Огюстен-Жан Френель

Огюстен-Жан Френель Ранние годы и образование Огюстен-Жан Френель родился в 1788 году в Бройле, Нормандия.   Семья переехала в Шербур и […]

Огюстен-Жан Френель

  • Ранние годы и образование

    • Огюстен-Жан Френель родился в 1788 году в Бройле, Нормандия.  
    • Семья переехала в Шербур и Матье, где Френель получил домашнее образование.  
    • В 1801 году поступил в Центральную школу в Кане, затем в Политехническую школу.  
    • В 1806 году окончил Политехническую школу и поступил в Национальную школу мостов и шоссейных дорог.  
  • Религиозное образование и инженерные задания

    • Родители Френеля были католиками-янсенистами.  
    • Френель рассматривал свои таланты как дары Божьи и считал долгом использовать их на благо других.  
    • Первоначально работал в Вандее, затем в Ньоне, где проявил интерес к оптике.  
    • В 1814 году заинтересовался поляризацией света после прочтения мемуаров Био.  
  • Вклад в физическую оптику

    • Френель предложил катадиоптрическую линзу и ступенчатые линзы для улучшения видимости маяков.  
    • Ввел термины линейная, круговая и эллиптическая поляризация.  
    • Объяснил природу поляризации и механизм хроматической поляризации.  
    • Ввел комплексность коэффициента отражения и объяснил изменение поляризации при полном внутреннем отражении.  
  • Поздние годы и признание

    • Френель боролся с туберкулезом и умер в 1827 году в возрасте 39 лет.  
    • Получил медаль Румфорда Лондонского королевского общества на смертном одре.  
    • Его имя широко используется в современной терминологии оптики и волн.  
    • Вклад Френеля в оптику был признан, несмотря на его короткую жизнь.  
  • Корпускулярная и волновая теории света

    • Корпускулярная теория Ньютона объясняла прямолинейное распространение света движением частиц.  
    • Волновая теория Гюйгенса объясняла прямолинейное распространение через вторичные волновые фронты.  
  • Проблемы с объяснением прямолинейного распространения

    • Волновая теория не объясняла огибание препятствий волнами на поверхности воды.  
    • Корпускулярная теория не объясняла, почему свет распространяется быстрее в более плотных средах.  
  • Звездная аберрация и двойное лучепреломление

    • Звездная аберрация не была убедительным доказательством корпускулярной теории.  
    • Гюйгенс объяснил двойное лучепреломление через сферические и сфероидальные вторичные волновые фронты.  
  • Объяснение цветов и дифракции

    • Ньютон пытался объяснить цвета тонких пластин через корпускулярную теорию.  
    • Янг объяснил цвета тонких пластин через интерференцию.  
    • Ни Ньютон, ни Гюйгенс не объяснили дифракцию удовлетворительно.  
  • Двойное лучепреломление и корпускулярные теории

    • Гюйгенс заметил, что лучи света имеют «стороны», что противоречило волновой теории.  
    • Ньютон предложил альтернативное «правило» для экстраординарного преломления.  
    • Малюс экспериментально подтвердил сфероидную конструкцию Гюйгенса.  
  • Корпускулярные и волновые теории в XIX веке

    • Корпускуляристы не нашли закона взаимодействия, удовлетворяющего принципу Мопертюи.  
    • Янг продолжал показывать, что сфероидальные волновые фронты возможны в определенных средах.  
  • Открытие поляризации

    • Малус заметил, что луч света, отраженный от неметаллической поверхности, ведет себя подобно одному из лучей кристалла кальцита.  
    • Малус ввел термин «поляризация» и «плоскость поляризации».  
    • В 1809 году Малюс обнаружил закон Малюса, связывающий интенсивность света с углом между плоскостями поляризации.  
  • Хроматическая поляризация

    • Араго обнаружил, что при поляризации света через кристалл кальцита, изображения слюды имеют дополнительные цвета.  
    • Био переработал эксперименты Араго и нашел эмпирические формулы для интенсивности изображений.  
    • Био предложил теорию мобильной поляризации, объясняющую колебания частиц.  
  • Волновая теория и корпускулярная оптика

