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DÉCOUVERTES SCIENTIFIQUES LES PLUS IMPORTANTES
Ingérence. Histoire et essence de la découverte scientifique
Annuaire / Les découvertes scientifiques les plus importantes Dans les temps anciens, observant le comportement de la lumière, ils pensaient que deux faisceaux lumineux, se croisant, continuaient à suivre leur propre chemin comme si de rien n'était. De telles observations ont renforcé la croyance en l'incorporalité, l'immatérialité de la lumière. Mais est-ce vraiment ce qui se passe ? Newton il fut le premier à mettre en place une expérience sur l'observation de l'interaction, ou, comme disent les opticiens, l'interférence des rayons lumineux entre eux. Il a créé un espace d'air en forme de coin en plaçant une lentille mince (surface convexe vers le bas) sur une plaque de verre plate. Ensuite, le scientifique a éclairé l'espace, d'abord avec une lumière blanche, puis à son tour avec d'autres rayons colorés principaux. Newton a noté que les rayons, réfléchis par les limites de verre du coin d'air, interagissaient évidemment les uns avec les autres. Lorsqu'il est éclairé par une lumière blanche, une couleur alternée et des anneaux irisés sont apparus dans l'espace. Lorsque des rayons colorés passaient à travers l'espace, précédemment obtenu à l'aide d'un prisme, des anneaux clairs et sombres y apparaissaient. Newton a laissé ces expériences sans ses conclusions détaillées habituelles. Apparemment, le scientifique a décidé qu'il existait des phénomènes cachés nécessitant des recherches supplémentaires qu'il ne pouvait pas mener à bien. Ce n'est qu'au XNUMXe siècle que deux chercheurs exceptionnels, Jung et Fresnel, sont venus à la science et ont « achevé » la construction de l'optique classique établie par Newton. Thomas Young (1773-1829), scientifique polyvalent, médecin de profession, homme aux intérêts très variés - gymnaste et musicien, également connu comme égyptologue. Ils racontent une histoire intéressante liée à lui. À l’âge de quatorze ans, on a demandé à Thomas de reproduire plusieurs phrases en anglais pour tester s’il savait bien écrire. Le jeune homme a passé plus de temps que d’habitude dans la salle d’examen. Le nouveau professeur de Thomas Jung était prêt à rire de son incompétence. Cependant, lorsque l'étudiant lui a remis un morceau de papier, les phrases données ont non seulement été réécrites, mais également traduites en neuf (!) langues différentes. Dans ses premiers travaux sur l'optique, Jung a montré que le cristallin de l'œil humain est une lentille à courbure variable. Des muscles spéciaux étirent et compriment la lentille, vous permettant d'obtenir une image nette des objets distants et proches sur la rétine. Jung n'avait que vingt ans lorsqu'il a effectué cet examen opto-médical. La Royal Society l'a immédiatement élu membre. Pour l'esprit critique de Jung, la théorie de Newton semblait complètement insatisfaisante. Particulièrement inacceptable, il considérait la constance de la vitesse des particules lumineuses, qu'elles soient émises par une source aussi minuscule qu'une braise fumante ou une source aussi énorme que le Soleil. Et surtout, la théorie newtonienne des "attaques" lui semblait peu claire et insuffisante, à l'aide de laquelle Newton tentait d'expliquer la coloration des plaques minces. Après avoir reproduit ce phénomène et y avoir réfléchi, Jung a eu une brillante idée sur la possibilité d'interpréter ce phénomène comme une superposition de la lumière réfléchie par la première face d'une plaque mince et de la lumière transmise dans la plaque, réfléchie par sa deuxième face et puis sorti par le premier. Une telle superposition pourrait conduire à un affaiblissement ou un renforcement de la lumière monochromatique incidente. On ne sait pas exactement comment Jung a eu son idée de superposition. Il est probable que cela se soit produit à la suite de l'étude des battements sonores, dans lesquels il y a une augmentation et une diminution périodiques du son perçu par l'oreille. Quoi qu'il en soit, dans quatre mémoires présentés à la Royal Society de 1801 à 1803, réunis quelques années plus tard dans l'ouvrage de synthèse "Course of lectures on natural philosophe andmechanical art", publié à Londres en 1807, Jung donne les résultats de ses études théoriques et expérimentales. Il cite plusieurs fois la phrase XXIV du troisième livre des Principia de Newton, dans laquelle les marées anormales observées par Halley dans l'archipel des Philippines sont expliquées par Newton comme le résultat de la superposition des vagues. À partir de cet exemple particulier, Jung introduit le principe général d'interférence. "Imaginez une série de vagues identiques traversant la surface d'un lac à une certaine vitesse constante et pénétrant dans un chenal étroit menant à l'exutoire du lac. Imaginez en outre que, pour une autre raison similaire, une autre série de vagues de même magnitude est excité, venant à ce même canal à la même vitesse simultanément avec le premier système d'ondes. Aucun de ces deux systèmes ne perturbera l'autre, mais leurs actions s'additionneront : s'ils s'approchent du canal de telle manière que les sommets de un système d'ondes coïncide avec les sommets de l'autre système, alors ils forment ensemble une collection d'ondes de plus grande ampleur, mais si les sommets d'un système d'ondes sont situés aux endroits des défaillances d'un autre système, ils se rempliront exactement ces failles et la surface de l'eau dans le chenal resteront unies, légères, et j'appelle cette superposition la loi générale d'interférence de la lumière. Pour obtenir des interférences, les deux faisceaux lumineux doivent provenir de la même source (afin qu'ils aient exactement la même période), après avoir parcouru un chemin différent, ils doivent tomber au même point, et y aller également presque parallèlement. Ainsi, poursuit Jung, lorsque deux parties de lumière d'origine commune