البساطة مختبأة في هذا الفوضى، وكل ما علينا فعله هو اكتشافها.
Augustin-Jean Fresnel كان مهندساً مدنياً وفيزيائياً فرنسياً أدى بحثه في البصريات إلى قبول شبه إجماعي لنظرية الموجة للضوء، مستبعداً أي بقايا من نظرية Newton للجسيمات، من أواخر الثلاثينيات من القرن التاسع عشر حتى نهاية القرن التاسع عشر. وهو ربما أشهر لاختراعه عدسة Fresnel العاكسة والانكسارية المركبة وللرائد في استخدام العدسات "المدرجة" لتوسيع رؤية الأضواء البحرية، مما أنقذ لا يحصى من الأرواح في البحر. تُستخدم العدسة المدرجة البسيطة والانكسارية البحتة، التي اقترحها Count Buffon أولاً وأعاد اختراعها Fresnel بشكل مستقل، في مكبرات الشاشة وفي عدسات المكثف لأجهزة العرض العلوية.
من خلال التعبير عن مبدأ Huygens للموجات الثانوية ومبدأ Young للتداخل بشكل كمي، والافتراض بأن الألوان البسيطة تتكون من موجات جيبية، قدم Fresnel أول تفسير مرضٍ للحيود عند الحواف المستقيمة، بما فيها أول تفسير مرضٍ قائم على الموجات للانتشار المستقيمي. كان جزء من حجته إثبات أن إضافة الدوال الجيبية بنفس التردد لكن بمراحل مختلفة متشابهة مع إضافة القوى ذات الاتجاهات المختلفة. وبافتراض إضافي بأن موجات الضوء عرضية بحتة، فسر Fresnel طبيعة الاستقطاب وآلية الاستقطاب اللوني ومعاملات الإرسال والانعكاس عند الواجهة بين وسطين شفافين متساويي الخواص. ثم، من خلال تعميم علاقة الاتجاه والسرعة والاستقطاب لـ calcite، فسر الاتجاهات والاستقطابات للأشعة المنكسرة في البلورات ثنائية الانكسار من الفئة ثنائية المحاور تلك التي فيها الجبهات الموجية الثانوية لـ Huygens ليست متماثلة محورياً. كانت الفترة بين أول نشر لفرضيته الموجية العرضية البحتة وتقديمه أول حل صحيح لمشكلة ثنائية المحاور أقل من سنة.
لاحقاً، صاغ مصطلحات الاستقطاب الخطي والاستقطاب الدائري والاستقطاب الإهليلجي، وشرح كيف يمكن فهم الدوران البصري كفرق في سرعات الانتشار لاتجاهي الاستقطاب الدائري، وبالسماح لمعامل الانعكاس بأن يكون معقداً، فسّر التغير في الاستقطاب الناتج عن الانعكاس الداخلي الكلي، كما يستخدم في Fresnel rhomb. لم يتمكن المدافعون عن نظرية الجسيمات المقررة من مطابقة تفسيراته الكمية لظواهر عديدة على افتراضات قليلة جداً.
عانى Fresnel من صراع مدى الحياة مع السل، الذي استسلم له في سن 39. على الرغم من أنه لم يصبح شخصية عامة مشهورة في حياته، عاش فترة طويلة بما يكفي لتلقي الاعتراف الواجب من نظرائه، بما فيها في سرير الموت Rumford Medal من الجمعية الملكية في لندن، واسمه في كل مكان في المصطلحات الحديثة للبصريات والموجات. بعد أن تم دمج نظرية موجة الضوء في النظرية الكهرومغناطيسية لـ Maxwell في الستينيات من القرن التاسع عشر، تم تحويل بعض الاهتمام بعيداً عن حجم مساهمة Fresnel. في الفترة بين توحيد Fresnel للبصريات الفيزيائية والتوحيد الأوسع لـ Maxwell، وصف سلطة معاصرة، Humphrey Lloyd، نظرية Fresnel للموجات العرضية بأنها "أنبل هيكل زين من قبل مجال العلم الفيزيائي، نظام Newton للكون وحده مستثنى".
الحياة المبكرة
العائلة
Augustin-Jean Fresnel يُدعى أيضاً Augustin Jean أو ببساطة Augustin، وُلِد في Broglie في نورماندي في 10 مايو 1788، وكان الثاني من بين أربعة أبناء للمهندس المعماري Jacques Fresnel 1755–1805 وزوجته Augustine، née Mérimée 1755–1833. في 1790، بعد الثورة، أصبحت Broglie جزءاً من département of Eure. انتقلت العائلة مرتين – في 1789/90 إلى Cherbourg، وفي 1794 إلى مسقط رأس Jacques، وهي Mathieu، حيث قضت السيدة Fresnel 25 سنة كأرملة، متفوقة اثنين من أبنائها.
