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Bemerkungen gegen Sir Brewster's Aufsatz Ueber die Absorption gewisser Lichtstrahlen mit Bezug auf die Undulationstheorie.

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XI. Bemerkungen gegen Sir B P e w s t e r 's Aufsatz : fieber die Absorph'on gewisser Licht-
strahlen mit Bezug auf die Undulationstheorie ;
oon G. B. A i r y * ) .
(Eio Brief an Sir
-
Phil. Nag. Ser. III 701.11
p. 419.)
B rewster.
L d e m ich Ihren Aufsatz im Ietzten Hefte des Phi2osuplllical Magazines **) commentire, fihle ich wohl, dafs
ich ein gehrissiges Geschiifft tibernehme. Zwar besorgc
ich nicht, dafs Sie meine Beweggrunde oder Absichten
mifsdeuten werden; allein Andern kann es anmakend erscheinen, dafs ich die Bemerkungen eines Mannes tadele,
welcheu ich als den Urheber meist aller unserer Erfahrungskenntnisse in den wichtigsten Theilen der Optik verehre. Doch die Wissenschaft ist ein bffentliches Eigenthum. AlIe haben ein Recht, und Einige wobl die Verpflichtung, auszusprechen , was sic fur irrthiimlich halten ;
und diese Pflicht wird wenigstens nicht geschwleht, wenn
der Irrthum durch eine Person von wissenschaftlichem
Ansehen vertheidigt wird.
Ich beginne mit Ihren Bemerkungen iiber den Prtifstein einer Theorie. Sie sagen: >>DieFahigkeit einer
Theorie, Thatsachen zu erklaren und vorhenusagen, ist
keineswegs ein Zeugnifs ihrer Wahrheit, und zur Stiitze
dieser Bemerkung brauche ich mich nur auf N e w ton's
Theorie der Anwandlungen, und auf Biot's scbbne und
*) Allen, welche in ihrem Urtheile iiber die beiden im Streite
liegenden Lichttheorien ooch schwaokeod seyo sollten, empfeblen
wir mgelegentlich die Lesuog dieses lchrreichen Aufsatzes.
P.
*) Mitgetheilt im vorhergehendeo B a d e dieser Annal S. 380. ,
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tiefsinnige Theorie der Oscillation der Lichtstrahleii zu
berufen. cc Wahrlich, ich mufs diesen Satz mifsverstanden haben. Dafs Theorien, welche wesentlich und vom
Grunde aus verschieden sind, zur Erklzrung so mannigfaltiger Erscheinungen als die der Optik sind, gleich gut
gebraucht werden konnen, ist meiner Meinung nach ganz
uniniiglich. Welch Zeugnifs anders giebt es denn fur die
Wahrheit einer Theorie, als die FSliigkeit, welche sic
uns verleiht , bekannte Erscheinungen zu berechnen uud
neue vorhenusagen? Dieser Grundsatz wird von allen
Physikern anerkannt, wird bei jeder Thtersuchung in jedem andern Zweig der Wjssenschaft stillschweigends vorausgesetzt. Macht denn die Optik eine Ausnahme? Oder
habe ich ibren Ausspruch . so zu verstehen, dafs N e w ton’s und Biot’s Moleculartheorie eine eben so gute Erklziruilg von den Erscheinungen der verschiedenen Klassen liefern als die Undulationstheorie. 1st diefs Ihre Meinung: so fiillt das onus proband; auf Sie zuriick. Ausgemacht ist es, dafs Beobachtungen nach der Undulationstlieorie bereclinet , und mit dieser Berechnung iibereinstimmeud gefunden worden sind, melche man niclit
nach einer andcrn Theorie hat berechnen kiinnen; und
eben so steht fest, d a t Erscbeinungen aus der Undulationstheorie vorhergesagt , und init dieser Propliezeihung
genau im Einklang gefunderl worden sind, welche noch
nicht nach einer anderen ‘l’heorie vorausgesehen wurden *).
