Волновая теория света уже в предыдущем периоде достигла всеобщего признания. Формулы, выведенные Френелем, Швердом и Коши, давали в столь многих случаях столь точное совпадение с наблюдениями, что сомнения в правильности этой теории были уже невозможны. Однако от проницательных умов не могло ускользнуть то обстоятельство, что и, опираясь на волнообразную теорию, математическая разработка явлений во многих случаях наталкивается на затруднения, причем это бывает как раз в случаях обыкновенных, повседневных явлений. Мы уже упомянули о том, сколько было затрачено труда на доказательство одной только возможности разложения света на цвета при его преломлении. Равным образом мы отметили, каким образом Коши доказал эту возможность, как он постоянно стремился привести свои формулы в возможно лучшее согласие с результатами наблюдений и как другие выдающиеся физико-математики вплоть до новейшего времени старались дальше развить его идеи или же их исправить. Однако кроме вопроса о разложении света на цвета для волновой теории оставались неразрешенными в оптике еще некоторые другие проблемы, которые задали много работы математикам.
Уже для теории истечения осталась неразрешенной задача объяснить, почему при отражении света всегда отражается только часть его, другая же часть поглощается отражающим телом. Юнг указывал на эту неудачу как на главный довод против теории истечения и отрицал возможность разрешения как раз этой проблемы с точки зрения последней. Однако скоро выяснилось, что и волновая теория здесь встречается с совершенно такими же трудностями.
Для объяснения отражения света от прозрачных тел Френель прибегнул к отнюдь не очевидному допущению, что в телах эфир имеет бо'льшую плотность, чем вне их, сохраняя при этом одинаковую упругость, и что изменение плотности происходит скачком на некоторой определенной поверхности, на которой происходят как отражение, так и преломление. Сделав, далее, предположение (что было естественно, если пренебречь поглощением света в телах), что сумма живых сил преломленного и отраженного лучей света должна быть равна живой силе падающего луча, он мог показать, что для известного угла отражения (угла поляризации) весь свет, поляризованный в плоскости падения, должен полностью отразиться, а поляризованный в перпендикулярной плоскости должен весь проходить, и смог, таким образом, определить интенсивность этих лучей света. Точно так же он смог тогда определить для любого угла падения интенсивность обоих перпендикулярно друг другу поляризованных отраженных лучей, а также обоих перпендикулярно друг другу поляризованных преломленных лучей. Соответствующие формулы Френеля вообще достаточно хорошо согласовались с имевшимися наблюдениями Малюса, Брюстера и др. Однако уже и тогда в отдельных случаях выявились некоторые расхождения. Брюстер в 1815 г. и Зеебек в 1830 г. нашли, что не у всех веществ свет, поляризованный под углом поляризации, бывает вполне поляризован в одной и той же плоскости. Отсюда Эри в 1833 г. сделал вывод, что у многих веществ отраженный свет поляризуется не прямолинейно, а эллиптически, или же, что между двумя лучами, поляризованными перпендикулярно друг к другу, существует разность фаз; однако это предположение представлялось неприемлемым с точки зрения френелевского допущения об отражении света от поверхности и было несовместимо с его формулами. В то время подобные явления считались еще исключениями; однако в конце сороковых годов Жамен показал, что они составляют правило. Он доказал точными опытами, что при отражении света от прозрачных тел происходит вообще (как это было уже давно установлено при металлическом отражении) замедление одного из отраженных лучей по сравнению с другим лучом, поляризованным перпендикулярно к первому, вследствие чего между ними образуется разность фаз и весь отраженный свет оказывается поляризованным не прямолинейно, а эллиптически. Жамен определил также величину вызванной отражением разности фаз для многих веществ и при этом заметил, что не всегда поляризованный в одном и том же направлении луч отстает по фазе от другого луча, но что это замедление зависит от природы отражающего вещества: в веществах с более сильным преломлением обыкновенно запаздывает луч, поляризованный перпендикулярно к плоскости падения, а в других случаях — второй луч. Но есть и такие тела, у которых замедления, а, следовательно, и эллиптической поляризации, вовсе не бывает. Коши попытался учесть и эти явления в своей теории отражения, и Жамен определенно признал, что формулы Коши достаточно хорошо согласуются с наблюдением и являются, во всяком случае, единственными, дающими удовлетворительное разрешение вопросов, касающихся отражения света — в противоположность формулам Френеля, которые можно признать только приблизительно верными, поскольку эллиптичность отраженного света незначительна. В основе теории отражения Коши лежала мысль, что на пограничной поверхности обеих сред образуются также и продольные волны, интенсивность которых с удалением от этой поверхности убывает, правда, так быстро, что на неизмеримо малом расстоянии они уже исчезают. Однако эта мысль была большинством физиков оставлена и заменена более естественным предположением, что на границе сред плотность эфира изменяется не скачками, а постепенно, вследствие чего как отражение, так и преломление света происходят не сразу на одной поверхности, а постепенно. Следует, однако, заметить, что и это построение в том виде, как его пытались осуществить Лоренц и другие, нельзя еще считать вполне удавшимся.
С допущением постепенного хода преломления легче увязывались теперь и явления полного отражения света. Уже Ньютон, допускавший вообще существование тонкого промежуточного слоя на границе между двумя оптически различными средами, принимал, что при полном отражении свет вступает из более плотной среды в менее плотную и затем отсюда возвращается назад вследствие более сильного притяжения света более плотною средою. Он даже определил, что путь, описываемый светом в менее плотной среде, представляет собою ветвь параболы. К его мнению, конечно, безоговорочно присоединились все приверженцы теории истечения; Гюйгенс и его сторонники тоже допускали вступление света в менее плотную среду, хотя объяснить возвращение волнообразного движения в более плотную среду им было гораздо труднее, чем сторонникам теории истечения. Юнг прибегнул к предположению, что частицам менее плотной среды движение передается лишь в некоторой части, но притом таким образом, что эта передача имеет своим последствием сопротивление дальнейшему проникновению колебания со стороны этих частиц. Френель нашел, что при полном отражении один из поляризованных лучей замедляется по сравнению с другим перпендикулярным к нему поляризованным лучом на 1/8 длины волны, и затем пытался из своих формул вывести более глубокое проникновение одного из лучей в менее плотную среду. Эти формулы дали для амплитуд отраженного света, при переходе его в менее плотную среду, для определенных углов падения, комплексные величины. Появление мнимости Френель объяснил тем, что соответствующая часть света отражается не на поверхности раздела обеих сред, как это было принято для расчета, а дальше, позади нее. Однако впоследствии Квинке точными измерениями доказал, что при полном отражении свет может проникнуть в менее плотную среду на глубину нескольких длин волн и что глубина эта для лучей, поляризованных перпендикулярно к плоскости падения, вообще больше, чем для лучей, поляризованных в самой плоскости.