الابن الأول، Louis 1786–1809، تم قبوله في École Polytechnique، أصبح ملازماً في المدفعية، وقُتِل في العمل في Jaca، إسبانيا، في اليوم السابق لعيد ميلاده الثالث والعشرين. الثالث، Léonor 1790–1869، تابع Augustin في الهندسة المدنية، خلفه كسكرتير لجنة الأضواء البحرية، وساعد في تحرير أعماله المجمعة. الرابع، Fulgence Fresnel 1795–1855، أصبح لغوياً ودبلوماسياً واستشراقياً مشهوراً، وساعد Augustin أحياناً في المفاوضات. يبدو أن Léonor كان الوحيد من بين الأربعة الذي تزوج.
عم والدتهم الأصغر، Jean François "Léonor" Mérimée 1757–1836، والد الكاتب Prosper Mérimée 1803–1870، كان فناناً في الرسم تحول اهتمامه إلى كيمياء الرسم. أصبح الأمين الدائم لـ École des Beaux-Arts وحتى 1814 أستاذاً في École Polytechnique، وكان نقطة الاتصال الأولية بين Augustin والفيزيائيين البصريين الرائدين في ذلك الوقت انظر أدناه.
التعليم
تلقى إخوة Fresnel تعليماً أولياً في البداية من والدتهم. كان Augustin الضعيف الصحة يعتبر البطيء، وغير مميل إلى الحفظ؛ لكن القصة الشهيرة القائلة بأنه بدأ القراءة بالكاد في سن الثامنة موضع نزاع. في سن التاسعة أو العاشرة كان غير متميز إلا لقدرته على تحويل أغصان الأشجار إلى أقواس وبنادق لعبة تعمل بشكل جيد جداً، مما أكسبه لقب l'homme de génie رجل العبقرية من رفاقه، وتكسير موحد من الكبار.
في 1801، تم إرسال Augustin إلى École Centrale في Caen، برفقة Louis. لكن Augustin رفع أدائه: في أواخر 1804 تم قبوله في École Polytechnique، حيث تم ترتيبه 17 في امتحان الدخول. بما أن السجلات التفصيلية لـ École Polytechnique تبدأ من 1808، نحن نعرف القليل عن وقت Augustin هناك، باستثناء أنه لم يكن لديه أصدقاء قلائل أو بلا أصدقاء و – على الرغم من استمرار سوء الصحة – تفوق في الرسم والهندسة: في السنة الأولى، حصل على جائزة لحله مسألة هندسية وضعها Adrien-Marie Legendre. بعد التخرج في 1806، التحق بـ École Nationale des Ponts et Chaussées المدرسة الوطنية للجسور والطرق، المعروفة أيضاً بـ "ENPC" أو "École des Ponts"، والتي تخرج منها في 1809، ودخل خدمة Corps des Ponts et Chaussées كـ ingénieur ordinaire aspirant مهندس عادي في التدريب. بشكل مباشر أو غير مباشر، كان من المفترض أن يظل في توظيف "Corps des Ponts" لبقية حياته.
التكوين الديني
كان والدا Augustin Fresnel كاثوليكيين رومانيين من فرقة Jansenist، تتميز برؤية أوغسطينية متطرفة للخطيئة الأصلية. احتلت الديانة المكان الأول في التعليم المنزلي للأولاد. في 1802، قالت Mme Fresnel على ما يُزعم:
أصلي إلى الله أن يعطي ابني النعمة لاستخدام المواهب العظيمة التي استقبلها لصالحه الخاص ولصالح إله الكل. سيُطلب الكثير من ذلك الذي أُعطي له الكثير، والأكثر سيكون مطلوباً من ذلك الذي استقبل الأكثر.
ظل Augustin Jansenist. اعتبر بالفعل مواهبه الفكرية هدايا من الله، واعتبر من واجبه استخدامها لصالح الآخرين. معذباً بسوء الصحة، وعازماً على القيام بواجبه قبل أن يحبطه الموت، تجنب الملذات وعمل حتى نقطة الإرهاق. وفقاً لزميله المهندس Alphonse Duleau، الذي ساعده في رعايته خلال مرضه الأخير، رأى Fresnel دراسة الطبيعة كجزء من دراسة قوة وخير الله. وضع الفضيلة فوق العلم والعبقرية. لكن في أيامه الأخيرة احتاج إلى "قوة روح"، ليس فقط ضد الموت وحده، بل ضد "انقطاع الاكتشافات… التي أمل في استخلاص تطبيقات مفيدة منها".
