Волновая теория света благодаря Френелю не только одержала окончательную победу, но была настолько основательно разработана, что оказалась в состоянии объяснить все вновь открытые сложные явления поляризации и двоякого преломления. Последователям Френеля на первых порах ничего больше не оставалось делать, как упростить сложные математические выводы Френеля, точнее обосновать его теорию упругости и применить его формулы к отдельным частным случаям. Только в одном пункте Френель оставил теоретический пробел и вынужден был оставить его сознательно, а именно в объяснении различной преломляемости цветных лучей — этой основной и с давних пор злополучной для волновой теории проблеме.
Преломляемость света зависит от скорости его распространения, а так как разноцветные лучи света обладают различной преломляемостью, то и скорость их распространения должна быть различной, т. е. скорость света должна зависеть от длины волны. Однако ни наблюдение, ни теория не открывали такой зависимости. Аналогия со звуком говорила прямо противоположное, так как после многочисленных опытов только что пришли к достоверному выводу, что все тоны распространяются в воздухе с одинаковой скоростью.
Путем непосредственного наблюдения над светом на земных расстояниях, в силу огромной скорости распространения света, конечно, результатов нельзя было получить, но и наблюдения над небесными телами не указывали на какое-либо различие скорости для разных цветов. По инициативе Ньютона, уже Флэмстид констатировал, что начало и конец затмения спутников Юпитера не сопровождаются какими бы то ни было цветными явлениями. Араго, который при подобных же, но более благоприятных наблюдениях пришел к отрицательным результатам, высказал предположение, что для подобных измерений, может быть, и расстояние Юпитера от Земли слишком мало, но что на звездах с переменной яркостью, во всяком случае, должны были бы наблюдаться изменения цвета, если бы скорость распространения разноцветных лучей не была одинакова. Однако наблюдения над звездою Альголь, изменяющийся за 31/2 часа от второй величины до четвертой, привели его к тому выводу, что разность между скоростью распространения красных и фиолетовых лучей, во всяком случае, меньше 0,00001 их величины.
Формулы Френеля для волнообразных движений эфира давали не только для пустоты, но и вообще, постоянную скорость распространения колебаний, которая зависит от упругости и плотности среды, но отнюдь не от длины волны колебаний. Пуассон считал этот результат аргументом против волновой теории, но Френель указал, что он при выводе своих формул оставим без внимания влияние молекул вещества на эфир, а если учесть это влияние, можно из волновой теории вывести объяснение дисперсии света. Эту мысль с успехом разработал Коши, занимавшийся теорией упругости уже с 1822 г. и посветивший вопросу о дисперсии света ряд мемуаров, начиная с 1829 г.
Коши принимает, что эфир состоит из атомов, взаимные расстояния которых сравнительно с их размерами бесконечно велики. В свободном эфире эти расстояния по сравнению с длинами волн света все-таки исчезающе малы, но в телах, где скорость света, а вместе с тем и длины волн меньше, отношение длин волн к расстояниям эфирных частиц становится уже конечным, так что, по крайней мере, для поперечных волн его следует принимать в расчет. Введя на этом основании в свои формулы члены, соответствующие указанному отношению между длиною волн и расстоянием эфирных частиц, Коши получил для скорости распространения света ряд, зависящий от длины волн и дающий для разноцветных лучей различные величины преломления. Формулу эту
в которой 
обозначает скорость света в дайной среде, n — коэффициент преломления последней по отношению к пустоте, 
— длину волны и а, b, с,... — коэффициенты, зависящие от свойств среды, Коши подтвердил опытами Фраунгофера. Однако еще до появления главной работы Коши на эту тему Баден-Поуэль эмпирически вывел формулу для показателей преломления, которая очень хорошо согласуется с приведенной выше формулой Коши. Био выступил с возражением против допущения Коши о конечном отношении между расстояниями молекул и длиною волн в телах, указав, что это отношение не может быть значительно больше в эфире, заполняющем промежутки внутри материн, чем в свободном эфире; ведь если в свободном пространстве длина волны несколько больше, то и расстояние эфирных частиц тоже несколько больше, чем в материи; поэтому он считал, что распределение эфира в телах иное, чем в свободном пространстве, что под влиянием молекул тела плотность эфира внутри материи должна изменяться, и из этой гипотезы вывел формулу, сходную с формулой Коши. Впоследствии Буссинек, в противоположность Био, снова принимает эфир повсюду одинаково плотным и упругим, но объясняет замедление различных световых волн в прозрачных средах влиянием колеблющегося эфира на частицы тел и обратным влиянием этих последних; Био этими влияниями пренебрег, считая их незначительными. Позднее Коши в многочисленных работах развил дальше свою теорию света и частично ее также видоизменил. Как бы то ни было, но уже тогдашними работами Коши было доказано, что волновая теория в состоянии объяснить дисперсию света, и этим из данной теории был устранен последний темный пункт. Оставалось только сомнение, хотя по своим исследованиям и не существенное, следует ли считать колебания эфира в поляризованном свете происходящими в плоскости поляризации, или же перпендикулярно к ней. Френель держался последнего мнения, Коши, который сначала держался противоположного взгляда, позднее тоже примкнул к нему. Нейман при изучении двойного преломления исходит, наоборот, из противоположного мнения 4. Большинство оптиков после этого присоединились к Френелю и Коши, но и мнение Неймана находит своих приверженцев и защитников.