Как в теории отражения, так и в аберрации света трудности возникли как раз там, где до сих пор все считалось удовлетворительно объясненным. Как и в первое время после открытия этого явления, так и теперь аберрацию продолжали пояснять ссылкою на пример камня, движущегося прямолинейно и равномерно по трубке, имеющей в свою очередь самостоятельное движение под некоторым углом к траектории камня. Для того чтобы применить подобное объяснение к аберрации, необходимо было предположить, что свет, исходящий от звезд, не отклоняется от прямолинейного направления своего движения и в сфере движущейся земли. Но такое предположение, будучи достаточно вероятным для теории истечения, ни в коем случае не могло быть таковым для волновой теории: в самом деле, легко было предположить, что поток световых частиц беспрепятственно пронизывает атмосферу движущейся земли; но чтобы исходящее от звезд волнообразное движение эфира продолжалось без изменения своего направления в эфире, находящемся на движущейся земле, этого, во всяком случае, нельзя было принять безоговорочно. Стокс уже в 1846 г. утверждал, что распространение света, приходящего из небесных пространств, не может оставаться прямолинейным в движущемся эфире земли и что поэтому обычное объяснение аберрации несостоятельно. Челлис возразил на это, что, наоборот, из полного соответствия старой теории аберрации данным наблюдения следует заключить, что предпосылка этой теории верна и что, следовательно, распространение света в теле не зависит от его движения. Физо указал, что по поводу отношения содержащегося в теле эфира к его движению возможны три гипотезы: 1) эфир связан неразрывно с частицами тел и движется вместе с ними; 2) эфир совершенно свободен и движение тел на него нисколько не влияет; 3) эфир только в одной части связан с движениями весомых частиц, а в другой части совершенно свободен. Для выбора между этими тремя гипотезами Физо поставил новые, чрезвычайно остроумные опыты. Каждый из двух пучков света, исходивших из одного и того же источника и, в конце концов, приводившихся к интерференции, проходил на своем пути через трубу, наполненную водою. Обе трубы были равной длины, но в одной из них вода двигалась с довольно значительною равномерною скоростью в направлении распространения световых лучей, а в другой — с такой же скоростью в противоположном направлении. За исключением этого последнего обстоятельства оба пучка до интерференции проходили совершенно одинаковые пути и были поставлены в совершенно равные условия. При этом наблюдении Физо установил, что при движении воды в трубах интерференционные полосы оказывались смещенными по отношению к тем полосам, которые возникали, когда вода в трубках оставалась в покое, причем смещение всегда происходило в сторону тех лучей, которые двигались навстречу воде. На этом основании он счел наиболее вероятной третью из вышеприведенных гипотез, т. е. что эфир, заключенный в движущемся теле, частично участвует в этом движении, а частично остается в покое. В дальнейших своих опытах при замене движущейся воды движущимся воздухом он не заметил никакого смещения интерференционных полос и отсюда заключил, что в газах влияние их движения на содержащийся в них эфир неизмеримо мало; поэтому и прежняя теория аберрации, поскольку последняя касается, главным образом, прохождения света через воздух, остается в силе. К точке зрения Физо полностью присоединился Беер, но только он полагал, (что, впрочем, не изменяет сути дела), что не часть эфира участвует в движении весомых молекул, а весь эфир, но только он движется со скоростью, которая составляет лишь часть скорости движения тела. Если скорость движущегося тела v, то скорость заключенного в нем эфира Беер положил равной uv; u он назвал коэффициентом замедления соответствующего вещества. Затем он нашел u=1—1/n2, где n — абсолютный показатель преломления; для воды он вычислил u=7/16, а для воздуха u равно только 0,000589.
Упомянутые выше опыты Физо были произведены под влиянием других опытов, проведенных в это же время им самим, а также другими исследователями, и имевших своей целью определение скорости распространения света на земле. Уже в 1838 г., вскоре после измерения Уитстоном скорости распространения электричества, Араго высказал мысль, что при помощи вращающегося зеркала можно было бы определить если не абсолютную скорость света, то, во всяком случае, относительную скорость распространения его в различных средах. Если,— сказал он, — взять в качестве источника света электрическую искру, направленную параллельно оси вращения зеркала, и установить наполненную водою трубку длиною в 28 м таким образом, чтобы от одной половины светящейся линии свет проходил до зеркала через воду, а от другой проходил параллельно трубке через воздух, то при вертикальной оси вращения и при прохождении через воду света от верхней половины светлая линия в зеркале по теории истечения должна иметь форму 
, а по волновой теории форму 
, Таким образом можно было бы надежно разрешить вопрос о правильности той или иной из этих двух теорий. Сам Араго не осуществил этого своего предложения вследствие слабости зрения, и лишь в 1850 г. он мог сообщить Парижской академии наук, что его план будет приведен в исполнение Фуко. Вскоре затем Фуко действительно сообщил, что опыты его вполне удались и что он, следуя методу Араго, определенно установил замедление света в воде по сравнению с воздухом, и, таким образом, прямо подтвердил волновую теорию света. Вслед за этим Физо и Брегэ со своей стороны сообщили, что и они аналогичным путем пришли к принципиально схожим результатам.
Уже за год до того Физо устроил прибор, в котором вращающееся зеркало было заменено вращающимся зубчатым колесом, с тем, чтобы иметь возможность определить не только относительную, но и абсолютную скорость света. Зрительные трубы общеизвестного прибора были поставлены на расстоянии 8633 м друг от друга, а колесо имело 720 зубцов. Свет исчез, когда скорость вращения колеса была доведена до 12,6 оборотов в секунду; при двойной скорости он вновь появился, а при тройной снова исчез, что придавало особенную достоверность выводам из этих наблюдений. Из 28 таких измерений он вывел, в качестве наиболее вероятной величины для скорости света, 70 948 лье, или 42 569 географических миль, что, во всяком случае, несколько превышает действительную скорость. 13 лет спустя Фуко при помощи прибора, который опять-таки был снабжен вращающимся зеркалом Араго, удалось измерить скорость света в пределах комнаты, для чего путь света был удлинен до 20 м посредством отражения его от 5 вогнутых зеркал. При этом он с точностью до 0,002 нашел скорость света равной 298 000 км или 39 136 географических миль (в безвоздушном пространстве). С этими результатами хорошо согласовались и многочисленные более поздние измерения. A. Корню в 1873 г. получил с усовершенствованным прибором Физо 298 500 км, а в следующем году 300 330 км. Альберт Майкельсон, при помощи усовершенствованного метода Фуко, получил число 299 954±50 км, а Юнг и Форбс по способу Физо — 301 382 км. Указанное расхождение результатов дало повод заподозрить, не зависит ли скорость света от природы излучаемого света и не изменяется ли она вместе с нею. Мюллер в 1872 г. высказал предположение, что скорость света, может быть, зависит от интенсивности последнего, а Форбс и Юнг сообщили, что они заметили различие скорости при различных цветах.
Однако эти предположения большинством физиков не были поддержаны. Что касается более значительных расхождений этих результатов с полученными раньше на основании астрономических данных, то их объяснили тем, что для расстояния от солнца до земли было принято несколько преувеличенное число.
Около этого же времени Физо и Фуко воспроизвели еще одно явление, очень интересное для волновой теории света. Два световых луча могут лишь тогда интерферировать, когда они находятся в противоположных фазах, в остальном же находятся в совершенно одинаковых состояниях колебания; поэтому части светового луча, происходящие от единого источника, могут интерферировать лишь в том случае, если между ними каким-либо образом создается разность фаз. Возникает вопрос, должна ли эта разность фаз интерферирующих лучей составлять лишь одну полуволну или же она может равняться некоторому кратному числу волн плюс одна полуволна. Путем опытов с толстыми пластинками оба физика подтвердили последнее: им удалось получить интерференцию даже между лучами с разностью хода в 7394 волны. Поэтому они свою работу заканчивают следующими словами: «Наличие этих явлений взаимного влияния двух лучей в случае большой разности хода интересно для теории света, поскольку оно выявляет в излучении последовательных волн неизменную регулярность, какой до сих пор не обнаружило ни одно явление».