    • Янг отметил, что периодичность изменения цвета может быть объяснена волновой теорией.  
    • Корпускулярная теория не могла объяснить двойное лучепреломление и поляризацию.  
    • Волновая теория была сильна в тонких пластинах и решетках, но недооценена.  
  • Интерес Френеля к оптике

    • Френель заинтересовался волновой теорией и отправил эссе Амперу.  
    • Араго пообещал взглянуть на эссе Френеля.  
    • Френель начал эксперименты по дифракции, используя точечный источник света и линзу с микрометром.  
  • Дифракция Френеля

    • Френель заметил, что внутренние полосы исчезают при блокировке света с одной стороны.  
    • Он пришел к выводу, что внутренние полосы противоречат друг другу, что подтверждает принцип интерференции.  
    • Френель отправил мемуары в институт, где описал свои наблюдения и выводы.  
  • Дифракция света

    • Френель объяснил дифракцию, рассматривая внутренние и внешние интерференционные полосы.  
    • Для внешних полос он предположил, что отраженная волна перевернута, и отметил гиперболические пути полос.  
    • Объяснил законы отражения и преломления через интерференцию, отметив, что при отклонении лучей от предписанного угла фазы меняются.  
  • Реакция и поддержка

    • Арго положительно оценил работу Френеля, отметив важность его результатов.  
    • Арго попросил Френеля предоставить больше данных, и тот согласился.  
    • Арго помог Френелю вернуться в Париж, где он продолжил свои исследования.  
  • Двойное зеркало и «эффективный луч»

    • Френель описал эксперимент с двойным зеркалом, который опровергал корпускулярную теорию.  
    • Ввел понятие «эффективного луча», который частично компенсировал вклад других лучей.  
    • Этот подход не работал для внешних полос, что указывало на неполное принятие принципа Гюйгенса.  
  • Возвращение в Париж и продолжение исследований

    • В 1817 году Френель получил грант на исследование дифракции.  
    • В 1818 году вернулся в Париж и продолжил работу над теорией дифракции.  
    • В 1819 году опубликовал статью, в которой изложил элементарную теорию дифракции.  
  • Дифракция света

    • Френель предложил теорию дифракции света, основанную на вторичных волнах.  
    • Он использовал интегралы для описания интенсивности света, рассеянного на препятствии.  
    • Его теория объяснила, почему интенсивность быстро падает в геометрической тени.  
  • Экспериментальное подтверждение

    • Френель использовал красный свет с длиной волны 638 нм для проверки своих расчетов.  
    • Он сравнил рассчитанные и измеренные положения дифракционных полос для различных препятствий.  
    • Согласие между расчетами и измерениями было лучше 1.5% в большинстве случаев.  
  • Признание и критика

    • Френель получил приз за свою работу, несмотря на критику со стороны Лапласа, Биота и Пуассона.  
    • Пуассон предсказал, что в центре тени должно быть яркое пятно, что подтвердилось экспериментом Араго.  
    • Несмотря на признание, Френель не смог полностью убедить коллег в своей теории.  
  • Поляризация света

    • Френель начал работать над поляризацией света, что привело к новым открытиям.  
    • Он обнаружил, что поляризованный свет может интерферировать, что противоречит корпускулярной теории.  
    • Френель предложил первую волну теорию хроматической поляризации, объясняющую, почему свет расщепляется на компоненты с разными скоростями.  
  • Теория интерференции и фазы

    • Fresnel предложил правило фазы для объяснения интерференции.  
    • Правило фазы включало дополнительный сдвиг фазы на 180° для одной из волн.  
    • Правило было слабым местом теории, но уточняло, какая из волн инвертирована.  
  • Применение теории к хроматической поляризации

    • Fresnel применил теорию к случаю с двумя пластинками, разделенными на 45°.  
    • Получил результаты, согласующиеся с его собственными экспериментами, но не с экспериментами Biot.  
    • Предсказал, что цвета будут комплементарными, что подтвердилось экспериментами.  
  • Критика и ответ Biot

