הויגנס זכור במיוחד בשל התאוריה הגלית שלו על טבע האור, אותה הציג לראשונה ב-1678 בפני האקדמיה הצרפתית למדעים. היא פורסמה לראשונה ב-1690 בחיבורו Traité de la lumière (חיבור על אור), והפכה לתאוריה המתמטית הראשונה של האור.
עקרון יסודי של התאוריה של הויגנס הוא שמהירות האור סופית, עובדה שהייתה מושא להדגמה ניסויית בידי אולה רמר (ב-1679 במצפה הכוכבים של פריז), אך שסוברים שהויגנס כבר האמין בה עוד לפני כן. התאוריה של הויגנס היא קינמטית באופייה וההיקף שלה מוגבל בעיקר לאופטיקה גאומטרית. היא מכסה מעט מהתחום שכעת ידוע כאופטיקה פיזיקלית. היא עוסקת בחזיתות גלים והקרניים הישרות המייצגות אותן, כאשר התקדמות הגל מתוארת באמצעות גלים כדוריים הנפלטים מחזית הגל (ראו גם עקרון הויגנס-פרנל). היא הוצדקה כתאוריה אתרית, המערבת העברת גלים באמצעות חלקיקים אלסטיים לחלוטין, בהתאם להשקפתו של דקארט. טבע האור היה לפיכך זהה לזה של גל אורכי.
הויגנס ערך כבר ב-1672 ניסויים הקשורים לתופעת השבירה הכפולה בגבישי קלציט, תופעה שתוארה בספרות המדעית ב-1669 על ידי ראסמוס ברתולין. במבט ראשון הוא לא היה יכול להסביר את הממצאים. מאוחר יותר הוא הסביר את התופעה בעזרת התאוריה שלו של חזיתות גלים ומושג האוולוטים.
הויגנס גזר נוסחאות המתארות את התופעה, ותיאר באופן מבריק את התנהגות הקרן הבלתי רגילה באמצעות בנייה גאומטרית מפורסמת[1] של המעטפת של גלים אליפסואידים הנפלטים מפני הגביש. הוא גם פיתח רעיונות על קאוסטיקות. ניוטון בספרו אופטיקה (Opticks) ב-1704 הציע במקום זאת תאוריה חלקיקית של האור. התאוריה של הויגנס לא נתקבלה על ידי מספר מדענים, בעיקר מכיוון משום שגלים אורכיים לא יכולים להפגין שבירה כפולה. תבניות ההתאבכות של תומאס יאנג אשררו את נכונותה של התאוריה הגלית; תוצאות הניסויים לא היו ניתנות להסבר באמצעות חלקיקי אור.
הפתרון לבעיה שניצבה במקור בפני הויגנס היה שהאור הוא גל רוחבי. כדי לקרוא על נקודת המבט הפיזיקלית המודרנית ראו דואליות גל חלקיק.
הויגנס חקר גם את השימוש של עדשות במקרנים. נזקף לזכותו הקרדיט על המצאת פנס הקסם, שתואר על ידו בהתכתבות ב-1659. גם למדענים אחרים מהתקופה נזקף הקרדיט על המצאת פנס כזה; לב המחלוקת הוא מי השתמש לראשונה בעדשות לצורך הקרנה טובה יותר.
גילויים אופטיים חשובים נוספים של הויגנס הם הסברו החדשני לתופעת ההילה, וההבחנה הראשונית של תכונת קיטוב האור - ב-1690 הויגנס ערך ניסוי בו פיצל אור שמש לשתי קרניים (באמצעות העברתו דרך גביש שבירה כפולה), ולאחר מכן העביר את כל אחת מהקרניים דרך גביש קלציט נוסף.
הויגנס גילה שאם מציבים את הגביש השני בזווית נכונה, כל אחת מהקרניים שנוצרו במעבר בגביש הראשון עשויה להעלם לגמרי. הויגנס הדגים שאם מסובבים את הגביש השני סביב כיוון הקרן העוברת דרכו, קיימת זווית מסוימת בו מידת העברת הקרן בתוך הגביש מתאפסת לגמרי. הויגנס הסביר את הממצאים בכך שגביש השבירה הכפולה "מפצל" את אור השמש לשתי קרניים בעלי תכונות שונות זו מזו (במינוח מודרני: בעלות קיטובים ניצבים) ושונות באופן מהותי מאור השמש הרגיל (אור לא מקוטב).
אין תגובות:
הוסף רשומת תגובה