В необходимой связи с явлениями отражения и преломления находятся явления поглощения света, тем более что и те и другие оказываются связанными с состоянием поляризации соответствующего света. Уже Био заметил, что кристаллы турмалина пропускают лишь необыкновенный луч, обыкновенный же луч при достаточной толщине пластинки кристалла полностью поглощается. Подобные же явления избирательного поглощения наблюдали потом и на других кристаллах, но этого процесса глубже не исследовали. И вот Гайдингер установил, что подобно преломлению поглощение света зависит от вида оптической упругости среды, через которую проходит свет; что только в изотропных средах поглощение происходит одинаково по всем направлениям, тогда как в одноосных кристаллах оно в направлении оси происходит совершенно иначе, чем перпендикулярно к ней, и, наконец, в двуосных кристаллах оно происходит различно по всем направлениям с различной упругостью. К этому он добавил, что такое избирательное поглощение не только вообще изменяет интенсивность света, но может различным образом изменять различные цвета этого света. Эти явления, названные Гайдингером для одноосных кристаллов дихроизмом, а для двуосных плеохроизмом, он наблюдал на многих кристаллических веществах, но общих законов этого вида поглощения он не мог открыть. Явления поглощения света в прозрачных средах позволяли думать, что движения колеблющихся частиц светового эфира могут хотя бы частично восприниматься молекулами тела и превращаться в другие формы силы — вероятнее всего в теплоту. Но одновременно обратили на себя внимание процессы, указывающие на то, что во многих случаях эфирные колебания, поглощенные весомой материей, возвращаются ею обратно эфиру и в более или менее измененном виде снова появляются в качестве света. Этими процессами, которые прямо наводили на мысль об оптическом резонансе, аналогичном гармоническому резонансу, явились фосфоресценция и флюоресценция света.
В прежнее время интерес физиков к явлениям фосфоресценции ограничивался тем, что разыскивали или составляли такие вещества, которые, будучи подвергнуты предварительно действию света, после этого сами собою светились очень сильно или очень долго. Теория истечения, допускавшая существование особого светового вещества, легко объясняла эти явления более значительным накоплением светового вещества в соответствующих телах и последующим затем постепенным его выделением наружу. Наоборот, в волновой теории подходящего объяснения сначала не находилось, поэтому экспериментирование с этими явлениями на первых порах отступило на задний план. Лишь после того как ученые начали более всесторонне сопоставлять волнообразные движения эфира с движениями других упругих сред, например, воздуха, после того как все более начала всплывать идея резонанса и в области света, — снова усердно принялись за изучение фосфоресцирующих тел. П. Рисс в 1845 г. подтвердил опытами над алмазами известный уже со времени Вильсона факт, что фосфоресценция вызывается преимущественно лучами с большей преломляемостью, красные же лучи ее ослабляют. В 1851 г. Дрэпер на основании своих исследований фосфоресценции плавикового шпата, вызванной электрическим светом, пришел к следующим выводам, которые следует признать несколько неравноценными: 1) во время свечения объем фосфоресцирующего тела не испытывает заметного изменения; 2) фосфоресценция, по-видимому, не вызывает никакого изменения в структуре тела; наоборот, 3) под ее влиянием, по-видимому, изменяется поверхность светящегося тела (пары ртути неодинаково сгущаются на местах темных и светящихся); 4) фосфоресцирующее тело, несомненно, излучает вместе со светом и теплоту; 5) тело, фосфоресцирующее под влиянием солнечного света, не проявляет признаков электричества; 6) абсолютное количество света, излучаемого телом путем фосфоресценции, крайне ничтожно; 7) фосфоресценция находится в связи с температурой тела — она тем сильнее, чем холоднее было тело во время его освещения.
Но больше всех и, пожалуй, с наибольшим успехом занимался проблемой фосфоресценции Эдмон Беккерель . Его работы по данному вопросу, которые стали появляться, начиная с 1839 г., в «Comptes rendus» Парижской академии наук, а затем в «Annales de chimie et de physique», были впоследствии собраны в особом труде «La lumiére, ses causes et ses effets», 2 тома, Paris 1867/68 гг. («Свет, его причины и действия»); однако главнейшие достигнутые им результаты, а также описание фосфороскопа, были изложены уже в его работе 1859 г. «Rechers sur les divers effets lumineux qui résultent de 1'action de la lumiére sur les corps», «Ann. de chim. et de phys.» (3) LV, стр. 5—119 («Исследование различных световых эффектов, получающихся от действия света на тела»). Фосфороскоп состоял из двух вращающихся на общей оси дисков; на каждом из них было сделано по одному отверстию, из которых одно служило для пропускания света, а другое — для наблюдения. Оба отверстия были сделаны не прямо друг против друга, а таким образом, что перед глазом наблюдателя сначала проходило отверстие для света, а затем уже второе отверстие. Для устранения всякого постороннего света диски были помещены в прочно установленном барабане, в плоских сторонах которого, соответственно отверстиям в дисках, были прорезаны два отверстия, но расположены прямо противоположно друг другу. В направлении линии, соединяющей последние, в пространстве между дисками помещалось тело, исследуемое с точки зрения его фосфоресценции. При помощи рукоятки и зубчатых колес диски можно было приводить в столь быстрое вращение, что тела можно было наблюдать уже спустя 1/2000 сек. после их облучения солнечным светом. Беккерель различает следующие виды фосфоресценции: 1) фосфоресценцию вследствие простого повышения температуры, зачастую ниже температуры красного каления (алмаз, плавиковый шпат); 2) фосфоресценцию от механических действий кристаллизации или раскола; 3) фосфоресценцию от электричества (свечение трубок с разреженными газами при прохождении электрического тока); 4) самопроизвольную фосфоресценцию (животные и растения); 5) фосфоресценцию от инсоляции. Для последней (наиболее обычной) он далее устанавливает следующие частные положения: 1) наиболее деятельными лучами являются фиолетовые и ультрафиолетовые; 2) для различных веществ части спектра, вызывающие фосфоресценцию, имеют неодинаковую длину и лежат в различных местах; 3) цвет излучаемого при фосфоресценции света является для каждого тела особым и не находится ни в какой связи с цветом света, вызывающего фосфоресценцию; 4) часть спектра (менее преломленная) уничтожает фосфоресценцию, вызванную облучением фиолетовыми лучами; 5) если фосфоресцирующее тело поместить в темное место, то фосфоресценция постепенно ослабевает и прекращается, но она может быть вновь вызвана последующим затем нагреванием тела; б) повышение температуры во время облучения тела солнцем ослабляет наступающую затем фосфоресценцию; 7) если спектр, дающий при обычных условиях фраунгоферовы линии от А до H, отбросить на бумагу, покрытую сернистым кальцием, то спектр значительно удлиняется, так что можно рассмотреть линии от А до Р.
При помощи своего фосфороскопа Беккерель открыл много новых фосфоров и прежде всего установил, что всем флюоресцирующим веществам присуща некоторая, хотя бы и слабая, фосфоресценция. На этом основании он был склонен думать, что флюоресценция есть не что иное, как фосфоресценция во время облучения. Этот взгляд получил в то время всеобщее признание.