Wollen Sie, dafs der obige Satz buchstablich genomnien
werden soll, so sind Sie verpflichtet, mindestens einige
*) Ein einfaches Beispiel
v o n Berechnung liefcrn die polarisirten
Ringe im Kalkspatli be; verschiedenen Lagen der Zerlegungsplrtte
(Aonal. Bd. XXIII S. 216); und e i n einfaclies Beispiel von Vorhersagung : die Verhderung des Charakters der Ncwton’schen
Hinge l e i einem gewissen Einrdlswinkcl, wenn die untcrc Plrttc
run Metall und das Licht polarisirt gcnomrnen wird (Annalen,
Bd. XXVI S. 123). Vielleicht die rnerkwiirdigste Vorliersagung
die je gemacht worden, ist die neuerlich ~ u m
Prof. H a m i l t o n
ausgespruchene (Annd. Bd. XXVllI S. 91).
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Proben von der Berechnung nach anderen Theorien beizubringen.
Nichts scheint mir nachtheiliger fur die Fortscbritte
der Wissenschaff, zu seyn als unbegriindete Ausspriichc
solcher Art wie ich eben erwahnte. Ich wilI diesen Fehler zu vermeiden suchen, und deshalb einige Beispiele
angeben, wo die beiden von Ihnen erwahnten Theorien
fehlschlagen.
N e w t on's Theorie von abwechselnden Zustlnden
einer leichten Reflexion und Ieichten Transmission erHart mkht die Kohlenschwane des Flecks im Mittelpunkt
der Newton'schen Ringe. Sie erklsrt m'cht die Vergriifserung der Ringe bei VergrSberung des Einfallswinkels,
auLer init HiiIfe eines auderen Satzes (der Verllngerung
der Anwandlung~n), welcher durch jeden Versuch mit
einem scliief durcli Glas gegangenen Lichte widerlegt wid.
Sic erklart nz'cht annehmlich die Fransen G r i m a 1d i's,
und bei den Fransen, die durch schmale Oeffnungen erzeugt werden, schligt sie ganz fehl, lYicht im Mitidesten erkllirt sie die Fransen u. s, m. in dem Schatten
verschieden geformter Kiirper. Sie erkliirt m'cht die Interferenzfranscn , welche durch zwci Spiegel Bervorge;
bracht werden *>. Sie erklart nicht die Spectra, welche man durch F r a u n h o f e r '8 Gitter in FernriiIiren erblickt.
*) An einer Stelle, doch ich erinnere mich jetzt nicht
wo, habe
ich. eine Hypothese zur Erklrirung d e r Lichtinterferene aach d e r
Emissionstheorie gelesen. Iclr beneide die Einbildungskraft cines Jeden, d e r sich solch eine Idee bilden kapn; und verm3chte
er seine Hypothese so auszudelmen, d a t s i e das (eben, circular
und clliptisch) polarisirte Licht einschldsse, wiirde ich seine BrGndungskraft aufrichtig verehren. W o l l t e e r sie aber im Ernste
auf die Erkllrung von Erscheinungen anwcvden, welche cine
nothwendige Polge d e r einfachen Grundvoraussetzungen der Undularionstheorie sind, so wicrde ielr nur eine gcringe Meinung von
seiner Vrtheilskraft als Physiker haben. Der, welcher urn 2 von
3 zu subtrahiren, auf die Vollendung yon Hrn. B a b b a g e ' s Rechenmasclrine warten wollte, wiirde in meinen Angen nicht abgeschmackter bandeln.
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B i o t’s Theorie von der beweglichen Polarisation
erklart nicht die gewiihnlichen polarisirten Ringe des
Kalkspaths bei verschiedenen Lagen der Zerlegungsplatte.
Sie. erkltirt nkht die Ringe, welche der Kalkspath im
circular polarisirten Lichte zeigt. Sie ist auch unzzhg
die Natur des circular und elliptisch polarisirten Lichtes
auszudrucken. Sie erklart nicht die Erscheinungen des
Quanes. Sie erklart nicht die Ringe der zweiarigen Krystalle im linear oder circular polarisirten Lichte bei verschiedehen Lagen der Zerlegungsplatte.
Alle diese Erscheinungen sind nach der Undulationstheorie berechnet, und die Berechnungen stimmen vollkommen mit der Erfahrung. Ueberdiefs sind diese Rerechnungen sammtlich gedruckt zu haben. Es giebt noch
audere Erscheinungen, welche von den erwahnten Theorien erkliirt werden miissen, wenn diese irgend einen
Werth haben sollen. Sie sind daher, wie mir scheint,
ein wurdiger Gcgenstand der Untersuchung fur Jeden,
welcher iiber die Wahl der Theorie entscheiden will.
