이 혼돈 속에 단순함이 숨어 있으며, 우리가 해야 할 일은 그것을 발견하는 것이다.
Augustin-Jean Fresnel은 광학 연구로 1830년대 후반부터 19세기 말까지 뉴턴의 입자설을 배제하고 파동설을 거의 만장일치로 받아들이게 한 프랑스의 토목 공학자이자 물리학자였다. 그는 카타디옵트릭 반사/굴절 Fresnel 렌즈를 발명한 것과 등대의 가시성을 확대하기 위해 "계단식" 렌즈를 선도적으로 사용하여 수많은 해상 인명을 구한 것으로 더 잘 알려져 있을 것이다. Buffon 백작이 처음 제안하고 Fresnel이 독립적으로 재발명한 더 간단한 굴절식 순수 굴절 계단식 렌즈는 스크린 확대경과 오버헤드 프로젝터의 응축 렌즈에 사용된다.
Huygens의 2차파 원리와 Young의 간섭 원리를 정량적 용어로 표현하고, 순색이 정현파로 구성된다고 가정함으로써, Fresnel은 직선 모서리에 의한 회절에 대한 처음으로 만족스러운 설명을 제공했으며, 직진 전파에 대한 처음으로 만족스러운 파동 기반 설명을 포함했다. 그의 주장의 일부는 같은 주파수이지만 다른 위상의 정현파 함수의 합이 다른 방향의 힘의 합과 유사하다는 증명이었다. 광파가 순수하게 횡파라고 추가로 가정함으로써, Fresnel은 편광의 본질, 색분산 편광의 메커니즘, 그리고 두 투명한 등방성 매질의 경계에서의 투과 및 반사 계수를 설명했다. 그런 다음 방해석에 대한 방향-속도-편광 관계를 일반화함으로써, 그는 Huygens의 2차 파면이 축대칭이 아닌 쌍축 종류의 이중 굴절성 결정에서 굴절된 광선의 방향과 편광을 설명했다. 그의 순수-횡파 가설의 첫 출판과 쌍축 문제에 대한 첫 올바른 해결책의 제출 사이의 기간은 1년 미만이었다.
나중에, 그는 직선 편광, 원형 편광, 타원형 편광이라는 용어를 만들었고, 광학 회전을 두 방향의 원형 편광에 대한 전파 속도의 차이로 이해할 수 있는 방법을 설명했으며, 반사 계수를 복소수로 허용함으로써 Fresnel 마름모에서 이용되는 전반사로 인한 편광의 변화를 설명했다. 확립된 입자설의 옹호자들은 그렇게 적은 가정으로 그렇게 많은 현상에 대한 그의 정량적 설명과 맞출 수 없었다.
Fresnel은 결핵으로 평생 투병했으며, 39세의 나이에 이 병으로 사망했다. 그는 생전에 대중적인 유명인이 되지 않았지만, 그가 동료로부터 적절한 인정을 받을 만큼 충분히 오래 살았으며, 임종 시 런던 왕립학회의 Rumford 메달을 포함했고, 그의 이름은 현대 광학 및 파동 용어에 널리 사용된다. 1860년대 Maxwell의 전자기 이론에 광파동설이 포함된 후, Fresnel의 기여의 크기에서 약간의 관심이 돌려졌다. Fresnel의 물리광학 통일과 Maxwell의 더 넓은 통일 사이의 기간에, 동시대의 권위자인 Humphrey Lloyd는 Fresnel의 횡파 이론을 "뉴턴의 우주 체계를 제외하고는 물리 과학 영역을 장식한 가장 숭고한 구조"라고 설명했다.
초기 생활
가족
Augustin-Jean Fresnel은 또한 Augustin Jean 또는 단순히 Augustin이라고 불렸으며, 1788년 5월 10일 Normandy의 Broglie에서 태어났으며, 건축가 Jacques Fresnel 1755–1805와 그의 아내 Augustine, née Mérimée 1755–1833의 넷째 아들 중 둘째였다. 1790년 혁명 이후 Broglie는 Eure département의 일부가 되었다. 가족은 두 번 이주했다 – 1789/90년 Cherbourg로, 1794년 Jacques의 고향인 Mathieu로 이주했으며, Madame Fresnel은 그곳에서 25년을 미망인으로 보낼 것이고, 그녀의 아들 두 명을 잃었다.
첫째 아들 Louis 1786–1809는 École Polytechnique에 입학했으며, 포병 중위가 되었고, 23번째 생일 하루 전날 Spain의 Jaca에서 전투 중 사망했다. 셋째 Léonor 1790–1869는 Augustin을 따라 토목 공학에 진출했고, 그를 따라 등대 위원회의 비서로 후임했으며, 그의 저작집 편집을 도왔다. 넷째 Fulgence Fresnel 1795–1855는 저명한 언어학자, 외교관, 동양학자가 되었으며, 때때로 Augustin의 협상을 도와주었다. Léonor는 명백히 넷 중에 유일하게 결혼한 사람이었다.
그들의 어머니의 남동생인 Jean François "Léonor" Mérimée 1757–1836은 작가 Prosper Mérimée 1803–1870의 아버지였으며, 회화 화가였으며 그의 주의를 회화 화학으로 돌렸다. 그는 École des Beaux-Arts의 상임 비서가 되었으며 1814년까지 École Polytechnique의 교수였으며, Augustin과 당시 선도적인 광학 물리학자 사이의 초기 접촉점이었다.
