzne arkusze powierzchni zwiernym, powierzchnia ma styczną stożka (styczną do obu arkuszy), a więc stożek normalnych, co wskazuje, że stożek kierunków falistych normalnie odpowiada jednej promienie wektora prędkości; oraz (ii) wokół każdego z tych punktów, zewnętrzna warstwa ma koło z płaszczyzną styczną, co wskazuje, że stożek kierunków promieniowania odpowiada pojedynczej fali normalnego wektora prędkości. Jak zauważono Hamilton, te właściwości, odpowiednio wynika, że: (i) Wąskostrumieniowa rozmnożeniowego w krysztale w kierunku prędkości jeden promień będzie po wyjściu z kryształu przez płaską powierzchnię, podzielić wydrążonego stożka ( zewnętrzny załamania stożkowy ) i (ii) wąski strumień uderzający płaską powierzchnię kryształu w odpowiednim kierunku (odpowiadającym jednej prędkości fali normalnego wewnętrznej) będzie na wejściu kryształu, podzielić wydrążonego stożka ( wewnętrzna załamania stożkowy ).

Zatem nowa para zjawisk, jakościowo różne od wszystkiego, co dotychczas obserwowanej lub podejrzenia, były przewidywane przez matematykę jako konsekwencje teorii Fresnela. Monit eksperymentalne potwierdzenie tych przewidywań przez Humphreya Lloyda   przyniósł Hamilton nagrody, które nigdy nie doszło do Fresnela: natychmiastowy rozgłos.

Dziedzictwo

Pokój latarnia morska Cordouan , w której pierwsza soczewka Fresnela wszedł do służby w 1823. Obecny stałą catadioptric „ula” zastępuje oryginalną soczewkę Fresnela Obrotowy obiektyw w 1854 roku.

W ciągu wieku pierwotnego wniosku Fresnela wszedł obiektywem, ponad 10000 światła z soczewkami Fresnela zostały ochrony życia i mienia na całym świecie. Jeśli chodzi o inne korzyści, nauka historyk Teresa H. Levitt zauważył:

Gdziekolwiek spojrzał, historia się powtórzyła. Moment soczewką Fresnela pojawił się na miejscu był moment, że region ten stał związane z gospodarką światową.

W historii optyki fizycznej, sukces ożywienie Fresnela teorii falowej mianuje go jako kluczową postać pomiędzy Newton, który stwierdził, że światło składało się z krwinkami i James Clerk Maxwell , który założył, że fale elektromagnetyczne są lekkie. Natomiast Albert Einstein opisane prace Maxwella jako „najgłębsze i najbardziej owocna, że fizyka doświadczyła od czasów Newtona,” komentatorów ery pomiędzy Fresnela i Maxwella wykonany podobnie silne oświadczenia o Fresnela:

  • MacCullagh, już w 1830 roku, napisał, że Fresnela mechaniczny teoria podwójnego załamania światła „zrobi honoru do przenikliwości Newtona”.
  • Lloyd, w swoim raporcie na temat postępów i obecnego stanu optyki fizycznej (1834) do British Association for Advancement of Science , badanie poprzednia wiedza podwójnego załamania i oświadczył:

    Teoria Fresnela do którego teraz postępować, - i który nie tylko obejmuje wszystkie znane zjawiska, ale ma nawet obserwację wyprzedził, a przewidywane konsekwencje, które zostały potem w pełni zweryfikowane, - będzie, jestem przekonany, można uznać za najlepszego uogólnienia u fizyka, który został wykonany od czasu odkrycia powszechnego ciążenia.

    W 1841 roku opublikował swoje Lloyd Wykłady na fali-teoria światła , w którym opisał teorię fal poprzecznych Fresnela jako „najszlachetniejszy materiał, który nigdy nie zdobi domenę nauk fizycznych, systemu Newtona wszechświata sam wyjątkiem.” 
  • William Whewell , we wszystkich trzech edycjach jego Historii Nauk indukcyjne (1837, 1847 i 1857), na końcu książki  IX , w porównaniu historie fizycznej astronomii i optyki fizycznych i stwierdził:

Byłoby może być zbyt fantazyjne próbować ustalić zbieżność między prominentnych osób figura w tych dwóch historii. Gdybyśmy mieli to zrobić, musimy wziąć pod uwagę Huyghensa i Hooke , jak stoi w miejscu Kopernika , ponieważ, tak jak on, ogłosili prawdziwą teorię, ale opuścił go do przyszłego wieku, aby nadać jej rozwój i mechaniczną potwierdzenie; Malus i Brewster , grupując je razem, odpowiadają Tycho Brahe i Keplera , pracochłonne w gromadzeniu obserwacji, pomysłowy i szczęśliwy w odkrywaniu praw zjawisk; Młoda i Fresnela i połączone, tworzą Newtona nauki optycznego.