Auf Ihre Aeufserung: 2) Zwanzig Theorien kSnnen
sich vielleicht in der That sHmmtlich des Verdienstes erfreuen, einc gewisse Klasse von Erscheinungen zu erkllren u. s. w.ct noch ferner etwas zu bemerken, halte ich
fur unnSthig, weil ich vorhin meine Meinung deutlich genug ausgesprochen habe. In welchem Grade auch zwanzig Theorien dieses Verdienst in denlrbaren Fallcn besitzen magen, so giebt es doch in der Optik nicht zwei,
die sich desselben erfreuen. Die Vertbeidiger der Undulationstheorie sind es nicht darum , weil diese Theoric
Erscheinungen so gut wie eine andere Theorie erklart,
sondern aus dem Grunde, weil sie Erscheinungen erklart,
welche jede andere Theorie niclit erklaren kann.
Auf die Autoritlt von N e w t o n (hutorit% will am
allerwenigsten bedeuten, wenn, wie bier, die Anzahl uud
die Mannigfaltigkeit der Thatsachen, so wie die Kriifte
des Calculs so unermefslich angewachsen sind) lege ich
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aus folgcndern Grundc gar keinen Wcrth. Meincr MeiDung, nach hat T h o in a s Y o u n g vollsthdig entschieden
(Phz’Z. Transact. I802), dafs N e w t o n selbst an die Undulationstheorie glaubte. Iu seiner Optik dringt er aufs
Vorsichtigste in den Leser, keine physikalische VorstelIung mit der Theorie der Anwandlungen zu verknfipfen.
Auch fehlt es nicht an Griinden, warum er die Moleculartheorie f% die Rschnmg annahm. Zu N e w t o n’s
Zeiten war es nlmlich unmdglich irgeiid eine ausgedehnte
Kechnung in] Sinne der Undulationstheorie anzustellen;
denn selbst das Princip der CoExistenz kleiner Vibratiooen, welches in jedein Theil einer solchen Berechnung
vorkommt, war damals unbekannt. Mit den Methoden
fur die Berechnung im Siune der Moleculartheorie war
er dagegen vollkoitimen vertraut.
Sie sagen, und mit Recht, die Undulationstheorie
sey als physikalz’sche Reprbentation der Lichtph3nomene
mangelhaft. Ich bin der Meinung, da€s in dieser BezieBung eine jede Theorie mangelhaft seyn musse. Allein
ist denn die Undulationstbeorie mehr oder weniger mangelhaft als die Moleculartheorie? Als Bcitrag zur Beantwortung dieser Frage will ich auf ein Paar Thatsachen
binweisen. Die Undulationstheorie giebt eine geniigende
ErklSrung von der Reflexion an durchsichtigen KCrpern;
was die N e w t o n’sche Theorie kaum gezwungen im
Stande ist. Mit gewissen Voraussetzungen giebt sic (die
Undulationsthe&ie) Gesetze fur die Intensitat des retlectirten Lichts, wclche durch Ibre spateren Versuche
uber die Lage der Polarisationsebene bestatigt worden
sind. Keiner hat je eingesehen, wie eine solche Berechnung nach der Moleculartheorie nur angelegt werden
konnte. Sie erkhrt die (vbn Ihiien entdeckte) Eeziehung zwischen dem Polarisationswinkel und dem Brechungsverhsltnifs ; eine nach der Moleculartheorie vollkommen unbegreifliche Erklarung. Mit geringerer Sicherheit erklart sie die elliptische Polarisation bei tofaIer in-
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nerer Reflexion, und gar nicht erkliirt sie die elliptisclie
Polarisation durch Reflexion an Metallen, allcin die Molcculnrtheorie ist selbst unfdibig nur einen Begriff von diesen Lichtarten zu geben. Endlich erkliirt sie vollkommen den Zusammenhang zwischen Doppelbrechung uud
Polarisation; eine Erklarung, welche jeder Physiker bei
naherer Priifung als den griifsten Fortschritt der Optik
scit den Tagen N e w t o n’s bcgriifsst haben wird, und fur
welche man nor nutzlos versuclien kannte eine Emissionshypothese aufzustellen.