pénètrent dans l'œil par des chemins différents, allant à peu près dans la même direction, le faisceau acquiert une intensité maximale, à condition que la différence dans les chemins des rayons soit égale à un multiple de quelques certaine longueur, et a une intensité minimale dans le cas intermédiaire. Cette longueur caractéristique est différente pour la lumière de différentes couleurs. En 1802, Jung renforce son principe d'interférence avec l'expérience classique "à deux trous", peut-être influencée par une expérience similaire de Grimaldi, qui n'a cependant pas conduit à la découverte d'interférences dues aux particularités de l'installation utilisée. L'expérience de Young est bien connue : dans un écran transparent, deux trous rapprochés sont percés avec la pointe d'une épingle, qui sont éclairés par la lumière du soleil traversant un petit trou de la fenêtre. Deux cônes de lumière formés derrière un écran opaque, se dilatant par diffraction, se chevauchent partiellement et, dans la partie qui se chevauche, au lieu de donner une augmentation uniforme de l'éclairage, forment une série de bandes sombres et claires alternées. Si un trou est fermé, alors les franges disparaissent et seuls les anneaux de diffraction de l'autre trou apparaissent. Ces bandes disparaissent également lorsque les deux ouvertures sont éclairées (comme c'était le cas dans l'expérience de Grimaldi) directement avec la lumière du soleil ou avec une source de lumière artificielle. Invoquant la théorie des ondes, Jung explique très simplement ce phénomène. On y obtient, dit le scientifique, des bandes sombres où les creux des vagues qui ont traversé un trou se superposent aux crêtes des vagues qui ont traversé un autre trou, de sorte que leurs effets s'annulent ; des jantes légères sont obtenues là où deux crêtes ou deux creux de vagues qui sont passés par les deux trous s'additionnent. Cette expérience a permis à Jung de mesurer la longueur d'onde de différentes couleurs : il a obtenu une longueur d'onde de 0,7 micron pour la lumière rouge et de 0,42 micron pour le violet extrême. Ce sont les premières mesures de la longueur d'onde de la lumière dans l'histoire de la physique, et il convient de noter leur étonnante précision. De son principe d'interférence, Jung a déduit un certain nombre de conséquences différentes. Il a considéré les phénomènes de coloration des couches minces. Le scientifique les a expliqués dans les moindres détails. Jung a dérivé les lois empiriques trouvées par Newton et, considérant que la fréquence de la lumière d'une couleur donnée est constante, a expliqué le compactage des anneaux dans l'expérience de Newton lors du remplacement de l'entrefer entre les lentilles par de l'eau par une diminution de la vitesse de la lumière. dans un milieu plus réfractif. Il est intéressant de noter que Jung possède le terme "optique physique", qui est utilisé pour désigner les études de "... les sources lumineuses, la vitesse de sa propagation, son interruption et son atténuation, sa division en différentes couleurs, l'influence de les différentes densités atmosphériques qui s'y trouvent, les phénomènes météorologiques liés à la lumière, les propriétés particulières de certaines substances par rapport à la lumière. Les travaux de Young, représentant la contribution la plus importante à la théorie des phénomènes optiques depuis l'époque de Newton, ont été perçus par les physiciens de l'époque avec méfiance et, en Angleterre, ils ont même fait l'objet d'un ridicule grossier. Cela était dû en partie au fait que Jung essayait d'appliquer le principe d'interférence à des phénomènes clairement non-interférences, et en partie à un certain flou de présentation, qui se fait encore sentir aujourd'hui et qui devait l'être encore plus à l'époque, et en partie , comme Jung le reprocha plus tard Laplace, le fait que Jung se contente parfois d'expériences insuffisamment rigoureuses, parfois superficielles. Augustin Fresnel (1788-1827), ingénieur routier, qui commença à s'intéresser aux sciences relativement tard, partit lui aussi de l'idée de la lumière comme mouvement ondulatoire de l'éther. Le «bon génie» de Fresnel, l'académicien François Arago, qui a remarqué le talent exceptionnel du scientifique à temps et l'a aidé toute sa vie, a néanmoins écrit dans ses mémoires: «Augustin Fresnel a étudié si lentement que pendant huit ans, il pouvait à peine lire ... Il n'a jamais ressenti d'envie d'apprendre les langues, n'aimait pas les connaissances basées sur la simple mémoire et mémorisait ce qui était prouvé de manière claire et convaincante. Au début, Fresnel a travaillé dans le désert rural. Il n'avait aucune idée des expériences de Jung, alors il les a répétées. Et Fresnel a donné une explication de la flexion de la lumière autour d'obstacles similaire à celle de Jung. Plus tard, travaillant déjà à Paris, Fresnel a reçu des équations mathématiques qui décrivent avec précision les processus optiques se produisant à la frontière de deux supports optiques différents. Diverses formules de Fresnel sont si souvent utilisées dans les travaux d'optique qu'elles occupent sans aucun doute la première place dans cet indicateur. Fresnel a proposé de créer un motif d'interférence en dirigeant la lumière du soleil sur un écran à l'aide de deux miroirs légèrement inclinés l'un par rapport à l'autre. Scientifique reconnu, auteur de nombreux manuels universitaires de physique, Robert Pohl a proposé à un large public de créer des interférences en dirigeant la lumière sur une fine plaque de mica. La lumière réfléchie par la plaque frappe un grand écran, sur lequel les franges d'interférence sont clairement visibles. Le phénomène d'interférence est largement utilisé dans les dispositifs appelés interféromètres. Les interféromètres peuvent servir à diverses fins, par exemple, pour contrôler la propreté des surfaces métalliques. Auteur : Samin D.K.
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