Юнг Томас

Англичанин Томас Юнг был яркой личностью. Вот отрывок из его биографии, написанной Араго: «Двух лет уже умел бегло читать, ...отличался необыкновенной памятью, так что в четыре года знал наизусть значительное число английских авторов и даже несколько латинских поэм, хотя и не понимал еще латинского языка... От девяти до четырнадцати лет, изучая в школе древних классиков и занимая постоянно первое место в классе, он успел в то же время выучиться по-французски, по-итальянски, по-еврейски, по-персидски и по-арабски. Французским и итальянским языком он начал заниматься, чтобы удовлетворить любопытство своего приятеля, который имел несколько книг, напечатанных в Париже и желал узнать их содержание; еврейским, чтобы читать Библию в подлиннике; персидским и арабским, чтобы решить вопрос, возникший однажды во время рекреации: есть ли между восточными языками такая же разница, как между европейскими...В то же время он имел страсть к ботанике...и предпринял попытку сам устроить микроскоп...Приобрел для этой цели ловкость в искусстве точения, но пришел было в смущение, встретив в алгебраических формулах оптики непонятные символы... Не желая, однако, отказаться от наблюдения в увеличенном виде пестиков и тычинок, нашел более простым выучиться дифференциальному счислению, чтобы понять несчастную формулу, чем послать в соседний город купить микроскоп...

Занимаясь медициной в Эдинбурге, он в короткое время достиг того, что мог состязаться в ловкости с известным акробатом; в Геттингене, где оставался девять месяцев, приобрел замечательное умение вольтижировать на лошади» (и даже, можно добавить, выступал в знаменитом цирке Франкони). «Я уверен, — замечает Араго, — что из всех музыкальных инструментов не найдется двух, на которых бы Юнг не умел играть». «Гений Юнга оставил след в истории самых разнообразных отраслей человеческого знания. Творец учения об интерференции лучей, он основатель современной теории света как волнообразного движения; его пытливость одинаково привлекали чудеса светового луча, трудные вопросы физиологии зрения, как и тайны египетских иероглифов, которых он был проницательным истолкователем».

Юнг учился в Лондонском, Эдинбургском и Геттингенском университетах. Его основные научные достижения относятся к оптике. Он разделял мнение, что свет — распространение продольных колебаний во всепроникающей среде, эфире. В частности, Юнг писал в 1801 году: «Светоносный эфир, в высокой степени разреженный и упругий, заполняет вакуум. Колебательные движения возбуждаются в этом эфире каждый раз, как тело начинает светиться». Когда Юнг обратился к оптике, уже существовал принцип Гюйгенса, который позволил качественно понять, почему и как происходят отступления от предписаний геометрической оптики. Однако, многие количественные детали явлений дифракции, т.е. огибания светом препятствий, оставались еще необъясненными. На основе этого принципа еще нельзя было ответить на вопрос, как будет выглядеть картина на экране, если на пути света имеются те или иные «оптические неоднородности». Ответ на такой вопрос впервые предлагался именно в исследованиях Юнга.

Им был сформулирован «простой и общий закон», представляющий собой принципиально новый шаг в оптике: «Везде, где две части одного и того же света попадают в глаз различными путями, либо точно, либо весьма близко по направлению, свет становится более сильным там, где разность путей есть целое кратное длины волны; и наименее сильным в промежуточных состояниях интерферирующих частей; и эта длина различна для света различных цветов». В этом отрывке впервые появился термин «интерференция», т. е. усиление или ослабление волн при их наложении. В той его части, где говорится о двух частях «одного и того же света», в нем содержится и указание на способ измерения длины световой волны.

Но Юнг не ограничивается этими блистательными открытиями. Он, дополнив принцип Гюйгенса идеей об интерференции, указал в 1803 году новый подход к количественному описанию дифракции. Юнгом же была развита и теория интерференции в тонких пленках. В процитированном выше «простом и общем» законе Юнга обращают на себя внимание слова о «двух частях одного и того же света». Теперь об этом говорят как о когерентности. Две волны (и не только световые), накладываясь одна на другую, могут создавать стабильную, т.е. не меняющуюся со временем, отчетливую картину их взаимного усиления или ослабления только при условии, что близки их амплитуды (т. е. размах колебаний) и разность хода постоянна. Чтобы наблюдать интерференцию, нужны когерентные волны, а для их получения нужны особые установки, которые как бы «расщепляли» на части свет, идущий от одного источника. Упомянем лишь об одном эффектном опыте, где это осуществляется — о знаменитом опыте Юнга. Пучок параллельных лучей падает в этом опыте на непрозрачную ширму, в которой проделано маленькое отверстие. За первой ширмой помещается вторая, в которой есть два отверстия. Если рассматривать все это с позиций геометрической оптики, то на экран, находящийся за второй ширмой, свет вообще не мог бы попасть. Но в действительности он туда попадает и образует картину, которая находит естественное объяснение в волновой теории: отверстие в первой ширме можно рассматривать как центр, от которого расходится сферическая волна, и когда она достигает отверстий во второй ширме, они становятся центрами распространения двух новых сферических волн; поскольку, говоря словами Юнга, эти две волны — «...две части одного и того же света...» — их наложение и дает на экране интерференционную картину. Было придумано множество и других способов наблюдать интерференцию света: установки с двойными призмами, с разрезанными линзами, с составленными под углом зеркалами и т.д. Во всех таких установках свет сначала разделялся на два пучка, которые затем накладывались друг на друга, распространяясь в близких направлениях. Интерференция — одно из ярчайших проявлений волновых свойств, и потому ей принадлежит такое важное место в выяснении физической природы света. Юнг не только объяснил физическую природу этого явления, дал правильное истолкование колец Ньютона, но и получил первые оценки для длин световых волн. Его внимание привлекала также физиологическая оптика. Он первым выдвинул предположение, что свет и лучистое тепло имеют одинаковую физическую природу и что световые волны — поперечные.

Разносторонность Юнга проявилась и в его научных трудах. Он занимался акустикой, теорией теплоты, математикой, астрономией, геофизикой, физиологией и филологией. «Модуль Юнга» — одна из важнейших величин в теории упругости — известен всем физикам и инженерам.

Автор: В.И. Григорьев