Оптика пәнінен дәрістік конспектлер

Корпускулярлық теорияның түсіндіріп бере алмаған құбылыстарын түсіндіру үшін 1690ж. неміс ғалымы Христиан Гюйгенс (14.04.1629–08.06.1695) жарықтың толқындық теориясын ұсынған. Орыстың ұлы ғалымы М.В.Ломоносов (08.11.1711–04.04.1765) толқындық теорияны қолдаған.

Толқындық теория бойынша, жарық дыбыс сияқты серпімді ортада таралатын толқын болып табылады. Дыбыс толқыны бақылаушының есту мүшесіне (құлаққа) әсер етсе, жарық толқыны бақылаушының көру мүшесіне (көзге) әсер етеді. Жарықтың дыбыстан өзгешелігі, дыбыс көзі белгілі бір жиілікпен тербеледі де, өзін қоршап тұрған ортаны тербелтеді. Егер дыбыс көзін қоршап тұрған орта серпімді болса, онда толқын пайда болады. Ортаның толқыны бақылаушының есту мүшесіне әсер етіп дыбыс түрінде сезіледі. Жарық көзі де белгілі жиілікпен тербеледі. Бірақ жарық көзі, ауадан майда, әрі ауадан жеңіл, дүниедегі заттардың молекулаларының арасына дейін емін-еркін өтіп кететін «әлемдік эфир» немесе «жарық эфирі» дейтін ортаны тербелтеді. Осы эфирдің толқыны бақылаушының көру мүшесіне әсер етіп, жарық түрінде сезіледі. Эфирдің майдалығы соншалық, ол кез келген заттың атомдарының арасын толтырып тұрады. Бүкіл денелер, аспандағы жұлдыздардан бастап ең майда атомдарға дейін эфирдің ішінде емін-еркін жүзіп жүре алады. Ешбір дене эфир толқынына бөгет бола алмайды. Серпімді денелердің механикасынан өзімізге белгілі қатты және сұйық денелерде әрі көлденең, әрі бойлық толқындар, ал газдарда тек бойлық толқындар ғана таралады. Эфир газдардан да майда болғандықтан оның толқыны тек бойлық толқын ғана болуға тиіс.

Толқындық теория сол кездегі белгілі жарық құбылыстарының барлығын түсіндіріп берді. Бірақ, соған қарамастан, XIX ғасырға дейін ғылымда ол өзіне тиісті орынды ала алмады. Оның себебі, сол кездегі ғалымдардың арасында Ньютоннның абыройы өте зор болған, сондықтан корпускулярлық теория толқындық теорияға жол бермей келген.

1801ж. Томас Юнг (1773-1829) «Ньютон сақиналарын» толқынның интерференциясы арқылы түсіндіріп берді. Осы кезден бастап толқындық теория жарықтың тегін түсіндіретін негізгі теория болып саналды.

1809ж. Этьен Луи Малюс (1775-1812) поляризация құбылысын ашқан, ал 1811ж. Доминюк Франсуа Араго (1786-1853) кристалдарда поляризацияланған сәулелердің беретін түсті құбылыстарын баяндаған. 1817 ж. Юнг бұл құбылыстарды жарық толқынының көлденең толқындылығымен түсіндіріп, жарық толқыны көлденең толқын болуға тиіс екендігін дәлелдеген. Сондықтан 1817 жылдан бастап жарықтың көлденең толқындық теориясы қолданыла бастаған.

Жарықтың көлденең толқын негізінде болуы оның әлемдік эфирдің толқыны екендігіне қайшы келген. Механикадан өзімізге белгілі көлденең толқындар қатты денелерде ғана таралады. Олай болса, эфир қатты дене болуға тиіс. Бірақ қатты денелердің ішінде басқа денелер емін-еркін қозғалып жүре алмайды, ал эфирдің ішінде молекулалардан бастап «алып жұлдыздарға» дейін емін-еркін қозғалып жүреді. Сондықтан эфирдің әрі «қатты», әрі «майда» болуы мүлдем түсініксіз болған. Соған қарамастан, жарықтың поляризация құбылысын түсіндіру үшін, эфирде осы қарама-қарсы екі қасиеттің екеуі де бар деп алуға тура келген.

1834ж. Македони Меллони (1797-1854) инфрақызыл, 1856ж. Генрих Мюллер (1805-1875) ультракүлгін сәулелердің жарық сәулесіне ұқсас екендігін, олардың көрінетін жарық сәулелерінен айырмашылықтары тек толқын ұзындықтарында ғана екендігін көрсеткен.

1895ж. Вильгельм Конрад Рентген (1845-1923) рентген сәулесін ашып, 1896ж. Эмиль Вихерт (1861-1928) және Габриэль Стокс (1819-1903) оның жарық сәулесімен тектес екендігін дәлелдеген. 1919ж. Дж.Дюмонд - сәулелерін ашқан.