Длительность эффекта при фосфоресценции и мгновенное прекращение его при флюоресценции пытался объяснить А. Г. Эмсманн. По его мнению, по отношению к световым колебаниям тела ведут себя в такой же мере различно, как сталь и железо по отношению к магнитным действиям. Атомы тела должны обладать, по его мнению, по отношению к движению, сообщенному телу путем облучения, некоторой сдерживающей силой, которая стремится сохранить имеющееся в данный момент расположение атомов; в фосфоресцирующих телах эта сила должна быть относительно большой, а в флюоресцирующих незначительной. Следует, однако, заметить, что это выражение «сдерживающая сила» настолько легковесно по своему содержанию, что действительно объяснить им какие-либо явления не представляется возможным.
Флюоресценция имела очень своеобразную и во многих отношениях поучительную судьбу. Первое наблюдение флюоресценции описал, как мы это видели во 2-й части настоящего сочинения, Николо Монардес в XVI веке; затем Кирхер обстоятельно занялся этими явлениями в 4-й главе своей книги «Ars magna lucis et umbrae» («Великое искусство света и тени»,) и, наконец, Бойль описал эти явления более точно в своем духе. Со времени Ньютона в оптике стал преобладать математический метод; поэтому наблюдения фосфоресценции отошли на задний план и были преданы забвению. Только Гете, широкий кругозор которого проявился в частности и в его учении о цветах, снова напомнил о наблюдениях Кирхера. Однако в то время почечное дерево перестало уже применяться в медицинской практике и очень редко встречалось в аптеках; поэтому в «Прибавлениях к учению о цветах», в главе «Мутные настои» 3 Гете указывает, как приготовить, по способу химика Деберейнера, водный экстракт из дерева квасии (Lignum quassiae), обладающий такими же оптическими свойствами, как экстракт почечного дерева (последнее, по Гете, происходит, от Guilandina Linaei); к этому он лично прибавил еще следующее новое наблюдение: «Если полоску свежей коры дикого каштана погрузить в стакан с водою, то очень скоро вода окрасится в небесно-голубой цвет, если стакан, освещенный издали, рассматривать на темном фоне, а с другой стороны, — в прелестный желтый цвет, если стакан держать против света». Но вследствие отрицательного отношения физиков к учению великого поэта о цветах на эти ценные наблюдения тогда не обратили внимания.
Впрочем, и более поздние наблюдения флюоресценции, которые Брюстер в 1833 г. произвел над хлорофиллом, а в 1838 г. — над плавиковым шпатом, не были оценены по достоинству ни им самим, ни другими физиками. Лишь в 1845 г. Джон Гершель занялся надлежащим образом флюоресценцией, предчувствуя, что здесь кроется целый класс новых оптических явлений. Изучив это явление на многих веществах и, в особенности на сернистом хинине, он описал его в двух статьях, помещенных в «Philosophical Transactions», причем здесь он его истолковал как случай дисперсии, происходящей только на поверхности тел, чем, по его мнению, и объясняется факт различной окраски тел в проходящем и отраженном свече. Подобную аномальную дисперсию он наблюдал на зеленом плавиковом шпате из Эльстон-Мора, отливающем с поверхности нежным синим цветом, на кислом (не щелочном) растворе сернокислого хинина и на эскулине и калопене, но не наблюдал ее ни на цинхонине, ни на салипине. Гершель полагал, что при этого рода поверхностном отражении свет изменяется особым образом, в зависимости от природы отражающего вещества, и назвал отраженный таким образом с поверхности свет эпиполизованным (epipolized), а все явление эпиполической дисперсией (epipolic dispersion). После этого Брюстер с новым рвением принялся за свои прежние наблюдения и пришел, в общем, к тем же фактическим выводам, что и Гершель, но только никак не мог согласиться с его объяснениями. Он выводил эти своеобразные явления не из поверхностной, а наоборот, из внутренней дисперсии, вызываемой «множеством двоякопреломляющих кристаллов, у которых оси двойного преломления лежат во всевозможных направлениях и которые поэтому от своих задних поверхностей отражают свет поляризованным тоже во всевозможных направлениях». «Бесчисленное множество отражающих поверхностей воспринимает и отражает свет во всевозможных направлениях, поэтому глаз, где бы он ни находился, видит весь пучок как бы самосветящимся». Некоторые различия, которые обнаружились между наблюдениями Гершеля и его собственными, и, прежде всего — отсутствие каких-либо признаков поляризации у Гершеля, Брюстер приписывает тому обстоятельству, что Гершель пользовался для своих наблюдений обыкновенным дневным светом, он же применял для наблюдений тонкий пучок сильного света, сконцентрированного чечевицей. Опалесценцию некоторых тел он отличает от флюоресценции, приписывая ее существованию внутри опалесцирующих тел тонких трещин и каналов.
Но еще большее значение получили рассматриваемые явления после исследований Стокса, которые дали основание для совершенно новых умозаключений о природе самого света. Стокс построил свои наблюдения следующим образом. Из вертикальной щели в ставне солнечный свет пропускался через три поставленные друг за другом мюнхенские призмы; благодаря этому в темной комнате на расстоянии нескольких футов от щели получался довольно чистый спектр. Затем по всей длине спектра, начиная с красной части его, перемещалась реактивная трубочка с исследуемым веществом; в промежутке от красного до фиолетового не замечалось ничего особенного, но лишь только реактивная трубочка вступала в область фиолетовых лучей, жидкость начинала сама светиться призрачным голубым светом, который по мере дальнейшего перемещения по спектру сначала еще усиливался, а потом постепенно исчезал. Это явление, равно как и найденное Беккерелем и Гершелем удлинение спектра на фосфоресцирующих веществах, Стокс охарактеризовал следующими проникновенными словами: «внутренняя дисперсия дает физикам глаза, чтобы увидеть невидимые лучи». Лучи, которые однажды прошли через флюоресцирующее вещество и вызвали в нем флюоресценцию, не могут уже вызвать вторично флюоресценции в том же веществе. Для различных веществ флюоресценция, по наблюдениям Стокса, начинается в различных частях спектра; но преломляемость падающего света никогда не бывает меньше преломляемости света флюоресценции; однородный свет, падая на флюоресцирующее вещество, может дать сложный свет. Исследование флюоресцирующими веществами спектра электрического света показало, что он содержит лучи еще большей преломляемости, чем солнечный свет, но что эти лучи почти полностью поглощаются стеклом, между тем как кварц их свободно пропускает. Поэтому Стокс заказал себе призмы и чечевицы из горного хрусталя и исследовал позднее при помощи них спектры искры лейденской банки или вольтовой дуги. Отбрасывая полученные им таким образом спектры на пластинки уранового стекла или, еще лучше, на бумагу, пропитанную урановыми солями, он наблюдал удлиненные спектры, превосходившие в шесть-семь раз длину спектра видимого света.