Со времени Френеля в основу теоретической оптики были положены определенные воззрения на строение эфира и весомой материи, которые после работ Коши стали главной опорой атомистики. Тем не менее, эти гипотезы носили характер скорее ценных наметок, чем окончательных решений. Но в сущности и теоретическая оптика скорее порождала потребность в молекулярной теории, чем удовлетворяла ее. Не имея возможности войти здесь в более подробное рассмотрение всех относящихся сюда работ, мы остановимся на некоторых исследованиях, которые до этого времени стояли в стороне от общего русла развития оптики. Открытие Фраунгофером темных линий в солнечном спектре и светлых в ламповом свете вызвало ряд новых наблюдений. Гершель описал в 1822, 1827 и 1829 тт., пламя различных горящих тел. В последней его работе сообщается следующее: «Пламя газообразного циана, пропущенное через призму, дает спектр, разделенный особенным образом большим количеством темных и широких линий. Пламя азотнокислого стронция дает две блестящие полосы в красном; спектр его имеет резкие границы, но всего интереснее в нем блестящая ясная голубая линия, совершенно отличная от всех прочих. Калий, горящий в газообразном йоде, тоже дает спектр своеобразной формы». Несколько лет спустя Тальбот еще более определенно описал спектры искусственных пламен: «стронциево и литиево пламя простым глазом при ламповом свете нельзя отличить друг от друга; но, будучи рассматриваемо через призму, первое дает, кроме желто-красного и резкого светло-голубого луча, еще множество красных лучей, разделенных друг от друга темными промежутками. В пламени же лития красная часть спектра не разделяется».
«Поэтому я, не колеблясь, утверждаю, что оптический анализ дает возможность различить малейшие количества этих веществ с такою же точностью, как любой из известных способов». Однако эти мысли еще не столь определенны и, главное, не столь общи, как это может показаться. В статье «Zur Geschichte der Spectralanalyse» («К истории спектрального анализа) Кирхгоф приходит к заключению, что ни Гершель, ни Тальбот не доказали в своих работах строгой зависимости тех или других линий от присутствия в пламени соответствующего элемента, и с этим нельзя не согласиться, если принять во внимание, что Тальбот приписывает светлую линию в желтой части спектра как сере, так и натриевым солям. То же следует сказать об опытах Уитстона, который, вызывая электрические искры между различными металлами, нашел, что спектр искры характеризует металл. Больше внимания возбудило открытие Брюстера, что фраунгоферовы линии можно воспроизвести в искусственном свете, — открытие, которое он сообщил в Оксфорде на собрании английских натуралистов в июне 1832 г. Уильям Галлоус Миллер повторил эти опыты и описал их даже раньше Брюстера. Последний наблюдал в спектре света, пропущенного через газообразную азотную кислоту, более 2000 темных линий и приписал их избирательному поглощению света газом. Фраунгоферовы линии, которых он в солнечном спектре насчитывал тоже более 2000, он истолковал как линии, происходящие от поглощения света нашей атмосферой или, может быть, и атмосферой Солнца. Зависимость фраунгоферовых линий от состояния нашей атмосферы Брюстер действительно доказал; но установить подобную зависимость от состояния солнечной атмосферы во время солнечного затмения 15 мая 1836 г. Форбсу не удалось. Вреде объяснил происхождение темных линий спектра совершенно иначе, чем Брюстер. «Если тела, — говорит он, — состоят из атомов, которые находятся на определенных расстояниях друг от друга, то от отдельных атомов должно происходить частичное отражение; вследствие этого может образоваться целый ряд систем световых волн, из которых каждая имеет меньшую интенсивность и каждая несколько замедляется. Интерференция таких волн и может вызвать эти темные линии». Брюстер воспользовался своими темными линиями, как оружием против волновой теории света. Подчеркнув то обстоятельство, что эта теория еще не объяснила дисперсии света, он, далее, говорит: «Когда мы пропускаем свет через очень тонкий слой этого (т. е. азотной кислоты) газа, то из падающего светового пучка газ не пропускает, по крайней мере, 2000 различных порций, а другие 2000 порций он пропускает беспрепятственно; и, что странно, — то же самое тело в жидком состоянии пропускает сквозь себя и те 2000 порций, которые оно задерживает в газообразном состоянии; таким образом, в жидкости эфир колеблется легко для всех лучей, а в газе, где, казалось бы, эфир должен был бы быть в гораздо более свободном состоянии, он не способен пропустить колебания 2000 порций». Затем следует приведенное уже раньше патетическое восклицание, что таким образом он, Брюстер, был прав, не желая преклонить колена перед новым алтарем (т. е. перед волновой теорией света). Насколько неудачен был этот выпад Брюстера против волновой теории, настолько же мало плодотворной оказалась данная им характеристика фраунгоферовых линий, как линий поглощения. Шаткость всей мысли затемнила цель развития, и спектральные исследования вместо того, чтобы именно теперь начаться, на долгое время заглохли.