Die Dispersion ist freilich ein furchtbarer Einwand ;
miewohl schon gezeigt worden ist, dafs die Erklarung
gegeben werden knnn, wenn man analoge Ursnchen ,wie
sic in andcrtn Fallen wirken, einliihrtn will. 1st denn
aber die Dispersion nicht auch ein fwchibarer Einwand
gegcn die Moleculariheorie? Ich bekenne, dafs ich keine
deutliche Vorstellung hnbe von der Voraussetzung, welche geuiacht werdcn mufs, menn man die Dispersion nacli
N e w t o n ’ s System erkliiren will. Man hat sich dabci
zu erinnern, dafs die Ursache den Zusammenhang zwischen dem lircc1~ungsverh:il~iiifs
und dcr Lange der Wellen oder Anwandlungen zu erklaren hat; da cs gegenwiirti6 feststeht, dafs die kleinste Aenderung in letztcrer jedesmal von einer Aenderung im ersteren bcgleitet wird.
Ich komme nun zu dem ostensiblen Gegenstaud des
Aufsatzes
zur Absorption.
Ich gcstehe, so vollkommen als irgend ein Gegner der Undulationstheorie
es wiinschen mag, daCs diese Theorie keine Erkliirung
der Absorption gegcben hat, behaupte aber eben so fest,
dafs auch keine Erkllrung von der Emissionstheorie geliefert worden ist, noch wahrscheinlich je geliefert werden wird. Sind wir bier berulen, zwischen den beiden
Theorien zu entscheiden, SO scheint mir die Absorption
ohne Bedeutung.
Sollen wir aber entscheiden, ob
es iiberhaupt eine Theorie des Lichtes gebe, so hiingt
die Lilsung der Aufgabe von unserer Beautwortung der
Frage
-
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Frage a b , o b die Absorptioll nothwecdig in einer Lichttheorie beriicksichtigt werden miisse.
Ich glaube nicht, dafs die Absorption als ein nothwendiger Theil der Theorie zu betrachten sey. Sic ist
cine Art von aukerer Stiirung, welche entweder die gewohnlichen Gesetze in voller Kraft lafst, oder nicht diese
Gesetze, sondern das ihnen Unterworfene vollstandig zerstort. Reflexion, Refraction, Interferenz, Doppelbrechung
und Polarisation gehen neben der Absorption gcrade so
vor sich, wie wenn diese gar nicht in der Natur vorhanden wsre. Die Voraussetzung von Wellen durch Querschwingungen, der Satz von der Uebereininderlage kleiner Schwingungen, die Annahme einer ungleichen Geschwindigkeit in verschiedenen Mitteln , sind nothwendig
bei jeder Untersuchung. Die Voraussetzung (wie sie auch
sey), daCs man die Absorption zu erklaren habe, ist Duxhie und da nothwendig. I n der grofsen Mehrheit von
Fiillen erfordern die ersteren Voraussetzungen nicht die
letztere; die letztere, wenn sie niithig ist, mufs mit den
ersteren coinbinirt werden. Diesc Betrachtungen scheinen
klar darauf hinzudeoten, daCs die Absorption eine suppZernentare Theorie verlangt , und unsere einzige Sorgc
bei optisclicn Tlieorien mufs gegenmartig dahin gehcn,
dafs dieserben ein Supplement fur kiinftige Zeiten znlsssig rnachen. So weit ich zu urlheilen vermag, scheint
die Undulations - wic die Emissionstheorie ein solches
Supplement zu gestatten, und die eine nicht leichtcr als
die andere.
Ein merkwurdiger Fall derselben Art hat sich bereits in der Geschichte der Optik ereignet. Als Fresn el’s Theorie und Messung der Diffraction schon der IJnJulationslebre einen hohen Grad von WahrscheinlichkeiI
verliehen hattc, blieben noch die Gesetzb der Polarisation
und der Zusammenhang zwischen Polarisation und Doppelbrechung zu erklaren iibrig. Dehngeachtet wurdc die
Undulationstlieorie allgemein angenommen, und die AusAnnal.d.Physik.Bd.105.St.2.J.1833.St.10.
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mittlung der Vibrationsart verblieb der Betrachtung, durcli
welche die noch iibrigen Phanoinene aiii besten erkkirt
werden wiirden. Der Erfolg, mit welchem diefs spsterhin durch die Annabnie von transversalen Vibrationen
geschehen ist, iibertrifft AIles was in dcr Physik scit
Aufstellung der Gra~itatioiisttieorie geleistet worden ist.