В начале своих работ Стокс применял для этих явлений название внутренней дисперсии, данное им Брюстером, но позднее, желая воздать должное воззрению Гершеля, он стал их называть «дисперсионным отражением». Однако и это название показалось ему недостаточно нейтральным. «Признаюсь, — говорит он, — это выражение мне не нравится. Всего лучше было бы, по-моему, назвать это явление флюоресценцией, от частицы fluor в плавиковом шпате (Fluorspar), подобно тому как слово опалесценция произвели от опала». Это выражение привилось, и во второй своей работе по тому же вопросу Стокс окончательно принял этот термин. «В своей прежней статье, — говорит он там, — я предложил название флюоресценция для обозначения общих явлений, наблюдаемых в растворе сернокислого хинина и в других подобных ему веществах. Встретив в этом одобрение, я буду теперь постоянно применять это выражение вместо прежнего выражения — истинная внутренняя дисперсия, так как оно является единственным выражением, не включающим в себя какой-либо теории». Последнее было особенно важно для Стокса, так как он не мог согласиться с теоретическими воззрениями своих предшественников — Гершеля и Брюстера. По его мнению, причину этого явления следовало искать не в отражении или дисперсии как внутренней, так и поверхностной, а в невидимом ультрафиолетовом свете, который во флюоресцириующих телах превращается в менее преломляемый видимый свет. В самом деле, когда волны светового эфира падают на весомые массы, то колебания эфира сообщаются частицам этих масс, если только по своей величине и положению они способны приходить в подобные колебания. Но так как в данном случае движения передаются частицами более тонкими частицам более грубым, то следует ожидать, что этот переход должен быть связан с известным уменьшением скорости колебаний, а, следовательно, и числа колебаний. Так как, далее, с весомых частиц движения передаются эфиру без изменений, то описанное поглощение и излучение света весомыми массами приводит только к тому результату, что поглощенные волны света, теряя в скорости колебания, увеличиваются в своей длине. Таким образом, заключающиеся в пучке света ультрафиолетовые лучи превращаются некоторыми телами в менее преломляемый фиолетовый или голубой свет, и этот-то излучаемый телами видимый нами свет является светом флюоресценции. Уже в первой своей статье Стокс склоняется к мысли, что на основе волновой теории причину флюоресценции следует искать только в изменении преломляемости лучей: «Внутренняя дисперсия подчиняется некоторому закону, который, по-видимому, является общим, а именно, что если при дисперсии преломляемость света изменяется, то это изменение всегда происходит в сторону понижения. Я исследовал кроме упомянутых еще много других веществ и нигде не встретил ни одного исключения».
Однако именно этот закон, в общем его виде, вызвал много возражений, хотя в остальном теория Стокса и была принята. Так, Эмсман в 1859 г. флюоресценции Стокса, названной им положительной, противопоставил отрицательную флюоресценцию, при которой преломляемость лучей должна усиливаться, а в 1866 г. ему даже показалось, что он доказал на опыте существование подобной отрицательной флюоресценции. Акин и Тиндаль тоже полагали, что им удалось наблюдать явления, которые можно было отнести к случаям отрицательной флюоресценции. Эти наблюдения касались случаев накаливания и свечения тел в фокусе вогнутых зеркал, на которые падали невидимые тепловые лучи. Первый назвал этот случай превращения тепловых лучей в световые кальцесценцией, а второй — калорисценцией. Однако К. Бон доказал, что эти случаи не могут служить примерами отрицательной флюоресценции, так как здесь нет непосредственного превращения лучей меньшей преломляемости в лучи большей преломляемости: ^лучение радиации более высокой преломляемости является только следствием повышения температуры, вызванного тепловыми лучами, а не непосредственным действием этих последних. Труднее было опровергнуть возражения Ломмеля против закона Стокса.
Ломмель в 1871 г. показал, что красная краска магдала в свете натриевого пламени, излучающего почти однородные желтые лучи, дает спектр флюоресценции, который, распространяясь от желтого цвета к зеленому, заходит за линию D; он полагал, что в данном явлении он нашел искомый случай непосредственного превращения света меньшей преломляемости в свет большей преломляемости. Хотя Гагенбах, а вместе с ним и некоторые другие скоро высказались в том смысле, что и в данном случае нет основания допускать наличия подобного превращения и что распространение спектра флюоресценции за линию D объясняется здесь недостаточной чистотой света, неполной его однородностью,— однако Ломмель до сих пор остается при своем мнении и все пытается подкрепить его новыми доказательствами.
Те физики, которые не приняли закона Стокса о превращении света при флюоресценции, должны были, конечно, объяснять это явление иначе, и действительно таких попыток было сделано не мало.
Эйзенлор полагал, что подобно тому как из двух музыкальных тонов возникают комбинационные тоны, так из двух световых лучей различных цветов могут получаться комбинационные цвета, причем, конечно, как у тонов, частота колебаний должна быть меньшей, чем у слагаемых цветов. Таким образом свет флюоресценции мог бы получиться в результате сочетания ультрафиолетовых лучей с сине-фиолетовыми. Хотя Ломмель в 1862 г. и отверг эту гипотезу на том основании, что и однородный свет способен вызывать флюоресценцию, однако он полагал, что ее можно улучшить. По его мнению, свет флюоресценции тоже является комбинационным светом, но происшедшим не из различных цветов светового луча; он получается в результате сочетания падающего на тело света со светом, излучаемым обратно телом в силу оптического резонанса. По этому поводу Бон отметил, что в таком случае и отрицательная флюоресценция представляется вполне возможной, больше того — даже необходимой, так как комбинацию цветов следует допустить не только по аналогии с разностными, но и с суммовыми гельмгольцевскими тонами. Впоследствии Ломмель сам дальше развил свою теорию в соответствии со своими новыми наблюдениями. Он допустил, что падающие лучи света способны приводить в движение не только частицы, настроенные с ними в унисон, или; усиливать движение таких частиц, но также возбуждать весомые молекулы, настроенные на октаву ниже или выше. Возбужденные таким образом цвета флюоресценции, равные вообще по числу своих колебаний возбуждающему свету, представляют собою флюоресценцию первого рода. Однако в большинстве случаев эти первоначальные тона комбинируются с возбужденными одновременно более низкими октавами в разностные тоны, числа колебаний которых ниже, чем у падающего света. Эти комбинационные тоны представляют собою флюоресценцию второго рода. Ломмель признает также возможность возникновения суммовых цветов, но полагает, что они вследствие малой их интенсивности должны быть незаметны.
До настоящего времени этот спор между двумя конкурирующими гипотезами окончательно еще не разрешен. И в теории Стокса и в теории Эйзенлора-Ломмеля взаимодействие между движениями эфира и движениями весомых молекул создало столь шаткий момент, что ни одна из них не могла получить решающего перевеса над другой. Нельзя, однако, не признать, что и в этой трудной области волновая теория оказалась все-таки плодотворной, что применение к свету свойств известных волнообразных движений, как, например, звука, послужило источником новых исследований; следует затем обратить внимание и на то обстоятельство, что уже с начала сороковых годов все больше развивалось и все чаще выступало на сцену понятие оптического резонанса.
