Поразительная разносторонность Юнга иллюстрируется любопытным перечнем его научных работ, взятым нами из книги Ф. Араго «Биографии». В нем далеко не все работы Юнга и, в частности, нет лучших — по физике и лингвистике. Вот этот список:
Записка о железных дорогах.
Опыт о музыке и живописи.
Исследования нравов пауков и системы Фабриция.
Об устойчивости мостовых арок.
О лунной атмосфере.
Математическая теория эпициклоид.
Восстановление и перевод различных греческих надписей.
Об укреплении остова линейных кораблей.
О действиях сердца и артерий в обращении крови.
Теория морских приливов и отливов.
О грудных болезнях.
О трении в осях машин.
О желтой горячке.
О вычислении затмений.
Опыт о грамматике.
3.3. Огюст Френель (1788-1827)
С 1801 по 1804 год Юнг — профессор Королевского Института в Лондоне по специальности математическая физика. К этому периоду относятся его основные физические работы. В 1807 году он публикует двухтомный «Курс лекций по натуральной философии и механическим искусствам», где изложены его идеи и конкретные результаты. В течение нескольких лет Юнг был секретарем Лондонского Королевского Общества. Внешняя канва его жизни складывалась ровно и благополучно, но в последние годы жизни Юнг много болел, физикой не занимался, а работал в основном над египетским словарем.
Огюст Френель родился в г. Брольи в старой Нормандии. Его отец был архитектором, его мать, урожденная Мериме, была двоюродной сестрой писателя Проспера Мериме. Но сам Френель не имел никаких гуманитарных наклонностей. Сначала он вообще не проявлял интереса к учению. Читать научился к восьми годам, а единственный, кроме родного, язык — английский — он так и не смог как следует выучить до конца жизни, несмотря на необходимость знакомиться с английской научной литературой и вести переписку. Но Френель получил хорошее математическое образование, закончив Политехническую школу, а затем школу инженеров путей сообщения. Он был человеком одной цели, одной страсти и родился экспериментатором «от Бога». Почти всю свою жизнь он провел в трудных материальных и бытовых условиях, работал в одиночестве. Лишь изредка ему помогал брат. Не имея лаборатории и достаточных средств на покупку оборудования, он ухитрялся мастерить приборы из простейших доступных приспособлений и делал с их помощью прецизионные измерения. Он вел замкнутую, холостую жизнь, в основном на зарплату инженера по строительству мостов и дорог, и тратил на физические исследования небольшое отцовское наследство.
Юнг и Френель шли в науке, как два корабля параллельным курсом; обычно Юнг бывал чуть впереди, но Френель, двигаясь независимо, оставлял за собой территорию, изученную значительно глубже.
Юнг начинал в 1800-1802 годах с работ, в которых он, как в свое время Гюйгенс, пытался развить аналогию между светом и звуком. Распространение света представлялось ему как волновой процесс, причем допускались только продольные волны сжатия и разрежения в гипотетической эфирной среде. (Другие, поперечные, колебания казались абсолютно невозможными в веществе, которое определенно не является твердым.) Чтобы внешне как-то смягчить свои расхождения со сложившимися к тому времени научными установками, Юнг часто ссылается на Ньютона, давая понять, что Учитель тоже допускал подобную ересь (имеются ввиду волны в эфире), — нужно только внимательнее его читать. Тем не менее, Юнга это не спасло от нападок.
Исходные идеи Юнга сводились к следующим положениям:
1. Пространство заполнено эфиром, переносящим свет. Эфир — разреженная среда (имеет малую плотность), но обладает высокой упругостью, что необходимо для передачи колебаний большой частоты.
2. Когда тело светится, оно возбуждает колебания в окружающем эфире.
3. Ощущения различных цветов зависят от частоты вибраций, возбуждаемых светом в сетчатке глаза.
4. Все тела притягивают эфир, поэтому плотность эфира в них больше, чем в окружающем пространстве, что необходимо для объяснения законов преломления света.
Главное достижение Юнга — это открытие и систематическое использование принципа интерференции световых лучей. (Сам термин «интерференция света» был введен Юнгом.) С помощью этого принципа он описал дифракцию света, объяснил им же поставленный и ставший впоследствии классическим опыт по прохождению света через две тонких щели — опыт, который часто рассматривается как доказательство волновой картины. В рамках своих представлений он описал преломление и отражение света, явление окрашивания тонких пластинок и происхождение колец Ньютона, то есть основных фактов, с которых сейчас начинается изучение оптики в школе. Но его теория не описывала появление двух волн, сферической и сфероидальной, которые еще со времен Гюйгенса вводились в волновой теории для объяснения двойного лучепреломления в исландском шпате. (Сейчас мы знаем, благодаря Френелю, что это явление связано с поляризацией, которая в картину продольных волн Юнга никак не вписывалась.) Кроме того, Юнг был слабый математик, поэтому его аргументация обычно бывала чисто словесной, а теории плохо разработаны. Интуиция Юнга поразительна, но это стало ясно позже, а в то время влияние его работ было невелико. Например, Лаплас продолжал математическое развитие корпускулярной теории уже после работ Юнга, как будто ничего не произошло. В 1807-1810 годах У. Гершель печатает работы, где пытается объяснить кольца Ньютона, исходя из корпускулярных воззрений, при этом даже не ссылается на Юнга, который, кстати, опубликовал свои статьи в том же журнале.
И это не случайно. То, что описывалось в волновой картине, при различных дополнительных предположениях всегда удавалось интерпретировать по-другому. Усложнения корпускулярной теории позволяли все время увеличивать область ее применимости и продлевали ей жизнь. Правда, жизнь эта постепенно, с накоплением данных, становилась совсем некрасивой, но считалось, что лучшего выхода нет. Кроме того, существовал простой факт прямолинейности световых лучей, который выглядел неразрешимой загадкой в волновой картине. А в 1808 году возникли новые проблемы, когда французский физик Э. Малюс (1775-1812), наблюдая сквозь пластинку исландского шпата свет, преломленный в окнах Люксембургского дворца, случайно обнаружил явление, которое вскоре было им правильно интерпретировано как следствие «поляризации». На самом деле, с поляризацией света (не вводя этого термина) столкнулись еще Гюйгенс и Ньютон, анализируя разделение луча на «обыкновенный» и «необыкновенный» в кристаллике исландского шпата, но это рассматривалось как единичное явление, связанное не со светом, а со специальным уникальным свойством упомянутого кристалла. Здесь же обнаружилось, что поляризация возникает при отражении от любых прозрачных сред, что она является внутренним свойством самого света, и в корпускулярной теории она естественно связывалась с ориентацией «полюсов» световых частиц. Но не было никакого разумного способа ввести степени свободы, характеризующие поляризацию, в волновой картине продольных световых колебаний плотности эфира. Нужно сказать, что интуиция не подвела Юнга и в этом вопросе: он первый сказал, что для объяснения явления поляризации нужно считать световые колебания поперечными, хотя сам тут же признал трудность такой гипотезы — ведь для этого эфир должен быть «абсолютно твердым». (В поперечных колебаниях частички эфира смещаются перпендикулярно направлению луча света, при этом они должны быстро возвращаться назад за счет огромной поперечной упругой силы. Такие свойства наблюдались в природе только в твердых телах, где частицы — атомы в кристалле, по современным представлениям, — жестко закреплены в определенных положениях. Заметим, что детальной математической теории распространения колебаний в твердых и текучих средах в то время еще не было, но качественная картина представлялась достаточно верно.)