Co Whewell nazywa się „prawdziwa teoria” od tego czasu przeszedł dwie główne wersje. Pierwszy z nich, przez Maxwella, określone pola fizyczne, których odmiany stanowią fale światła. Drugi inicjowane przez wyjaśnienie Einsteina, z efektu fotoelektrycznego , zakłada się, że energia fal świetlnych podzielono na kwantów , które ostatecznie zidentyfikowane z cząstek zwanych fotonami . Ale fotony nie dokładnie odpowiadają krwinek Newtona; na przykład wyjaśnienie Newtona zwykłego załamania wymagane przez krwinki podróżować szybciej w mediach o wyższym współczynniku załamania, który fotony nie. Ani fotony wypierać fale; Przeciwnie, doprowadziły one do paradoksu fali cząstek dualnością .

Chociaż Fresnela nie wiedział, że fale elektromagnetyczne są lekkie, udało mu się skonstruować pierwszy na świecie spójną teorię światła. Z perspektywy czasu, to pokazuje, że jego metody są stosowane do wielu rodzajów fal. I choć światło jest teraz wiadomo, że zarówno falistej oraz aspekty cząstek podobnych zjawisk badanych przez Fresnela są wciąż najłatwiej wyjaśnić w kategoriach fal. W tych aspektach, jego budynek nadal stoi.

Zobacz też

Przypisy

Bibliografia

  • DFJ Arago (tr. B. Powell), 1857, "Fresnela" (czytaj na publiczne spotkanie Akademii Nauk, 26 lipca 1830), w DFJ Arago (tr. WH Smyth, B. Powell i R. Grant) , biografie wybitnych Naukowego Men (edycja jednego objętość), London: Longman, brązowy, zielony, Longmans, & Roberts, 1857, ss. 399-471.  Errata : W notatce tłumacza na str. 413, płaszczyzna styczna do zewnętrznej kuli w punkcie t powinny przecinać powierzchnię refrakcyjną (założono płaskie); i przez to przecięcie , płaszczyzny styczne należy zwrócić na wewnętrznej sfery i sferoidy. (Na tożsamości tłumacza, patrz s. 425n, 452n).
  • G.-A. Boutry, 1948, "Augustin Fresnel: Jego czas, życie i praca, 1788/27" Science Progress , vol. 36, no. 144 (październik 1948), str. 587-604; jstor.org/stable/43413515 .
  • JZ Buchwald, 1989, Powstanie teorii Wave of Light: Teoria i eksperyment optyczny na początku XIX wieku , University of Chicago Press.
  • JZ Buchwald, 2013, "Optyka w XIX wieku", w JZ Buchwald i R. Fox (red.), The Oxford Handbook of historii fizyki , Oxford, pp. 445-72.
  • Załoga H. (red.), 1900, The Theory of Light Wave: Memoirs za Huygens, młodych i Fresnela , American Book Company.
  • O. Darrigol, 2012, A History of Optics: Od greckiej starożytności do XIX wieku , Oxford.
  • E. Frankel, 1974, "Poszukiwanie krwinek teorii podwójnego załamania światła: Malus, Laplace, a cena [ sic! ] Konkurs 1808" Centaurus , vol. 18, no. 3 (wrzesień 1974), ss. 223-245.
  • E. Frankel, 1976, "corpuscular optyka i falowej teorii światła: Nauka i polityka rewolucji w fizyce", Social Studies of Science , vol. 6, nie. 2 (maj 1976), str. 141-84; jstor.org/stable/284930 .
  • A. Fresnela 1816 "Mémoire sur la dyfrakcji de la z fabryki" ( "pamiętnika dyfrakcji światła"), Annales de Chimie et de Physique , t. 1, str. 239-81 (marzec 1816); przedrukowany jako "Deuxième Mémoire ..." ( "Drugi Memoir ...") w Fresnela, 1866-70, tom. 1, str. 89-122.  Nie   należy mylić z późniejszym pamiętniku „nagród” (Fresnela, 1818).
  • A. Fresnela, 1818, "Mémoire sur la dyfrakcja de la Lumière" ( "Memoir na dyfrakcji światła"), złożone 29 lipiec 1818 "koronowany" 15 marca 1819, opublikowany w Mémoires de l'Académie Royale des Sciences de l' „Institut de France , vol. V (dla 1821 i 1822, drukowane 1826), str. 339-455 ; cyt Fresnela, 1866-70, tom. 1, str. 247-364 ; częściowo tłumaczone jako „nagroda pamiętnika Fresnela o dyfrakcji światła”, w Crew, 1900, ss. 81-144Nie   należy mylić z wcześniejszego pamiętnika z tym samym francuskim tytułem (Fresnela, 1816).
  • A. Fresnela, 1822a, De la Lumière ( na światło ), w J. Riffault (red.), Uzupełnić la traduction française de la cinquieme édition du "Système de Chimie" par Th. Thomson , Paryż. Chez Méquignon-Marvis, 1822, s 1-137, 535-9; cyt Fresnela, 1866-70, tom. 2, str. 3-146; przetłumaczone przez T. Younga jako "Elementary widzenia falowej teorii światła", Quarterly Journal of Science, Literatury i Sztuki , vol. 22 (Jan.- cze. 1827), str. 127-41 , 441-54 ; vol. 23 (Jul.- Gru 1827), str. 113-35 , 431-48 ; vol. 24 (Jan.- cze. 1828), str. 198-215 ; vol. 25 (Jul.- Gru 1828), str. 168-91 , 389-407 ; vol. 26 (Jan.- cze. 1829), str. 159-65 .
  • A. Fresnela, 1822b, "Mémoire sur un nouveau système d'éclairage des Phares" (czytaj do Académie des Sciences w dniu 29 lipca 1822), przekład T. Tag jako "Memoir na nowego systemu oświetlenia latarni" , US Lighthouse społeczeństwo, obejrzano 26 sierpnia 2017; archiwum 19 sierpień 2016.
  • A. Fresnela (red. , 1866/70 H. de Senarmont E. Verdet, L. Fresnela) Oeuvres complètes d Augustin Fresnela (3 objętości), Paryż: Imprimerie Impériale; vol. 1 (1866) , tom. 2 (1868) , tom. 3 (1870) .
  • I. Grattan-Guinness, 1990, zwojów we francuskich matematyka, 1800-1840 , Bazylea: Birkhauser, t. 2, Rozdział 13 (str. 852-915, „Wejście Fresnela: optyki, 1815/24”) i Rozdział 15 (str. 968-1045, „Wejście Naviera i przerost Cauchy'ego: Obliczono sprężystości 1819 -1830" ).
  • C. Huygens, 1690, Traité de la Lumière (Leiden: Van der Aa), tłumaczone przez SP Thompson jako Traktacie o Światłości , University of Chicago Press, 1912; Project Gutenberg, 2005.
  • FA Jenkins i HE Biała, 1976, Podstawy optyki , 4th Ed, Nowy Jork. McGraw-Hill.
  • N. Kipnis, 1991, Historia zasady Interferencja światła , Bazylea: Birkhauser rozdziały VII, VIII .
  • TH Levitt, 2009, Cień Oświecenia: optyczne i przejrzystość polityczna we Francji, 1789/48 , Oxford.
  • TH Levitt, 2013, Krótki Bright zapłonu: Augustin Fresnel i Narodziny nowoczesnych latarni , New York: WW Norton.
  • H. Lloyd, 1834, "Raport na temat postępów i obecnego stanu fizycznego optyki" , Sprawozdanie z czwartego spotkania British Association for Advancement of Science (które odbyło się w Edynburgu w 1834 roku), Londyn: J. Murray, 1835, pp . 295-413.
  • I. Newton, 1730, Opticks: albo traktat z odbicia, załamania, odmiany i kolory światła , 4th Ed. (Londyn: William Innys, 1730; Project Gutenberg, 2010); publikowane w przedmowie przez A. Einsteina i wstępem Edmund Whittaker (Londyn: George Bell & Sons, 1931); przedruk z dodatkowym przedmowie przez IB Cohena i Analitycznej spisu treści przez DHD Roller, Mineola, NY: Dover, 1952, 1979 (ze zmienionym przedmowie), 2012. (ww numery stron dopasować edycję Gutenberg HTML i wydań Dover).
  • RH Silliman, 2008, "Fresnela Augustin Jean", pełna Słownik Scientific Biography , Detroit: Sons Charles Scribner za tom. 5, str. 165-71. (The wersja na encyclopedia.com brakuje schemat oraz wzorów).
  • W. Whewell, 1857, Historia nauk indukcyjnych: Od najdawniejszych do chwili obecnej , 3rd Ed, Londyn. JW Parker & Son, vol. 2 , książka  IX , rozdział  V-XIII .
  • ET Whittaker, 1910, Historia teorii Aether i Elektryczność: Od wieku Kartezjusza aż do końca XIX wieku , London: Longmans, zielony & Co., rozdziałów IV, V .
  • J. Worrall, 1989, „Fresnela, Poissona i biała plama: Rola udanych przepowiedni w akceptacji teorii naukowych”, w D. Gooding, T. Pinch i S. Schaffer (eds.), Zastosowań Eksperymentu : Badania w naukach przyrodniczych , Cambridge University Press, pp. 135-57.
  • T. Young, 1807, Kurs wykładów na temat filozofii przyrody i Sztuki Mechanicznych (2 tomy), London: J. Johnson; vol. 1 , obj. 2 .
  • T. Young (red. G. Peacock), 1855, Pozostałe Prace późnym Thomas Young , Londyn: J. Murray, vol. 1 .

Linki zewnętrzne