С другими целями, не с качественной, а с количественной стороны исследовал свет небесных тел Уолластон. Для этого он применил тот же фотометрический метод, который граф Румфорд описал в 1813 г. в «Gilbert Annalen» (XLV, стр. 341, 1813 и XLVI, стр. 230, 1814).
Солнечный свет, войдя через круглое отверстие в комнату, давал тень от палки. После этого зажигалась восковая свеча, которая устанавливалась таким образом, чтобы тень палки от нее сравнялась по своей густоте с солнечной тенью. Так же ставился опыт и с лунным светом. В среднем итоге из многих опытов получилось, что солнечный свет равен свету 5563 восковых свечей на расстоянии 1 фута. Свет полной Луны Уолластон нашел равным только 1/144 восковой свечи на расстоянии одного фута; следовательно, солнечный свет оказался в 801 072 раза сильнее лунного. Кроме того, Уолластон вычислил, что Луна отражает приблизительно 1/8 падающего на нее света. Света неподвижных звезд этим способом нельзя было измерить; поэтому Уолластон сравнивал между собою отражения звезды и восковой свечи от шарика ртутного термометра, устанавливая термометр таким образом, чтобы оба отраженных света имели равную интенсивность. Хотя? он сам признает неточность этого приема, но ввиду важности подобных измерений он сообщает, что свет Сириуса относится к свету Солнца, как 1 к 20 000 миллионов, если считать, что при отражении от шарика термометра теряется половина солнечных лучей. Фотометрическими измерениями занимался в это время Ритчи и др. В 1825 г. он попытался переделать дифференциальный термометр Лесли в фотометр, но в 1829 г. он построил собственный прибор, носящий в учебниках физики его имя. Однако и последний, не меньше чем фотометр Румфорда, давал погрешности вследствие субъективной оценки освещения. Для большей надежности Друммонд в своих измерениях применял оба фотометра, т. е. системы Ритчи и Румфорда. Силу изобретенного им известкового света (описанного в «Philosophical Transactions»r 1826) он нашел равной 264,1 единицы, принимая за единицу свет аргантовой лампы.
Теорией глаза занимались очень усердно как оптики-физики, так и оптики-физиологи. Гаусс упростил построение хода преломленных лучей в системе сферических поверхностей, относя расстояния светящихся точек и фокусов не к вершинам преломляющих поверхностей, а к двум другим точкам, которые он назвал главными. Главными являются то точки, в которых предмет и его изображение равны между собою по величине. При употреблении этих точек формулы, выражающие зависимость между светящимися точками и их изображениями, приобретают и для системы сферических поверхностей тот же простой вид, как для случая одной преломляющей поверхности.
Плато занимался очень подробно иррадиацией света в глазу. Он: доказал, что это, подвергавшееся по временам сомнению несовершенство глаза действительно существует, установил на основании опытов его законы и пришел к следующему выводу: «Самая вероятная причина иррадиации это — та, которая в настоящее время является общепринятой, а именно, что световое раздражение на сетчатке заходит несколько за контур изображения. Однако это мнение не осталось без возражения. Араго приписал это явление неполному ахроматизму глаз, а Вреде считал иррадиацию дифракционным явлением.
Зеебек исследовал много лиц с точки зрения «недостатка цветового ощущения», для чего заставлял отличать друг от друга 60 бумажных полос, окрашенных в различные цвета. 13 человек оказались неспособными к такому различению; наиболее надежным оказалось у всех лиц ощущение желтого цвета; красный и синий тоны смешивались чаще всего.
Уитстон впервые доказал, что при смотрении обоими глазами различие возникающих в них изображений обусловливает телесность или пространственность изображения, а также способствует оценке расстояния до рассматриваемого предмета. Прибором, с помощью которого он это доказал, был хорошо известный теперь зеркальный стереоскоп. Стереоскоп с чечевицами и фотографическую камеру для съемки стереоскопических изображений описал 10 годами позже (1849 г.) Брюстер. Но Мозер уже в 1841 г. предложил и указал способ получения изображений для уитстоновского стереоскопа при помощи волшебного фонаря, вместо рисования от руки.
