История эфира

Начав в Матье с повторения результатов Юнга, о которых Френель ничего не знал, он уже не прекращает поразительную по плодотворности деятельность в оптике. Вплоть до 1818 года все его исследования опираются на представления о продольных световых колебаниях (хотя на самом деле для рассматриваемого круга вопросов характер колебаний, продольный или поперечный, был пока не существен).

К 1819 году закончен первый, удостоенный премии Академии Наук, мемуар Френеля по дифракции и интерференции, где, в частности, Френель строго доказывает, что последовательное применение волновой картины ведет к прямолинейности световых лучей. Рассматривая по Гюйгенсу все точки сферического светового фронта как источники новых сферических волн, он показывает, что вторичные волны гасятся во всех направлениях, кроме того единственного, который отвечает направлению светового луча. Таким образом, пало главное возражение против волновой оптики. В этом же мемуаре Френель разрабатывает математический аппарат для описания интерференции и дифракции (появляются «интегралы Френеля» и пр.).

Теперь Френель все время поддерживает связь с Л. Араго, в то время сотрудником Института, а позже академиком, который лучше и раньше других оценил Френеля, снабжал его информацией, участвовал в постановке и обсуждении отдельных опытов, организовывал длительные поездки Френеля в Париж, а затем, в 1817 году, помог ему получить постоянную работу в Парижском округе. Роль Араго в качестве «доброго гения» Френеля не менее важна, чем все его заслуги в науке. В 1817 году Араго знакомит Френеля с письмом Юнга, в котором последний говорит о необходимости поперечных колебаний в связи с явлением поляризации (в этом случае появляются две недостающие степени свободы, отвечающие колебаниям эфира перпендикулярно к распространению луча в двух взаимно перпендикулярных плоскостях). Идея, возможно, обдумывалась Френелем раньше, но только начиная с 1818-1819 годов, его исследования опираются уже исключительно на представления о поперечных волнах. Френель не пытался дать последовательную динамическую теорию распространения таких волн, а занимался в основном феноменологией. В истории науки снова возникла ситуация, когда для того, чтобы сильно продвинуться дальше, нужно было крепко «зажмурить глаза» и не рассматривать неразрешимые вопросы, которые не имеют в данный момент отношения к описанию рассматриваемого узкого круга явлений.

В 1822 году Френелем представлен в Академию мемуар о двойном преломлении световых лучей в кристаллах. В 1821—1825 годах разработан, а в 1826 году опубликован второй мемуар о двойном лучепреломлении, являющийся, по существу, изложением новой науки — кристаллооптики. Обилие идей, а также простых и красивых результатов в этом сочинении, особенно с учетом того обстоятельства, что многие факты в кристаллооптике к тому времени вообще не имели естественного объяснения в корпускулярной теории или же требовали чрезвычайно сложных построений, — все это в совокупности служило убедительным доказательством адекватности волновых представлений и картины поперечных волн.

Короткая деятельность Френеля в науке отмечена и другими важными результатами, о которых здесь не было сказано. Кроме того, он предложил несколько блестящих решений технологических проблем, когда работал в комиссии по улучшению системы маяков. Френель умер от туберкулеза 14 июля 1827 года в возрасте 39-ти лет. Его последние три года прошли в тяжелой борьбе с болезнью. Он уже не работал над физическими проблемами, так как с трудом справлялся со своими обязательными делами по службе, которые давали ему средства к существованию. Но эти годы отмечены постепенным признанием его заслуг. В 1823 году (со второго «захода») он выбран во Французскую Академию, с 1825 года он член Королевского Общества в Англии. Уже к середине XIX века Френель был справедливо оценен как человек, который «составил честь Франции и своего века».

Френель сделал для современников несомненным существование оптического эфира. Но он был далек от того, чтобы дать законченную мысленную картину распространения света, его теории на сей счет имеют кусочный характер. Он правильно использует одни динамические принципы (например, сохранение живой силы), но пренебрегает другими (например, непрерывностью в нормальных компонентах сцепления частиц эфира на границе раздела двух сред). С одной стороны, Френель получает яркие точные результаты, с другой, — свободно формулирует неясные гипотезы, которые требуют обоснования, причем в ряде случаев возможность такого обоснования не очевидна. Например, Френель без доказательств запрещает распространение продольных волн в эфире, поскольку только поперечных волн достаточно для объяснения опытных данных, но совершенно неясно, может ли в принципе существовать среда, обеспечивающая такое свойство. Впоследствии на протяжении сотни лет многие выдающиеся физики пытались теоретически обосновать некоторые френелевские гипотезы.