Совершенно своеобразное и поразительное по своим результатам применение метода умозаключения от акустических отношений к оптическим дал в 1842 г. X. Доплер. Ему пришла в голову мысль, что ощущение волнообразного движения должно зависеть не только от длины его волны, но также и от движений воспринимающего органа и самого источника волнообразного движения; это обстоятельство должно иметь одинаковое значение как для звука, так и для света. Он применил эту идею прежде всего для объяснения цветной окраски света звезд. С приближением к нам светящегося тела желтый свет должен переходить в зеленый, голубой и фиолетовый, а с удалением — в оранжевый и красный. Поэтому все приближающиеся к нам или удаляющиеся от нас звезды, например, все двойные звезды, хотя сами по себе они, вероятно, белого цвета, должны казаться нам окрашенными, что в действительности и наблюдается. Бейс-Баллот проверил теорию Доплера в акустическом отношении на трех железнодорожных станциях между Утрехтом и Маарсеном. На станциях духовым инструментом издавался определенный музыкальный тон, а ехавшие на локомотиве музыканты должны были отмечать его высоту. Эти опыты были произведены и в обратном направлении. В том и другом случае теория Доплера по отношению к изменению высоты тона оказалась правильной. Однако, принимая во внимание чрезвычайно большую скорость света, Бейс-Баллот считал скорость звезд и земли слишком незначительной, чтобы изменить белый свет звезд в цветной. Кроме того, непосредственные наблюдения над двойными и переменными звездами привели его, по его мнению, к результатам, несогласным с этой теорией; и, наконец, исходное положение Доплера, будто первоначальный свет всех звезд должен быть белым, он считал совершенно произвольным. Доплер пытался отстоять свое мнение против Бейс-Баллота в целом ряде статей; тем не менее, в то время почти все физики встали на сторону Бейс-Баллота и только позднее, после открытия спектрального анализа, в последнем увидели также средство для определения смещения цветов, вызываемого приближением или удалением источника света.
Интересно, что подобное все более учащающееся применение в оптике акустических аналогий оставалось почти без влияния на воззрения о связи между светлыми и темными линиями спектра. Правда, у Брюстера, опубликовавшего в 1850 г. новую большую работу о спектральных линиях, это было еще понятно, так как он был противником волновой теории; однако и у других физиков этот вопрос не получил должного направления. В. А. Миллер в 1845 г. исследовал действие окрашенных газов и паров на проходящий через них свет, а также много различных пламен, окрашенных металлическими солями, и нашел спектры поглощения и спектры солей самого различного и характерного вида; тем не менее, связи между этими спектрами и зависимости их от химического состава соответствующих веществ он не установил и, судя по тону его работы, совершенно не пытался определить. «Мои наблюдения, — говорит он, — касаются, главным образом, двух вещей: действия окрашенных газов и паров на проходящий через них свет и спектров, даваемых различными пламенами. Прежде чем изложить постановку опытов, я вкратце приведу главные результаты, полученные мною по первому вопросу: 1) при применении бесцветных газов мне ни разу не удавалось найти новых линий...; 2) одни цвета еще не обусловливают появления линий...; 3) по цвету газа еще нельзя судить о положении линий...; 4) как простые, так и сложные тела дают линии, а два простых тела, в отдельности не дающих линий, в соединении могут дать большое количество линий ...; 5) линии могут быть и в парах простых веществ, например в парах йода, между тем как в их соединениях никаких линий нет...; 6) иногда одни и те же линии появляются в различных ступенях окисления одного и того же вещества...; 7) линии увеличиваются в числе и густоте при увеличении цветного слоя, проходимою светом, а также при повышении интенсивности его окраски в силу какой-либо причины...; 8) линии появляются как в поляризованном, так и в неполяризованном свете. Хотя я еще не производил соответствующих опытов, тем не менее, я нисколько не сомневаюсь в том, что эти линии (линии поглощения), подобно фраунгоферовым, указывают на отсутствие химического влияния, а равно и света». Во второй части своей работы, посвященной спектрам окрашенных пламен, Миллер дает только описание спектров хлористой меди, борной кислоты, азотнокислого стронция, поваренной соли и др. и приходит к следующему выводу: «В связи с соображениями о поглощающем действии атмосферы солнца небезынтересно будет отметить, что когда солнечный свет пропускается через пламя, дающее ясно выраженные черные линии, то эти линии сохраняются и в составном спектре, если только солнечный свет не слишком силен по сравнению со светом цветного пламени. Существуют, по-видимому, светящиеся атмосферы, в которых не только отсутствуют известные лучи, но которые еще оказывают положительное поглощающее действие на свет, идущий от другого источника».
Девять лет спустя У. Сван в работе «О призматических спектрах пламен углеводородистых соединений» более подробно изучил совпадение светлых и темных линий, но пришел скорее к отрицательным, чем положительным результатам. В конце своей работы он говорит по этому поводу: «Первое из этих совпадений (натриевой линии с линией D) давно уже известно, так как оно было открыто еще Фраунгофером; подобные же любопытные совпадения были найдены сэром Дав. Брюстером для некоторых линий спектра „горящей селитры" и соответствующих линий солнечного спектра. Из этих странных и многочисленных совпадений можно было бы заключить, что светлые линии спектров пламен совпадают с темными линиями солнечного спектра... Однако легко видеть, что наблюденные отклонения линий b2 и g2 отличаются не меньше чем на 40", а это значительно превышает пределы возможных ошибок при наблюдении этих линий ... Поэтому совпадение этих линий представляется очень маловероятным» ... «На основании данных, полученных путем одновременного наблюдения спектров солнечного света и маслородного газа, а также на основании результатов наблюдений, произведенных с помощью теодолита, я заключаю, что и остальные светлые линии углеводородного спектра совпадают не с темными линиями, а со светлыми местами солнечного спектра». Более удачными оказались результаты, полученные Сваном по вопросу о зависимости светлых линий от элементов веществ, окрашивающих пламя. Он не только установил, что светлые линии почти всех углеводородов тождественны, но что почти всегда представленная во всех спектрах светлая линия D получается от паров натрия — элемента, следы которого распространены повсюду и которого достаточно взять всего в количестве 2/100 000 грана, чтобы дать светлую полосу D в спектре пламени. Наряду со спектрами пламени был подвергнут исследованию и спектр электрической искры, преимущественно световой дуги Дэви. Уитстон в 1835 г. нашел, что спектры электрических искр, проскакивающих между металлическими полюсами, сходны с солнечным спектром и подобно (последнему состоят из семи групп окрашенных линий, отделенных друг от друга темными промежутками, но для разных металлов эти линии настолько резко отличаются по своей окраске, расположению, а также по своему числу, что примененный металл можно легко узнать по его спектру. Фуко заметил в 1849 г., что две светлые полюсы в спектре дуги Дэви всегда совпадают с двойной темной линией D солнечного спектра. Депре в 1850 г. на основании своих опытов пришел к заключению, что светлые линии в спектре электрической Искры не зависят от силы тока. Ангстрем показал в 1855 г., что мимические соединения металлов дают те же линии, что и сами металлы. Он считал только необходимым отметить, что в некоторых случаях отдельные линии в спектрах соединений отсутствовали, или же наблюдались только с трудом, и что в сплаве олова с цинком он наблюдал небольшое смещение линий из голубой части спектра в сторону фиолетовой. Но Плюкер в 1858 г. по спектру электрической искры в гейсслеровской трубке вполне точно определял газы, которыми трубка была наполнена. По его мнению, спектр аммиака образуется из наложения друг на друга спектров водорода и азота; спектр кислорода характеризуется двумя узкими блестящими полосами на границе спектра и в оранжевой части.