    • Biot утверждал, что формулы Fresnel не объясняют его эксперименты.  
    • Fresnel ответил, что его формулы могут быть переписаны как формулы Biot, но с другими обозначениями.  
    • Biot продолжал настаивать на эмпирической ошибке в формулах Fresnel.  
  • Прорыв: чистые поперечные волны

    • Fresnel предположил, что свет может быть чисто поперечным.  
    • Young независимо пришел к той же идее.  
    • Fresnel объяснил отсутствие интерференции и фазу-инверсию чисто поперечными волнами.  
  • Публикация и признание

    • Fresnel опубликовал свою теорию в 1821 году.  
    • Теория объяснила интерференцию и фазу-инверсию, а также природу естественного света.  
    • Fresnel стал признанным лидером в теории интерференции и поляризации света.  
  • Введение поперечных волн

    • Френель предположил, что колебательные движения световых волн происходят вдоль плоскости этих волн.  
    • Процесс поляризации заключается в разложении колебаний на два перпендикулярных направления.  
  • Частичное отражение

    • Френель предположил, что плотность эфира обратно пропорциональна квадрату скорости волны.  
    • Разложил поперечные колебания на s и p компоненты, параллельные поверхности и плоскости падения.  
    • Получил формулы для коэффициентов отражения s и p.  
  • Круговая и эллиптическая поляризация

    • Ввел термины линейная, круговая и эллиптическая поляризация.  
    • Объяснил оптическое вращение как разновидность двойного лучепреломления.  
    • Пересмотрел различие между поляризованным и неполяризованным светом.  
  • Полное внутреннее отражение

    • Френель заново открыл эффект полного внутреннего отражения.  
    • Обнаружил, что полное отражение создает разность фаз между компонентами.  
    • Ввел ромб Френеля для имитации оптического вращения.  
  • Связь между оптическим вращением и двойным лучепреломлением

    • Объяснил связь между оптическим вращением и двойным лучепреломлением.  
    • Количественно определил фазовые сдвиги при полном внутреннем отражении.  
  • Двойное лучепреломление

    • Свет проходит через срез кальцита, демонстрируя концентрические кольца.  
    • Большинство минералов имеют более сложную структуру колец, включая лемнискатную кривую.  
    • Брюстер объяснил, что минералы с лемнискатным узором имеют более сложный закон преломления.  
  • Теория Гюйгенса и Малюса

    • В однородном кристалле вторичный волновой фронт является поверхностью лучевой скорости.  
    • В кальците поверхность состоит из сферы и сплюснутого сфероида.  
    • Малюс предложил закон скорости, основанный на теории Гюйгенса.  
  • Законы Био

    • Био предложил обобщения правил Малюса для двухосных кристаллов.  
    • Закон скорости заменен произведением синусов углов от луча к осям.  
    • Закон поляризации заменен плоскостью, разделяющей двугранный угол.  
  • Первые мемуары Френеля

    • Френель показал, что ни одно из преломлений не является обычным в двухосных кристаллах.  
    • Френель применил закон двухосной скорости для кальцита.  
    • Френель вывел синусоидальный закон Био, заменив лучевые скорости их обратными величинами.  
  • Поверхность упругости

    • Френель получил поверхность 4-й степени, дающую значения нормальных к волне скоростей и направления колебаний.  
    • Френель сохранил эллипсоид как приближение для двугранного закона Био.  
    • Френель рассмотрел возможность получения «волновой поверхности» для двухосного случая.  
  • Второе дополнение Френеля

    • Френель использовал два факта: «волновая поверхность» является поверхностью лучевой скорости и пересекается окружностью и эллипсом.  
    • Френель обнаружил, что «волновая поверхность» описывается уравнением 4-й степени.  
    • Френель смоделировал среду как массив точечных масс и подтвердил существование трех взаимно перпендикулярных осей.  
  • Вторые мемуары (1822-26)