Так как право опубликования техники фотографирования было приобретено за ренту у изобретателей французским правительством, эта техника была впервые опубликована Араго лишь в 1839 г. 8. В историческом введении Араго сообщает следующие даты, касающиеся этого изобретения: «Первым, сделавшим попытку получения фотографических изображений, был Шарль, он, однако, ограничивался получением силуэтов прямо от солнца на бумаге, покрытой хлористым серебром. Более совершенные опыты произвели Веджвуд (1802) и Дэви; но их попытки закрепить изображения, получаемые с помощью волшебного фонаря, а также предохранить от дальнейшего действия света копии изображений и т. п. совершенно не удались. Ньепс старший начал, по-видимому, свои опыты уже в 1814 г.; в 1826 г. он случайно узнал, что Дагерр занимается такими же опытами; поэтому в 1829 г. они заключили товарищество для усовершенствования этого изобретения. Ньепс умер в 1833 г., а в 1835 г. Дагерр окончательно разработал способ, названный по его имени дагерротипией. Изготовление фотографических изображений на бумаге описал впервые Тальбот в 1839 г.; он, однако, указывает, что изобрел он этот способ уже в 1834 г. Негативы на стекле стал приготовлять Ньепс де-С.-Виктор в 1848 г. После этого химикам пришлось много поработать над объяснением процессов при фотографировании; физики же старались выяснить, какие лучи сильнее всего действуют в этом отношении, и найти те прозрачные тела, которые всего меньше поглощают эти лучи. В первом направлении особенно много работал Гершель; но Берар еще задолго до изобретения фотографии доказал, что химические лучи обладают наибольшей интенсивностью в фиолетовом конце спектра и даже, как утверждала Уолластон и Риттер, несколько дальше за ним. Отсюда Био сделал вывод, что существуют лучи самой различной преломляемости; из них наименее преломляемые дают ощущение теплоты, наиболее преломляемые производят химическое действие, а лучи средней преломляемости дают ощущение света. В 1839 г.
Био попробовал определить поглощаемость химических лучей различными веществами. Исследуя пластинки стекла, каменной соли, горного хрусталя и пр., он установил, что способность поглощения химических лучей у этих веществ совершенно независима от теплового и светового поглощения; кроме того, он нашел, что наиболее сильные по своим химическим действиям лучи вызывают наиболее сильную фосфоресценцию. Беккерель, работавший частью с Био, частью со своим сыном, открыл, что горный хрусталь особенно прозрачен для химических лучей и что даже темного цвета горный хрусталь пропускает химические лучи сильнее, чем пластинка прозрачного стекла.
Еще раньше этих исследований высказывалось мнение, что свет способен производить прямое магнитное действие. Мариккини, мистрис Осмервилъ и др. утверждали, что под влиянием световых лучей, особенно фиолетовых, стальная игла намагничивается. В 1829 г. Зантедески сообщил, что он вполне определенно наблюдал подобное намагничивающее действие фиолетовых лучей. Однако Мозер, Рис, а также Зеебек при самом тщательном повторении этих опытов не могли открыть какого-либо действия света на совершенно немагнитное железо. Равным образом не подтвердились и более поздние наблюдения Маттеуччи, будто золотые листочки электрометра на солнце отталкиваются друг от друга и что стеклянные пластинки на солнечном свете за короткое время наэлектризовываются. Надо думать, что источником ошибок при всех этих наблюдениях послужили воздушные токи, вызванные тепловыми лучами.
В заключение следует еще упомянуть об изобретении некоторых менее важных оптических приборов. Калейдоскоп, на который Брюстер в 1817 г. получил патент и который после этого некоторое время перебывал в руках у всех, в этот период уже утратил интерес. Теперь внимание было привлечено стробоскопом Штампфера, описанным им в 1834 г. в «Jahresbenchte des Wiener polytechnischen Instituts» (XVIII). Плато заявил притязание на первенство в этом изобретении, так как идею стробоскопического диска изложил еще в 1833 г. (июньский выпуск «Corr. Math. et phys. de l'Observatoire de Bruxelles»). Однако Берцелиус не поддержал этого притязания (Berichte über die Fortschritte der Physik und Chemie, XIV, стр. 22), так как подобные приборы он видел уже в августе 1833 г. в Стокгольме. Колесо, которое подобно стробоскопу, но без зеркала, дает возможность видеть те же явления одновременно многим лицам, описал В. Г. Горнер под именем дэдалеум в 1834 г. s «Philosophical Magazin» (т. IV). Бузольт устроил в том же году тяжелый волчок для наложения разноцветных кружков и для опытов по смешению цветов. Волчок был металлический и весил 5 фунтов; будучи запущен на фарфоровой пластинке, он мог вертеться безостановочно в течение 45 минут.