Интересно, что раньше, чем постоянство спектральных линий было установлено, к объяснению темных фраунгоферовых линий, а, следовательно, и к раскрытию тайны спектрального анализа пришли совершенно неожиданно не с этой, а с другой стороны. Ангстрем, высказав в своей упомянутой выше работе 1855 г. мысль, что «тело в раскаленном состоянии должно излучать как раз все те лучи, которое оно при обыкновенной температуре поглощает» — мысль, требовавшую, конечно, еще уточнения и дальнейшей проработки. Однако пять лет спустя Бальфур Стюарт высказал уже совершенно определенно тот самый закон об отношении между поглощением и излучением, который вскоре затея получил такую известность благодаря Кирхгофу: «The absorption of a plate equals its radiation and that for every description of heat» («Поглощение пластины равно ее излучению, и это имеет место для любого рода тепла»). Однако из самых этих слов видно, что автор, имея в виду, прежде всего теплоту, не предчувствуя еще связи этого закона со спектральным анализом. Вообще, рассматривая все работы этого периода, нельзя не признать, что хотя в наблюдениях над спектром в то время не было недостатка и хотя приемы наблюдения были в общем удовлетворительны, тем не менее, несмотря на обилие материала, в указанных выше исследованиях явно еще не содержалось мысли о спектральном анализе. До сих пор работы касались еще чисто эмпирической стороны проблемы, простого наблюдения явлений, проблема же спектрального анализа могла быть разрешена не путем простого наблюдения, а только путем теоретической обработки наблюденного. Те, кто в науке считают вполне достаточным или даже только возможным простое описание явлений, могут здесь на примере убедиться, как далеко можно уйти только с подобным описанием, без установления или хотя бы допущения причинной связи между явлениями.
Упомянутые до сих пор чисто оптические работы касались вопроса о поглощении света весомыми массами лишь постольку, поскольку поглощенный свет наблюдался опять-таки в виде света, хотя бы и в измененной форме. Однако со времени установления закона сохранения силы эту проблему приходилось ставить еще в более общем виде и исследовать также и те случаи превращения света, которые не приводили снова к световым явлениям. Эти исследования представляли особую сложность, так как отделять друг от друга действие световых и тепловых лучей было трудно или даже невозможно.
Более доступным представлялся еще вопрос о превращении световых движений в химические силы, так как соответствующие явления были наиболее резко выражены, а лучи света и тепла проявляли здесь, по-видимому, противопоножные свойства. В самом деле, прежние исследователи химического действия света полагали, что подобное действие способны вызывать только наиболее преломляемые лучи, тогда как красные и желтые способны только уничтожить действие первых. Правда, Эд. Беккерель, сохраняя за наиболее преломляемыми лучами исключительную способность начинать химическое действие, полагал, что и все прочие лучи способны поддерживать однажды начавшееся химическое действие; а Мозер считал все вообще лучи способными производить одни и те же химические действия и полагал, что они отличаются друг от друга лишь но степени действия. Однако новейшие исследователи в этой области, Физо, Фуко, Дрэпер и др., снова примкнули к точке зрения прежних физиков. Для объяснения этого разноречия Дрэпер обратил внимание на то обстоятельство, что в призматическом спектре фиолетовый конец значительно более растянут и, так сказать, сильнее разрежен, чем красный, и что это разрежение вообще затрудняет точное определение относительной активности различных частей спектра; поэтому он предложил применять для такого рода исследований дифракционные спектры. Затем, начиная с 1855 г., стали публиковаться результаты ряда широко поставленных опытов Бунзена и Роскоэ, которые, после неудач с хлорной водой, нашли наиболее подходящий для этих целей объект исследований в смеси хлора и водорода, полученной электролитическим путем из соляной кислоты. Однако являются ли наблюденные химические действия результатом превращения света или же световые лучи только освобождают химические силы напряжения, заключающиеся в материи, и в какой мере освобождающую силу можно считать пропорциональной произведенному действию, — эти вопросы до сих пор еще почти не были поставлены в фотохимических исследованиях.
В заключение нам остается хотя бы только упомянуть о развитии оптики в совершенно ином направлении, сделавшем за этот период большой шаг вперед. До настоящего столетия математическая оптика имела в этой дисциплине преобладающее значение. Под влиянием этого направления наиболее характерною особенностью световых явлений считалось прямолинейное распространение световых лучей, и все оптические явления в материальном мире старались свести к изменениям этого прямолинейного хода. Ньютоновская теория истечения служила хорошим примером плодотворности такого представления. Однако под влиянием волновой теории и новейших воззрений в физике причин этих изменений направлений стали все больше искать в телах и во взаимодействии между волнообразными колебаниями эфира и движениями весомых масс. Таким образом, возникла физическая оптика, отдельные части которой мы только что рассмотрели. Однако и последняя не оказалась в состоянии объяснить всех наших световых ощущений. Это заставило обратить особое внимание на деятельность органа, воспринимающего свет, и на его влияние; таким образом, получила развитие еще и физиологическая оптика. Первые работы в этой области начались с пересмотра чисто математической теории цветов, вызвавшей уже ранее столь много возражений. Что при этом сказалось (вообще говоря, отрицаемое) общее влияние гетевского учения о цветах, в этом едва ли можно сомневаться, принимая во внимание характер отдельных тем. За это говорит и то обстоятельство, что наиболее плодотворный исследователь в данной области, Г. Гельмгольц, начал ряд своих исследований популярной лекцией «Об естественнонаучных работах Гете», в которой он подробно и с любовью занялся этим выстраданным детищем великого поэта. К сожалению, мы можем здесь лишь бегло указать на многие интересные работы в данной области. Плато, Фехнер, Брюке и другие с необычайным прилежанием и даже во вред своему здоровью исследовали цвета, которые Гете назвал физиологическими и которые теперь получили название субъективных. Причину последних нашли, во-первых, в том, что ощущение продолжается некоторое время и после прекращения внешнего раздражения, причем, однако, это время не одинаково для различных цветов, и, во-вторых, в некоторой особенности глаза, в силу которой при длительном цветном раздражении, ощущение глазом этого цвета постелено ослабевает и из нового внешнего цветного раздражения глаз воспринимает только цвета, дополнительные к прежнему. Плато в 1830 г. измерил продолжительность светового впечатления и нашел, что она зависит we только от силы света, как этого требовала теория, но также от его окраски. Эмсман в 1854 г. пришел к несколько расходящимся с Плато значениям, но принципиально его данные оказались вполне согласными с данными Плато.
Труднее было достигнуть единогласия по вопросу о существе иррадиации. Баден Поуэль высказался в 1849 г. против теории Плато о распространении светового раздражения на сетчатке за пределы изображения, считая иррадиацию не субъективным, а объективным явлением, вызываемым дифракцией, происходящей частью в глазу, а частью в оптических приборах, например в зрительных трубах и т. п. Он, а также Г. Велькер в качестве довода против субъективности иррадиации указали на то обстоятельство, что ее можно наблюдать и на искусственном глазе и что ее можно всегда устранить при помощи линз.
Затем Г. Мейер указал на сферическую аберрацию как на причину иррадиации; другие считали ее следствием неполной аккомодации глаза. Гельмгольц показал, что оба эти фактора, последний в большей степени, чем первый, могут вызвать круги рассеяния света вокруг изображений, которые и дают явление иррадиации. Но так как Фолькман установил, что иррадиация бывает и при полной аккомодации глаза, то для нее пришлось искать третьей причины. По Гельмгольцу последняя заключается в замеченном уже Фраунгофером неполном ахроматизме глаза. Большинство физиологов и физиков присоединилось тогда к этому мнению, и допущение Плато о распространении ощущений за пределы изображения было оставлено как ненужное, хотя возможность этого явления и не была никем опровергнута.