    • Френель представил более компактную и запоминающуюся форму уравнения «волновой поверхности».  
    • Френель отметил, что в двухосном кристалле направления с одной нормальной к волне скоростью отличаются от направлений с одной лучевой скоростью.  
  • Развитие теории Френеля

    • Френель представил свою теорию в 1824 году, но она была опубликована только в 1827 году.  
    • В своей работе он установил три перпендикулярные оси, на которых смещение вызывает параллельную реакцию.  
    • Он показал, что закон Биота точен при условии, что бинормали являются оптическими осями, а направление волны — направлением распространения.  
  • Влияние на других ученых

    • Френель обсуждал свои идеи с Коши, который позже разработал первую строгую теорию упругости неизотропных тел.  
    • Коши пытался применить свою теорию к оптике, но столкнулся с трудностями.  
    • Модель Френеля не была динамически строгой, но позволяла генерировать формулы для оптических явлений.  
  • Фотоупругость и эксперименты

    • В 1815 году Брюстер обнаружил, что цвета появляются при механическом напряжении изотропного материала.  
    • В 1822 году Френель подтвердил это явление, сжав комбинацию стеклянных призм.  
    • Он предсказал, что при замене призм на монокристаллические кварцевые призмы с оптическими осями, параллельными ряду, объект будет давать два изображения с перпендикулярными поляризациями.  
  • Реакция и признание

    • В 1821 году Френель опубликовал статью «О свете», которая была переведена на несколько языков.  
    • В 1822 году Академия наук назначила Ампера, Араго, Фурье и Пуассона для рассмотрения его работ.  
    • Лаплас высоко оценил работу Френеля, но Пуассон не принял его теорию.  
  • Принятие теории

    • В Париже большинство физиков приняли теорию Френеля, включая Пуайе, Савара, Ламе, Навье, Лиувилля и Коши.  
    • В Великобритании теория была принята Эйри и другими, за исключением Брюстера.  
    • В Германии теория была принята Фраунгофером и Нейманом.  
  • Экономичность и простота

    • Уильям Уэвелл подчеркнул экономичность волновой теории, отметив, что она объясняет множество явлений с помощью одной гипотезы.  
    • В 1850 году эксперименты Фуко и Физо подтвердили волновую теорию, что не стало неожиданностью.  
  • Френелевская линза

    • Френель не был первым, кто использовал линзу для фокусировки света, но его теория стала основой для современных линз.  
  • История линз для маяков

    • Томас Роджерс установил первые линзы в 1789 году.  
    • В 1804 году линзы были установлены в нескольких местах.  
    • Свет терялся из-за поглощения в стекле.  
  • Предпосылки и ранние предложения

    • Граф Бюффон предложил использовать призмы в 1748 году.  
    • Маркиз де Кондорсе предложил использовать отдельные призмы в 1790 году.  
    • Бьюстер предложил аналогичную систему в 1811 году.  
  • Работа Френеля

    • В 1819 году Френель представил линзы с призмами.  
    • В 1820 году был создан прототип линзы.  
    • В 1821 году линза была продемонстрирована на публике.  
  • Развитие и усовершенствования

    • В 1822 году линза была установлена на Арке де Триумф.  
    • В 1823 году была зажжена первая линза Френеля.  
    • В 1824 году Френель стал секретарем Комиссии по маякам.  
  • Основные достижения

    • В 1825 году Френель разработал фиксированную линзу.  
    • В 1825 году предложил заменить зеркала на призмы.  
    • В 1836 году была установлена первая линза с торроидальными призмами.  
  • Признание и награды

    • В 1819 году Френель был избран в Société Philomathique de Paris.  
    • В 1823 году стал членом Академии наук.  
    • В 1825 году стал иностранным членом Королевского общества Лондона.  
  • Наследие и память

    • В 1884 году был открыт памятник Френелю.  
    • В 19 веке каждый маяк во Франции получил бюст Френеля.  
    • Лунные кратеры Promontorium Fresnel и Rimae Fresnel названы в его честь.  
  • Здоровье и последние годы

