Трактат об электричестве и магнетизме. Том 2.

810. Существуют другие вещества, которые независимо от приложения магнитной силы заставляют поворачиваться плоскость поляризации вправо или влево при прохождении луча через вещество. В некоторых из них это свойство относится к оси, как в случае кварца. В других это свойство не зависит от направления луча в пределах среды, как в скипидаре, растворе сахара и т. п. Во всех этих веществах, однако, если плоскость поляризации какого-то луча скручена, подобно правостороннему винту, она по-прежнему будет скручена в виде правостороннего винта, если луч пропускается через среду в противоположном направлении. Направление, в котором наблюдатель должен повернуть свой анализатор, чтобы погасить луч при введении среды на пути луча, одинаково относительно наблюдателя независимо от того, приходит ли к нему луч с севера или с юга. Направление вращения в пространстве, конечно, меняется на противоположное при обращении направления луча. Но когда это вращение производится магнитным действием, его направление одно и то же, независимо то того, идёт ли луч на север или на юг. Вращение всегда происходит в направлении тока, который создаёт (или создал бы) действительное магнитное состояние поля, если среда принадлежит к средам положительного класса, и в противоположном направлении, если среда принадлежит к средам отрицательного класса.

Из этого следует, что если луч света после прохождения через среду с севера на юг отражается зеркалом и возвращается через среду с юга на север, вращение будет удваиваться, если оно является результатом магнитного действия. Когда же вращение зависит только от природы среды, как в скипидаре и др., отражённый луч при прохождении обратно через среду выходит в той же плоскости, в какой он вошёл в неё, - вращение во время первого прохождения через среду точно обращается на противоположное во время второго прохождения.

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.