1834 жылдан бастап, бақылаушының көру мүшесі арқылы сезілетін, толқын ұзындығы -нан арасында болған жарық, өте зор интервалдың арасында жатқан, толқын негізді физикалық құбылыстың бір бөлімі ғана екендігі анықталған.

1865ж. Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) кеңістікте жарық жылдамдығындай жылдамдықпен тарайтын электромагнит толқынның бар екендігін математикалық әдіспен қорытып шығарды. Осыдан, жарық – электромагниттік толқынның бір түрі деген тұрғыдан қарап, жарықтың электромагниттік теориясын ұсынды.

1875ж. Генрих Антон Лоренц (1853-1928) бұл теорияның дұрыстығын математикалық есептеу арқылы дәлелдеген. 1888ж. Генрих Герц (1857-1894) тәжірибе жүзінде электромагниттік толқынды ашып, олардың шағылуын, сынуын, интерференциясын, дифракциясын, поляризациясын және таралу жылдамдығын зерттеп, электромагниттік толқындар мен жарық толқындарының тегі бір екендігін дәлелдеген. Содан бастап жарықтың электромагниттік толқындық теориясы осы уақытқа дейін қолданылып келген эфирдің механикалық толқындық теориясын ғылымнан мүлдем ығыстырып шығарған.

1888ж. А.Г.Столетов (1839-1896) фотоэлектрлік құбылысты ашты. Бұл құбылыс кезінде металл заттарға түскен жарық сәулесі, оның бетінен электрондарды ыршытып шығарады. Жарық пен заттың арасындағы бұл қатынас жарықтың тегін түсінуді дамытуға себеп болған. Фотоэффект құбылысын, сол сияқты басқа құбылыстарды жарықтың электромагниттік толқындық теориясымен түсіндіріп берудің мүмкіншілігі болмаған. Электромагниттік толқын теориясы бойынша жарық денеден шықса да, денеге сіңсе де үздіксіз біркелкі шығып немесе біркелкі сіңуге тиіс. Фотоэффект құбылысын, атомдардың сызықтық спектр шығаруын түсіндіруге электромагниттік толқындық теория жеткіліксіз болған. Осының салдарынан 1900ж. Макс Планк (1858-1947) қара дененің жарық шығаруын түсіндіру үшін жаңа теория ұсынған. Бұл теория бойынша жарық денеден жан-жаққа біртұтас жаппай толқын түрінде таралмай, бойында тек белгілі мөлшерлі энергиясы бар, кесек-шумақ түрінде таралуға тиіс. Бұл жарық кесектерінің бойындағы энергиясы кванттық энергия делінеді. Жарық кесегі квантының мөлшері жарықтың жиілігіне байланысты. Планктың есептеуі бойынша әр кванттың мөлшері , мұндағы - зерттелініп отырған сәуленің жиілігі, - тұрақты шама. Бұл шама Планк тұрақтысы деп аталады. Соңғы зерттеулер жарықтың шығуын ғана емес, оның сіңуі де, заттарға көрсететін әсері де осы кванттық көзқарасқа сәйкес болатындығын анықтаған, ал жарық кесектері фотон деп аталған.

Осы айтылғандардан жарықта әрі толқындық, әрі түйіршіктік (корпускулалық) қасиеттің болатындығы көрінеді. Бұл екі қасиет тек жарықта ғана емес, заттарда да бар. Мысалы: электрондардың, атомдардың түйіршік екендігі айқын. Сонымен қатар олар жарық сияқты өзара әсерлескенде интерференция құбылысын береді.

Жарық құбылысын зерттеуде орыс ғалымдары да біраз еңбек сіңірген. М.В.Ломоносов өзінің «Слово о происхождении света» деген еңбегінде жарықтың толқын негізді екендігін дәлелдеген. В.А.Михельсон (1866-1927) жарық сәулесінің энергиясын анықтауға қажетті теңдеуді қорытуға алғаш қадам жасаған. Б.Б.Голицын (1862-1916) жарық энергиясы мен абсолют температураның арасында байланыстың бар екендігін ашқан. П.Н.Лебедев (1866-1912) алғаш жарық қысымының барлығын тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Д.С.Рождественский аномаль дисперсияны зерттеу әдісін ұсынды. А.Г.Столетов фотоэфффект құбылысын ашу арқылы жарықтың жаңа теориясының шығуына жол салды. А.Ф.Иоффе мен Н.И.Добронравов жарықтың жеке квант түрінде сіңуін тәжірибе жүзінде дәлелдеп, еңбек сіңірген. С.И.Вавилов жарық ағынында болатын флуктуация құбылысын бақылаудың визуальдық әдісін жасаған. Осы ғалымдар сияқты оптиканы дамытуға еңбек сіңірген еліміздің көптеген ғалымдарын атап өтуге болады.