    • Здоровье Френеля ухудшилось зимой 1822-1823 годов, что ускорило его исследования.  
    • В 1824 году ему посоветовали снизить активность из-за туберкулеза.  
    • В 1825 году он завершил свои научные записи и прекратил исследования.  
    • В 1826 году он продолжал отвечать на вопросы по волновой теории.  
    • В 1827 году его здоровье ухудшилось, и он умер 14 июля.  
  • Посмертные публикации

    • Второй мемуар о двойном преломлении был опубликован в 1827 году.  
    • Окончательное рассмотрение частичного отражения и полного внутреннего отражения было опубликовано в 1831 году.  
    • Мемуар о параллелепипедной форме ромба Френеля был опубликован в 1846 году.  
    • Большинство работ Френеля по поляризованному свету были опубликованы в 1866 году.  
  • Незаконченные работы

    • Френель предложил гипотезу о движении эфира, объясняющую рефракцию звездного света.  
    • Он также предположил, что дисперсия может быть объяснена силами между частицами среды.  
    • Его работы по конической рефракции были упрощены другими учеными.  
  • Наследие

    • Более 10,000 фонарей с линзами Френеля защищают жизни и имущество по всему миру.  
    • Френель считается ключевой фигурой между Ньютоном и Максвеллом в истории физической оптики.  
  • Вклад Френеля в оптику

    • Френель разработал первую когерентную теорию света, применимую к различным типам волн.  
    • Его методы были использованы для объяснения многих оптических явлений.  
  • Сравнение с другими учеными

    • Френель сравнивается с Ньютоном и другими великими учеными.  
    • Его вклад в оптику признан наравне с работами Максвелла и Эйнштейна.  
  • Ревизии теории света

    • Максвелл уточнил физические поля, составляющие волны света.  
    • Эйнштейн объяснил фотоэлектрический эффект, предположив квантование энергии света.  
  • Наследие Френеля

    • Френель остается доминирующей фигурой в оптике, несмотря на последующие изменения в теории света.  
    • Его работы продолжают влиять на современные оптические исследования.  
  • Мемуары о новой системе освещения маяков

    • Перевод Т.  
    • Общество маяков, дата обращения: 26 августа 2017 г.; 19 августа 2016 г.  
  • Воспоминания о двойном преломлении

    • Френель, 1827, «Воспоминания о двойном преломлении», Воспоминания Королевской академии наук Института Франции, том II. VII (за 1824 год, напечатано в 1827 году), стр. 45-176; переиздано как «Вторая записка…» во Френеле, 1866-70, том II. 2, стр. 479-596; перевод А.В. Хобсон в «Мемуарах о двойном лучепреломлении», Тейлор, 1852, стр. 238–333.  
  • Полные произведения Августина Френеля

    • Френеля (под ред. Н. де Сенармон, Э. Верде и Л. Френель), 1866-70, «Полные произведения Августина Френеля» (3 тома), Париж: Imprimerie Impériale; вып. 1 (1866), вып. 2 (1868), вып. 3 (1870).  
  • Свертки во французской математике

    • Grattan-Guinness, 1990, Свертки во французской математике, 1800-1840, Базель: Birkhäuser, vol. 2, ISBN 3-7643-2238-1, глава 13 (стр. 852-915, «Вступление Френеля: физическая оптика, 1815-1824») и глава 15 (стр. 968-1045, «Вступление Навье и триумф Коши: теория упругости, 1819-1830»).  
  • Путь люмьера

    • Гюйгенс, 1690, «Путь люмьера» (Лейден: Ван дер Аа), перевод С.П. Томпсон в книге «Трактат о свете», издательство Чикагского университета, 1912; Проект «Гутенберг», 2005.  
  • Основы оптики

    • Ф.А. Дженкинс и его превосходительство. Уайт, 1976, Основы оптики, 4-е изд., Нью-Йорк: McGraw-Hill, ISBN 0-07-032330-5.  
  • История принципа интерференции света

    • Кипнис, 1991, История принципа интерференции света, Базель: Биркхойзер, ISBN 978-3-0348-9717-4, главы VII, VIII.  
  • Христианство и лидеры современной науки