Hatte F r e s n e l gehandelt, wie Sic (anscheinend) wiinschen, dafs wir handeln sollcn, SO wiirde die Vndulationstheorie noch nicht vorhanden seyn.
Jeder Zweig der pbysikalisclien Wissenschaft bietet
ahnliche Beispiele dar. Hiitte N e w t o n z. B. zur Zcit
als er mit der Erforschung der gegenseitigen Anziehuug
der Himmelskijrper beschafftigt war, darauf bestanden, in
seine allgemeine Theorie die Wirkungen von dew, \vas
wir jetzt Magnetismus und Capillar- Anziehung nrnnen,
einschlieken zu wollen, SO' wurde die Gravitatiotistlieorie
nieinals zu Stande gekommeri seyn. Dadurch aber, dafs
er diese Gegenstlinde kunftigen Forschcrn iiberliefs, und
nur die wichtigerc Klasse von Erscheinungen auf ilir Gesetz zuriickzufuliren suchtc, ward er vermiigcnd die vollkominenstc kosmische Theorie, die j c crschicn, hervorzubringen. Viele Jahre verflosseii ehe diese siipplementaren Gesetze auf eine einfacbe Form zuruclrgefiihrt wurden; allein durch den Beifall der W e l t wurde die Gravitationstheorie, wie unvollkommen sie auch noch als Attractionstheorie war, wie oft sie auch durch die von
N e w t o n unerklgrt gelassenen Krafte vijllig in Schatten
gestellt wurde, als dns wahre System angenommen. Dafs
die vorhandene Undulationstheorie in derselben Beziehung zu der vollstkdigen Theorie des Lichtes stehe, wie
die Gravitation der Himmelskijrper zur vollstindigen Attractionstheorie, bezweifle ich nicht iui Geringsten.
W a s die Wichtigkeit der Menge von Unterbrechungen in dem durcli salpetrigsaures Gas erzeugten Spectrum,
als Schwierigkeit angesehen, betrifft, so stimme ich niclit
ganz mit Ihnen iiberein.
Kann man erst eine einzige
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IJnterbrcchung nach jrgend einer Theorie annehmlich
erkllreit, so wird man auch, zweifle ich gar nicht, bald
gute Griinde ziir Erkliirung von taiisend Unterbrechungen auffinden. Und in Betreff der B e a c h n g , welclie dime Unterbrechungen fur die Gcstaltung einer optischen Theoric verdiene, bin icli auch nicht ganz ihrer
Meioung.
Jeiie Erscheinungen sind noch nicht unter
Gesetze gebraclit: sie stehen als ein blofser Haufe von
'L'hatsachen d a , und Keiner kanii uus sagen, was sic
nnzudeutcn scheinen. Doch verdicnt es alle SorgfaIt, sie
unier Kegeln zu bringeii; urid die ansclieineiidc Gleichfiirinigkeit dcr Linien irn salpetiigsauren Case, wcnigstens im Vergleich init den Sonnenlinien oder den Unterbrechungen in verschiedenen Glassorten, macht es
walrrscheinlich, dafs diese scliihe und wichtige Entdekkung (abgesehen von ihrer pralrtischen Wkhtigkeit) uns
unterstiitzen wird, die Gesetze in dem dunkelsten und
schwierigsten Theil der Optik zu entdecken. Die Theoric der Absorption in Krystallen wird dann, wie icli
glaube, nicht lange ohnc ErklSrung bleiben kiinnen.
XII.
Eeohuclitungen iiber die TTi;.kung des
Lidits auf die Nelzhnut, nehst einer Cntersuchung der con €%n. S m i t h beschriebenen
t'ersurhe ;
oon Sir D a c i (I E r e w s t e r.
(Phil. i?Zug. Ser. III Vol. I I p. 168.)
Indem ich die Physiker auf diese sonderbare und wichtige Klasse voii Erscheinungen aufmeqksam mache, setze
ich voraus, daL dieselbeu meine Bemerknngen *) iiber
Herrn S m i t h 's Versuch gelesen haben, so wie auch
*)
Annal.
Bd. XXVII S.490.
22
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