Трактат об электричестве и магнетизме. Том 2.

811. Физическое объяснение этого явления представляет значительные трудности, про которые едва ли можно сказать, что они преодолены к настоящему времени как для магнитного вращения, так и для вращения, которое некоторые среды производят сами по себе. Мы можем, однако, подготовить путь для такого объяснения на основе анализа наблюдаемых фактов.

В кинематике существует хорошо известная теорема, что два однородных круговых колебания одинаковой амплитуды, имеющие один и тот же период и лежащие в одной и той же плоскости, но вращающиеся в противоположных направлениях, будучи соединены вместе, эквивалентны прямолинейному колебанию. Период этого колебания равен периоду круговых колебаний, его амплитуда удвоена, а его направление находится на линии, соединяющей точки, в которых встречаются две частицы, совершающие круговые колебания в противоположных направлениях по одному и тому же кругу. Следовательно, если фаза одного из круговых колебаний ускоряется, направление прямолинейных колебаний будет поворачиваться в сторону, соответствующую направлению этого кругового колебания, но на угол, равный половине угла ускорения фазы.

Можно также доказать при помощи непосредственного оптического эксперимента, что два луча света, имеющих равные интенсивности и циркулярно поляризованные в противоположных направлениях, после их соединения превращаются в один плоскополяризованный луч и что если любыми способами ускорить фазу одного из циркулярно поляризованных лучей, то плоскость поляризации результирующего луча поворачивается на половину угла опережения фазы.

812. Мы можем, следовательно, выразить явление вращения плоскости поляризации следующим образом. Плоско-поляризованный луч падает на среду. Это эквивалентно двум циркулярно поляризованным лучам: одному - правостороннему, другому - левостороннему (по отношению к наблюдателю). После прохождения через среду луч по-прежнему плоскополяризован, но плоскость поляризации повёрнута, скажем, вправо (по отношению к наблюдателю). Следовательно, из двух циркулярно поляризованных лучей тот, который является правосторонним, при прохождении через среду должен иметь фазу, ускоренную по отношению к другому лучу.

Другими словами, правополяризованный луч совершает большее число колебаний и, следовательно, имеет меньшую длину волны в среде, чем левополяризованный луч, имеющий тот же самый период.

Этот способ констатации того, что имеет место, совершенно не зависит от любой теории света, ибо хотя мы и используем такие термины как длина волны, круговая поляризация и др., которые в наших умах могут ассоциироваться с частной формой волновой теории, само рассуждение не зависит от этих ассоциаций, а зависит только от фактов, доказанных экспериментом.

813. Рассмотрим далее конфигурацию одного из этих лучей в данный момент. Любое волновое движение, круговое в каждой точке, может быть представлено спиралью или винтом. Если винт поворачивать вокруг оси без продольного перемещения, каждая частица будет описывать окружность; в то же время распространение волнового движения будет представлено видимым продольным перемещением подобно расположенных частей резьбы винта. Легко увидеть, что если винт правосторонний, а наблюдатель помещён на том конце, по направлению к которому идёт волновое возмущение, то ему движение винта будет казаться левосторонним, иначе говоря, противоположным направлению движения стрелок часов. Поэтому такой луч был назван вначале французскими авторами, а теперь и всем научным миром, левосторонним циркулярно поляризованным лучом.

Рис. 66

Правосторонний циркулярно поляризованный луч аналогичным образом представляется левовинтовой спиралью. На рис. 66 правовинтовая спираль A на правой стороне рисунке представляет левосторонний луч, а левовинтовая спираль B слева представляет правосторонний луч.

814. Рассмотрим теперь два таких луча, которые имеют одну и ту же длину волны в среде. Они геометрически подобны во всех отношениях, но один из них является перверсией другого, т.е. он аналогичен своему изображению в зеркале. Пусть, однако, один из лучей, скажем A, имеет более короткий по сравнению с другим период вращения. Если движение целиком обусловлено силами, вступающими в игру из-за смещения, то это будет свидетельствовать о том, что при одинаковом смещении для конфигурации вида A вовлечены большие силы, чем для конфигурации вида B. Следовательно, в этом случае левосторонний луч будет ускоряться по отношению к правостороннему лучу, причём это будет иметь место и когда лучи идут от N к S, и когда они идут от S к N.

Таким образом, это даёт объяснение явления, производимого скипидаром и др. В таких средах смещение, вызываемое циркулярно поляризованным лучом, вовлекает большие восстанавливающие силы в случае конфигурации вида A, чем в случае конфигураций вида B. Силы, следовательно, зависят только от конфигурации, но не от направления движения.