يعتبر Jansenism بدعة من قبل الكنيسة الرومانية الكاثوليكية انظر قائمة البدع المسيحية، وقد يكون جزءاً من التفسير لماذا Fresnel، على الرغم من إنجازاته العلمية وأوراق اعتماده الملكية، لم يحصل أبداً على منصب تدريس أكاديمي دائم؛ كان تعيينه التدريسي الوحيد في Athénée في فصل الشتاء 1819–20. كيف كان الحال، فإن المقالة القصيرة عن Fresnel في موسوعة الكاثوليكية القديمة لا تذكر Jansenism الخاص به، لكن تصفه بأنه "رجل متديّن بعمق وملحوظ لحسه الحاد بالواجب".
المهام الهندسية
تم نشر Fresnel في البداية في département الغربي Vendée. هناك، في 1811، توقع ما أصبح يُعرف بـ Solvay process لإنتاج رماد الصودا، إلا أن إعادة تدوير الأمونيا لم تؤخذ في الاعتبار. قد يفسر هذا الاختلاف لماذا الكيميائيون الرائدون، الذين تعلموا عن اكتشافه من خلال عمه Léonor، اعتقدوا في النهاية أنه غير اقتصادي.
حوالي 1812، تم إرسال Fresnel إلى Nyons، في département الجنوبي Drôme، لمساعدة الطريق السريع الإمبراطوري الذي كان من المفترض أن يربط إسبانيا وإيطاليا. من Nyons الذي لدينا أول دليل على اهتمامه بالبصريات. في 15 مايو 1814، بينما كان العمل بطيئاً بسبب هزيمة Napoleon، كتب Fresnel "P.S." لأخيه Léonor، قال جزئياً:
كنت أيضاً أود أن أحصل على أوراق قد تخبرني عن اكتشافات الفيزيائيين الفرنسيين على استقطاب الضوء. رأيت في Moniteur قبل بضعة أشهر أن Biot قرأ على المعهد مذكرة مثيرة جداً للاهتمام حول استقطاب الضوء. على الرغم من أنني أكسر رأسي، لا يمكنني تخمين ما هو ذلك.
في وقت متأخر مثل 28 ديسمبر كان لا يزال ينتظر المعلومات، لكنه استقبل مذكرة Biot بحلول 10 فبراير 1815. استولت Institut de France على وظائف Académie des Sciences الفرنسية وأكاديميات أخرى في 1795. في 1816 استعادت Académie des Sciences اسمها واستقلاليتها، لكنها بقيت جزءاً من المعهد.
في مارس 1815، متصوراً عودة Napoleon من Elba كـ "هجوم على الحضارة"، غادر Fresnel بدون إجازة، وأسرع إلى Toulouse وعرض خدماته على المقاومة الملكية، لكنه سرعان ما وجد نفسه في قائمة المرضى. عائداً إلى Nyons في الهزيمة، تعرض للتهديد وتم كسر نوافذه. خلال المئة يوم، تم إيقافه عن العمل، والذي سُمح له في النهاية بقضاءه في منزل والدته في Mathieu. هناك استخدم وقت فراغه الإجباري لبدء تجاربه البصرية.
المساهمات في البصريات الفيزيائية
السياق التاريخي: من Newton إلى Biot
قد يتم مساعدة تقدير إعادة بناء Fresnel للبصريات الفيزيائية من خلال نظرة عامة على الحالة المجزأة التي وجد الموضوع فيها. في هذا القسم الفرعي، يتم تسمية الظواهر البصرية التي لم تُشرح أو كانت تفسيراتها موضع نزاع بخط غامق.
نظرية الضوء الجسيمية، التي فضلها Isaac Newton وقبلت من قبل جميع كبار Fresnel تقريباً، فسرت بسهولة الانتشار المستقيمي: من الواضح أن الجسيمات تحركت بسرعة عالية جداً، بحيث كانت مساراتها مستقيمة تقريباً. فسرت نظرية الموجة، كما طورها Christiaan Huygens في Treatise on Light 1690، الانتشار المستقيمي على افتراض أن كل نقطة تعبرها جبهة موجية متحركة تصبح مصدراً لجبهة موجية ثانوية. نظراً للموضع الأولي لجبهة موجية متحركة، كان أي موضع لاحق وفقاً لـ Huygens هو السطح المماس المشترك غلاف الجبهات الموجية الثانوية المنبعثة من الموضع السابق. بما أن مدى المماس المشترك كان محدوداً بمدى جبهة الموجة الأولية، فإن التطبيق المتكرر لبناء Huygens على جبهة موجية مستوية محدودة الحجم في وسط موحد أعطى شعاعاً مستقيماً متوازياً. بينما هذا البناء بالفعل تنبأ بالانتشار المستقيمي، كان من الصعب التوفيق بينه وبين الملاحظة الشائعة بأن جبهات الموجة على سطح المياه يمكن أن تنحني حول العوائق، وسلوك الموجات الصوتية المماثل – مما دفع Newton للمضي قدماً، إلى نهاية حياته، بأنه إذا تكون الضوء من موجات ستنحني وتنتشر في كل مكان في الظلال.
فسرت نظرية Huygens بدقة قانون ال