    • Неллер (тр. T.M. Кеттл), 1911, Христианство и лидеры современной науки: вклад в историю культуры девятнадцатого века, Фрайбург-им-Брайсгау: Б. Гердер, стр. 146–149.  
  • Тень просвещения

    • Левитт, 2009, Тень просвещения: оптическая и политическая прозрачность во Франции, 1789-1848, Оксфорд, ISBN 978-0-19-954470-7.  
  • Короткая яркая вспышка

    • Левитт, 2013, Короткая яркая вспышка: Огюстен Френель и рождение современного маяка, Нью-Йорк: У.У. Нортон, ISBN 978-0-393-35089-0.  
  • Отчет о прогрессе и современном состоянии физической оптики

    • Ллойд, 1834, «Отчет о прогрессе и современном состоянии физической оптики», Отчет о Четвертой встрече Британской ассоциации содействия развитию науки (состоявшейся в Эдинбурге в 1834 году), Лондон: Дж. Мюррей, 1835, стр. 295–413.  
  • Принципы физической оптики

    • Мах (тр. J.S. Андерсон и А.Ф.А. Янг), «Принципы физической оптики: историческая и философская трактовка», Лондон: Methuen & Co., 1926.  
  • Оптика, или трактат об отражениях, преломлениях, изгибах и цветах света

    • Ньютон, 1730, «Оптика, или трактат об отражениях, преломлениях, изгибах и цветах света», 4-е изд. (Лондон: Уильям Иннис, 1730; Проект «Гутенберг», 2010); переиздано с предисловием А. Эйнштейн и введение Э.Т. Уиттакер (Лондон: George Bell & Sons, 1931); переиздано с дополнительным предисловием И.Б. Коэна и аналитическое оглавление Д.Х.Д. Роллер, Минеола, Нью-Йорк: Дувр, 1952, 1979 (с пересмотренным предисловием), 2012.  
  • Огюстен Френель и создание волновой теории света

    • Силлиман, 1967, Огюстен Френель (1788-1827) и создание волновой теории света (докторская диссертация, 6 + 352 стр.), Принстонский университет, представлена в 1967 году, принята в 1968 году; доступна по запросу (отсутствует первая страница предисловия).  
    • Силлиман, 2008, «Френель, Огюстен Жан», Полный научно-биографический словарь, Детройт: Сыновья Чарльза Скрибнера, том 1.5, стр. 165–171.  
  • Научные мемуары

    • Тейлор (ред.), 1852, Научные мемуары, избранные из трудов зарубежных академий наук и научных обществ, а также из иностранных журналов (на английском языке), том II. V, Лондон: Тейлор и Фрэнсис.  
  • История индуктивных наук

    • Уэвелл, 1857, «История индуктивных наук: с древнейших времен до наших дней», 3-е изд., Лондон: Дж. Parker & Son, вып. 2, книга IX, главы V–XIII.  
  • История теорий эфира и электричества

    • Уиттакер, 1910, «История теорий эфира и электричества: от эпохи Декарта до конца девятнадцатого века», Лондон: Лонгманс, Грин и компания, главы IV, V.  
  • Френель, Пуассон и белое пятно

    • Уоррелл, 1989, «Френель, Пуассон и белое пятно: роль успешных предсказаний в принятии научных теорий», Архивировано 2 июня 2023 года в The Wayback Machine, Д. Гудинг, Т. Пинч, и С. Шаффер (ред.), «Использование эксперимента: исследования в области естественных наук», издательство Кембриджского университета, ISBN 0-521-33185-4, стр. 135–157.  
  • Курс лекций по натурфилософии и механическим искусствам

    • Янг, 1807, Курс лекций по натурфилософии и механическим искусствам (2 тома), Лондон: Дж. Джонсон; вып. 1, вып. 2.  
    • Молодой (изд. G. Peacock), 1855, «Разные работы покойного Томаса Янга», Лондон: Дж. Мюррей, том ii. 1.  

Полный текст статьи:

Огюстен-Жан Френель

Оставьте комментарий

Прокрутить вверх