Введение в тему.

Оптикой называется раздел физики, изучающий законы световых явлений. Необходимо отметить, что первые законы оптики были заложены еще в IV веке до нашей эры. А самые первые представления древних ученых о том, что такое свет, были весьма наивны. Считалось, что из глаз выходят особые тонкие щупальца и зрительный впечатления возникают при ощупывании ими предметов. Останавливаться подробно на подобных воззрениях сейчас, разумеется, нет нужды.

Спор волновой и корпускулярной теорий света.

Существуют два возможных способа передачи действия от источника к преемнику. Действие одного тела на другое может осуществляться либо посредством переноса вещества от источника к преемнику, либо же посредством изменения состояния среды между телами (без переноса веществ). Например мы можем заставить звенеть колокольчик, ударив по нему другим предметом (шариком), при этом вещество переносится. А можем, путем раскачивания языка колокольчика шнурком, заставить его звучать. В данном случае переноса вещества наблюдаться не будет. По шнурку распространяется волна, то есть происходит изменение состояния (формы веревки).

В соответствии с двумя возможными способами передачи действия от источника к приемнику возникли в XYII веке две совершенно разные теории распространения света, родоначальниками этих теорий стали И. Ньютон и Х. Гюйгенс. Ньютон придерживался так называемой корпускулярной теории света, согласно которой свет - это поток частиц идущих от источника во все стороны. Гюйгенс же считал, что свет является волной, заполняющей все пространство и проникающей внутрь всех тел.

На основе корпускулярной теории было трудно объяснить, почему световые пучки пересекаясь в пространстве, никак не действуют друг на друга. Волновая же теория это легко объясняла, однако прямолинейное распространение света, приводящее к образованию резких теней, трудно объяснить, исходя из волновой теории Гюйгенса.

К тому же в расчетах Ньютона была допущена значительная ошибка. Он считал, что скорость света в веществе превышает скорость света в вакууме (C < V), что абсолютно противоречит волновой теории Гюйгенса.

В 1850 году французский физик Фуко опроверг теорию Ньютона, экспериментально подтвердив, что C > V. Уверенность в справедливости волновой теории света особенно окрепла, когда Д. Максвелл во второй половине XIX века показал, что свет есть частный случай электромагнитных волн. Работы Максвелла заложили основы электромагнитной теории света.

После экспериментального обнаружения электромагнитных волн Г. Герцем никаких сомнений в том, что при распространении свет ведет себя, как волна, не осталось. Но неожиданно выяснилось, что отвергнутая корпускулярная теория все же имеет отношение к действительности. При излучении и поглощении свет ведет себя подобно потоку частиц. Таким образом более чем вековой спор двух теорий закончился вничью.

Обе теории оказались правомерными. Явления интерференции и дифракции по-прежнему можно было объяснить, считая свет волной, а явления излучения и поглощения - считая свет потоком частиц. Эти два, казалось бы, несовместимых друг с другом представления о природе света в 30-х годах XX века удалось непротиворечивым образом объединить в новой физической теории - квантовой электродинамике.

Основные понятия оптики.

Оптика заключает в себе три раздела: геометрическая оптика, волновая оптика и квантовая оптика. В этом сайте освещаются вопросы, связанные с первым разделом. В дальнейшем, возможно, в него будут включены два оставшихся раздела.

Итак, раздел оптики, изучающий законы распространения световых явлений в различных средах называется "Геометрической оптикой". Эти законы были установлены экспериментально еще задолго до выяснения природы света в IV веке до нашей эры. В геометрической оптике свет представляет совокупность световых лучей - линий, вдоль которых распространяется энергия световых электромагнитных волн. В Геометрической оптике не учитываются волновые свойства света и связанные с ними дифракционные явления, что однако не отменяет ее законов.

Среди базовых правил геометрической оптики особенно выделяются три основных: