Frage:
Wie hat Newton seine Interferenzringe ohne Wellenoptik erklärt?
J.Bates
2017-05-18 18:45:25 UTC
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Heutzutage wissen wir, dass dies eine Folge der Welleneigenschaft des Lichts ist. Aber ironischerweise wurde es von Newton entdeckt, der die Teilchenperspektive des Lichts vertrat. Wie erklärte er seine Entdeckung?

Er betrachtete die "Wechselwirkung" von Lichtteilchen mit einem vibrierenden Äther. Siehe z. B. Robert Iliffe & George Smith (Herausgeber), [The Cambridge Companion to Newton] (https://books.google.it/books?id=9fA4DAAAQBAJ&pg=PA289) (2. Ausgabe), Seite 289.
Er dachte, die Wellentheorie sagte voraus, dass das Interferenzmuster in der Mitte hell sein würde, so dass, wenn beobachtet wurde, dass es in der Mitte dunkel war, dies die Wellentheorie verfälschte. Er täuschte sich, weil er nicht verstand, dass eine reflektierte Welle invertiert werden konnte.
Einer antworten:
Conifold
2017-05-19 09:43:49 UTC
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"Newton-Ringe" in dünnen Platten wurden nicht von Newton, sondern von Hooke und nicht 1717, sondern 1664 entdeckt (Boyle beschrieb ungefähr zur gleichen Zeit ein ähnliches Phänomen bei Seifenblasen). Hooke berichtete über seine Experimente in Micrographia (1665), aus denen Newton erfuhr, " in welchem ​​Buch er auch weitgehend davon abgeraten hat ... und lieferte viele andere hervorragende Dinge in Bezug auf die Farben dünner Platten ". wie er in seinem Beobachtungsdiskurs (1676) anerkannte. Aber als der Diskurs in Opticks umgewandelt und nach Hookes Tod veröffentlicht wurde, wurde die Erwähnung gestrichen, daher erfuhren die Nachfolger von ihnen als "Newton-Ringe", siehe Encyclopedia's Summary. Fairerweise berichtete Hooke das Bild nur qualitativ, während Newton detaillierte Messungen durchführte, die so präzise waren, dass Young später Wellenlängen verschiedener Farbtöne aus Newtons Daten mit hoher Genauigkeit ableiten konnte.

Trotz der häufig wiederholten Behauptung, Newtons Optik sei korpuskulär (und dies war wahrscheinlich seine anfängliche Intuition) Seine überlegte Position war tatsächlich eine Mischung aus Korpuskular- und Wellentheorien (die an die spätere Pilotwellen-Theorie von de Broglie erinnern), obwohl er den Wellenteil als "hypothetisch" präsentierte. . Die Hybridisierung erscheint bereits in seinen optischen Manuskripten aus den 1670er Jahren, als er die partielle Reflexion und Brechung in dünnen Platten und die Beugung (entdeckt von Grimaldi 1665) berücksichtigen musste, siehe Brewsters Umfrage beim Newton Project. Infolgedessen waren Newtons Körperchen nicht elementar, sondern hatten, wie wir es jetzt nennen, innere Freiheitsgrade, Schwingungsmodi, die er "passt" und die mit dem alles durchdringenden "leuchtenden Äther" wechselwirkten. Hier ist eine detaillierte Erklärung aus Prestons Theorie des Lichts (online frei verfügbar):

" Das Vorhandensein von Reflexion und Brechung an der Oberfläche einer transparenten Substanz stellt auf den ersten Blick eine große Schwierigkeit in der Emissionstheorie dar, da es nicht leicht vorstellbar ist, wie dieselbe Oberfläche gleichzeitig sein kann reflektieren und bei einem anderen ein auftreffendes Molekül brechen. Um der Schwierigkeit zu begegnen, wurde Newton von seinen Beobachtungen an den farbigen Ringen dünner Platten (Kap. VIII) geleitet, um die leuchtenden Teilchen mit periodischen Phasen auszustatten oder, wie er es nennt, leicht zu reflektieren und einfache Übertragung, so dass sie manchmal in einem Zustand sind, in dem sie reflektiert werden sollen, und manchmal in einem Zustand, in dem sie an einer transparenten Oberfläche gebrochen werden müssen.

" Um diese Anpassungen an die zu kommunizieren Er stellte sich vor, dass der gesamte Raum mit einem alles durchdringenden Medium oder Äther gefüllt sein würde. Die leuchtenden Teilchen regen beim Auftreffen auf eine reflektierende oder brechende Oberfläche Wellen in diesem Äther an, die sie in regelmäßigen Abständen überholen, und unterstützen oder widersetzen sich periodisch ihrer Bewegung, so dass sie an jeder neuen Oberfläche gebrochen oder reflektiert werden, je nachdem, wie die Welle unterstützt oder sich widersetzt der Körper. Das so genial eingeführte Element der Periodizität, das so grundlegend an einer Wellenbewegung beteiligt ist, sollte natürlich unabhängig vom Einfallswinkel sein. Um die Theorie mit seinen Beobachtungen auf dünnen Platten in Einklang zu bringen, hielt Newton es jedoch für notwendig, anzunehmen, dass die Länge einer Anpassung als Sekante des Einfallswinkels variiert, und es scheint nicht einfach zu sein, ein solches Gesetz zu erklären. "

Und hier ist Newton selbst in Buch II von Opticks, der seine Hybridtheorie anwendet, um die Ringe in dünnen Platten zu erklären:

" Jeder Lichtstrahl in seinem Durchgang durch eine brechende Oberfläche wird in eine bestimmte vorübergehende Konstitution oder einen bestimmten Zustand versetzt, der im Verlauf des Strahls in gleichen Intervallen zurückkehrt und den Strahl bei jeder Rückkehr so ​​entsorgt, dass er leicht gebrochen werden kann durch die nächste brechende Oberfläche und zwischen den Rückgaben, die leicht von ihr reflektiert werden können ... Dies zeigt sich in den 5., 9., 12. und 15. Beobachtungen (farbiger Ring). Denn durch diese Beobachtungen scheint es, dass ein und dieselbe Art Der Strahl bei gleichen Einfallswinkeln auf einer dünnen transparenten Platte wird abwechselnd reflektiert und für viele Folgen entsprechend übertragen, wenn die Dicke der Platte im arithmetischen Verlauf der Zahlen 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 7 zunimmt. 8 usw. "

Genau genommen benötigt Newton nur koordinierte" Anpassungen ", um die Ringe zu erklären, und mathematisch entspricht seine Erklärung im Wesentlichen der in der Wellenoptik. Aber die Natur dieser Koordination bleibt ohne den Äther rätselhaft. Um seine Grundlagen zu verdecken, bekennt sich Newton in Opticks zunächst zu den bekannten Hypothesen non fingo: " Welche Art von Handlung oder Disposition ist dies oder ob es sich um eine zirkulierende oder eine vibrierende Bewegung des Strahls handelt? oder von dem Medium oder etwas anderem, ich frage hier nicht ". Aber für diejenigen, die "nicht bereit sind, neuen Entdeckungen zuzustimmen, die aber durch eine Hypothese erklärt werden können", liefert er den Rest seines Berichts in rhetorische Fragen (die Idee geht auf Hypothesis Explaining zurück) die Eigenschaften des Lichts, 1675):

" Und die durch das Schlagzeug in der Luft hervorgerufenen Schwingungen oder Zittern bewegen sich noch ein wenig vom Ort des Schlagzeugs in konzentrischen Kugeln zu großen Entfernungen. Und auf ähnliche Weise, wenn ein Lichtstrahl auf die Oberfläche fällt von irgendeinem durchsichtigen Körper, und ist dort gebrochen oder reflektiert, dürfen keine Wellen von Schwingungen oder Zittern dadurch im brechenden oder reflektierenden Medium am Einfallspunkt angeregt werden und dort weiter entstehen und sich von dort aus ausbreiten ... und breiten sich diese Schwingungen nicht vom Einfallspunkt auf große Entfernungen aus? Und überholen sie nicht die Lichtstrahlen, und indem sie sie nacheinander überholen, bringen sie sie nicht in die oben beschriebenen Anfälle von leichter Reflexion und leichter Übertragung? "

* Mathematisch entspricht seine Erklärung im Wesentlichen der in der Wellenoptik. * Entspricht der korrekten Theorie der Wellenoptik (einschließlich invertierender Reflexionen) oder seinem eigenen falschen Verständnis der Wellenoptik (ohne das Vorhandensein invertierender Reflexionen).
@BenCrowell Soweit ich das beurteilen kann, spielte der dunkle Fleck keine Rolle bei Newtons Ablehnung der Wellentheorie. Er experimentierte erst 1675 mit dünnen Platten, beurteilt jedoch die Wellentheorie bereits in den 1660er Jahren als unhaltbar. Sein Hauptgrund ist, dass sich Wellen nicht in geraden Linien ausbreiten können. Es wird 30 Jahre später zusammen mit einer Liste anderer in Opticks wiederholt, aber der dunkle Fleck ist auch nicht da. In Hypothese (1675) erwähnt er, dass Hookes "ätherische Impulse" in der Lage sind, Phänomene dünner Platten zu erklären.
Newtons eigene Theorie mit ihrer Unbestimmtheit in Bezug auf die Übertragung von Anpassungen könnte jede Art von Punkt im Zentrum durch Anpassen ihrer Verteilung aufnehmen, offensichtlich könnte man dasselbe mit den Impulsen tun, siehe [Hypothese bei Newton Project] (http: // www. newtonproject.ox.ac.uk/view/texts/normalized/NATP00002). Aber ich habe den in diesem Zusammenhang erwähnten dunklen Fleck schon einmal gesehen, es könnte sich um eine spätere "rationale Rekonstruktion" handeln (möglicherweise von Young). Zu dieser Zeit war die Wellentheorie nicht so weit entwickelt, dass der Unterschied eine Rolle spielte.
Man kann leicht Beugungsmuster durch Stoff sehen, z. : [Vorhangbeugung] (https://www.itp.uni-hannover.de/fileadmin/arbeitsgruppen/zawischa/static_html/strange.html) (ca. 10% auf der Seite). Ich frage mich, wann das zum ersten Mal bemerkt wurde. Ich kann hier keine Frage finden.


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