Неменьшие трудности, чем при объяснении иррадиации, представились и при исследовании процессов, происходящих в глазу при аккомодации. Брюке в 1845 г. указал на четыре возможные причины аккомодации: 1) удлинение радиуса кривизны роговой оболочки; 2) изменение выпуклости поверхностей хрусталика; 3) перемещение последнего вперед и 4) удлинение глазного яблока вдоль продольной его оси. Он лично склонялся к принятию последнего предположения как наиболее вероятного. Вскоре, однако, Лангенбек и Гельмгольц установили, что действительной причиной аккомодации является вторая из упомянутых выше. Своеобразное явление различного блеска тел Довэ в 1851 г. объяснил различием яркости и цвета изображений, образующихся в обоих глазах от соответствующих предметов, и подтвердил свою теорию опытами со стереоскопом. Невидимость инфракрасных и ультрафиолетовых лучей Брюке пытался объяснить, вопреки существовавшему тогда мнению о нечувствительности сетчатки к этим лучам, поглощением их прозрачными средами глаза. Вместе с Карстеном и Кноблаухом он доказал это поглощение прямыми опытами над бычачьими глазами. Однако неоценимое значение в деле изучения глаза, и в особенности сетчатки, как в здоровом, так и в больном состоянии, а, следовательно, и для развития офтальмологии, имело изобретение Гельмгольцем глазного зеркала в 1851 г.
Любопытное обогащение шкалы цветов, к которому нельзя было прийти обыкновенным исследованием солнечного спектра, было сделано Брюке в 1848 г. Он обратил внимание, что в солнечном свете нельзя найти двух определенных цветов, коричневого и серо-лавандового (замеченного уже Гершелем), но что их легко воспроизвести при помощи поляризационного аппарата. Он расколол гипсовые пластинки террасообразно и положил их под поляризационный микроскоп. Тогда при параллельных николях, начиная с наиболее тонкого слоя, пластинки выглядели сначала бесцветными, затем серо-лавандовыми, фиолетовыми и т. д.; при скрещенных же николях на месте серо-лавандового цвета появился коричневый. Таким образом коричневый цвет менее преломляем, чем красный, а серо-лавандоный сильнее преломляем, чем фиолетовый. Позднее Листинг установил, что серо-лавандовому цвету соответствует вдвое большее число колебаний по сравнению с коричневым и что, следовательно, воспринимаемые глазом колебания света составляют как раз целую октаву.
Вопрос о цветах мутных сред, игравший столь важную роль в учении Гете, был снова исследован Брюке, который в общем подтвердил наблюдения великого поэта. Мутною средою Брюке называет смесь двух или нескольких веществ различной преломляемости, в которой частицы одного из смешиваемых тел настолько малы, что они в отдельности невидимы, а заметны лишь потому, что они уменьшают прозрачность. Подобные мутные среды он получал, пуская в воду каплями спиртовой раствор мастики. Из наблюдений таких смесей он установил, что мутные среды — при отражении света — сильнее поглощают лучи меньшей преломляемости, а в проходящем свете имеет место обратное явление, вследствие чего, — как это показал Гете, — на темном фоне мутные среды должны казаться голубыми, а на светлом фоне, наоборот, красными или желтыми.
В свете, отраженном мутными средами, нашли, как и следовало ожидать, своеобразные поляризационные явления. А именно, луч такого света, если на него смотреть перпендикулярно к его направлению, оказывается вполне поляризованным, причем плоскость поляризации совпадает с плоскостью отражения. Эти поляризационные явления по своему характеру совершенно совпадали с теми явлениями, которые уже с давнего времени наблюдали на дневном свете, диффузно отраженном атмосферой. Впервые на эту частичную поляризацию дневного света обратил внимание Араго; затем Бабине и в особенности Брюстер последовали ее дальше. Араго, равно как и Брюстер, полагал, что поляризация происходит вследствие прямого отражения света от частиц воздуха. Брюке же полагал, что это отражение происходит от посторонних частиц, взвешенных в воздухе, и что голубой цвет атмосферы, равно как цвет утренней и вечерней зари, следует отнести за счет цветов мутных сред. Незадолго до Брюке Клаузиус дал совершенно иное объяснение голубой окраски воздуха. И, по его мнению, свет атмосферы, несомненно, является отраженным, но причиной отражения он считал лишь мелкие пузырьки пара, «так как только они могут пропускать свет атмосферы без изменения». Если оболочки пузырьков очень тонки, то вследствие интерференции они должны давать голубую окраску. Когда пузырьки утолщаются, одновременно всегда образуются новые мелкие пузырьки и белый свет первых будет лишь ослаблять голубой свет последних. В проходящем же свете мелкие пузырьки должны окрашиваться в дополнительные цвета к голубому, т. е. они должны казаться красными,— во всяком случае, когда свет проходит через достаточно толстый слой этих пузырьков. Вследствие той же причины при высоком стоянии солнца свет его должен быть белым, а на горизонте — красным или желтым. Это объяснение Клаузиуса вызвало много возражений.
Помимо сходства указанных явлений с явлениями, наблюдаемыми на мутных средах, для теории Клаузиуса оказалось неблагоприятным допущение пузырьков пара, существование которых все более оспаривалось. Возникновение подобных пузырьков пара представлялось физикам этого периода еще более трудно объяснимым, чем даже голубой цвет неба, тем более что повторные тщательные микроскопические исследования над конденсированными атмосферными осадками никогда не давали результатов, благоприятных для последней гипотезы.
В последнее время Гагенбах высказал мысль, что внутреннее рассеяние света в атмосфере является отражением его от слоев воздуха неодинаковой плотности, и ныне склоняются к мысли, что и это отражение действительно играет роль в деле образования цветов атмосферы. Однако этим дискуссия по данному вопросу не ограничилась и попытки новых объяснений этого явления продолжаются и до сих пор. Никольс считает небесную голубизну субъективным явлением, вызываемым более быстрым утомлением сетчатки по отношению к лучам большей преломляемости по мере усиления света. Фон-Лоренц тоже считает это явление субъективным, но вызываемым неодновременным восприятием темного фона небесного свода и белого света, отраженного от пыльных частичек, находящихся в атмосфере. По Лаллеману голубой цвет неба, по крайней мере, частично, является цветом флюоресценции, вызванной поглощением ультрафиолетовых лучей атмосферой; Шаппюи же утверждает, что часть голубого цвета вызывается присутствием в воздухе озона.
Всем этим попыткам объяснения голубого цвета неба соответствовали исследования над цветом воды. Подобно тому, как по началу атмосферному воздуху приписывали в качестве его естественной окраски весьма слабый голубой цвет, так и воду считали окрашенной в слабый голубой цвет и этим объясняли ее зеленую окраску. Но затем, когда в воде начали наблюдать такие же явления внутренней диффузии света, как и в атмосфере, тогда и цвет водных масс стали тоже объяснять внутренней диффузией. Однако по данному вопросу между различными мнениями имеется еще меньше согласия, чем даже в приведенном выше случае.