교육
Fresnel 형제들은 초기에 그들의 어머니에 의해 가정 교육을 받았다. 허약한 Augustin은 암기에 기울어지지 않은 느린 사람으로 여겨졌으며; 하지만 그가 겨우 8세에 읽기를 시작했다는 인기 있는 이야기는 논쟁의 여지가 있다. 9세 또는 10세일 때, 그는 나뭇가지를 너무 잘 작동하는 장난감 활과 총으로 변환할 수 있는 능력을 제외하고는 구별되지 않았으며, 그는 그의 협력자들로부터 천재의 인간인 l'homme de génie라는 칭호를 얻었고, 그리고 그들의 어른들로부터 연합된 진압을 받았다.
1801년, Augustin은 Louis의 회사로 Caen의 École Centrale로 보내졌다. 하지만 Augustin은 그의 성과를 높였다: 1804년 말, 그는 입학 시험에서 17위로 배치되어 École Polytechnique에 입학했다. École Polytechnique의 상세한 기록이 1808년부터 시작되므로, 우리는 Augustin의 시간에 대해 거의 알 수 없으며, 그가 거의 친구를 사귀지 않았으며 – 계속된 건강 악화에도 불구하고 – 그리기와 기하학에서 탁월했다: 1학년에 그는 Adrien-Marie Legendre가 제시한 기하학 문제에 대한 그의 해결책으로 상을 받았다. 1806년에 졸업한 후, 그는 école Nationale des Ponts et Chaussées (National School of Bridges and Roads, 또한 "ENPC" 또는 "École des Ponts"로도 알려짐)에 등록했으며, 여기서 그는 1809년에 졸업했고, "Corps des Ponts et Chaussées"의 ingénieur ordinaire aspirant (ordinary engineer in training)의 서비스에 들어갔다. 직접적으로든 간접적으로, 그는 자신의 나머지 삶 동안 "Corps des Ponts"의 고용에 머물러야 했다.
종교 교육
Augustin Fresnel의 부모는 원죄에 대한 극도의 Augustinian 견해를 특징으로 하는 Jansenist 종파의 로마 가톨릭 신자였다. 종교는 소년들의 가정 교육에서 첫 번째 자리를 차지했다. 1802년, Mme Fresnel은 다음과 같이 말했다고 전해진다:
나는 하나님께 내 아들이 그가 받은 위대한 재능을 자신의 이익과 모든 하나님의 이익을 위해 사용할 은혜를 주시기를 기도한다. 많이 받은 자에게는 많이 요구될 것이고, 가장 많이 받은 자에게는 대부분이 요구될 것이다.
Augustin은 Jansenist로 남았다. 그는 실제로 자신의 지적 재능을 하나님의 선물로 여겼으며, 그것을 타인의 이익을 위해 사용하는 것이 자신의 의무라고 생각했다. 건강 악화로 고통받았고, 죽음이 자신을 방해하기 전에 자신의 의무를 하기로 결심했으며, 그는 쾌락을 피하고 지칠 때까지 일했다. 그의 최종 질병으로 그를 간호하는 것을 도운 동료 엔지니어 Alphonse Duleau에 따르면, Fresnel은 자연의 연구를 하나님의 힘과 선함의 연구의 일부로 보았다. 그는 과학과 천재보다 미덕을 우선시했다. 그러나 그의 마지막 날들에, 그는 죽음뿐만 아니라 "발견의 중단… 그로부터 유용한 응용을 도출하기를 바란" 것에 대해서도 "영혼의 힘"이 필요했다.
Jansenism은 로마 가톨릭 교회에 의해 이단으로 간주되며 (기독교 이단 목록 참조), Fresnel이 그의 과학적 성과와 왕당파 자격에도 불구하고 영구적인 학문적 교직을 얻지 못한 이유의 일부일 수 있다; 그의 유일한 교직은 1819–20년 겨울 Athénée에서였다. 어쨌든, 오래된 가톨릭 백과사전의 Fresnel에 대한 간단한 기사는 그의 Jansenism을 언급하지 않지만, 그를 "깊은 종교심을 가진 사람이자 의무감이 뛰어난" 것으로 설명한다.
공학 임무
Fresnel은 초기에 서쪽 département인 Vendée에 배치되었다. 거기서, 1811년에, 그는 암모니아의 재활용이 고려되지 않는다는 점을 제외하고는 소다회 생산을 위해 알려지게 된 Solvay 공정을 예상했다. 그 차이는 그의 삼촌 Léonor를 통해 그의 발견을 배운 선도적인 화학자들이 결국 그것이 경제적이지 않다고 생각한 이유를 설명할 수 있다.
약 1812년경, Fresnel은 Spain과 Italy를 연결해야 할 황제 고속도로를 도와주기 위해 남쪽 département인 Drôme의 Nyons로 보내졌다. 그는 광학에 관심이 있다는 첫 번째 증거를 가지고 있는 것은 Nyons에서이다. 1814년 5월 15일, Napoleon의 패배로 인해 일이 느슨해진 동안, Fresnel은 그의 형 Léonor에게 "P.S."를 썼으며, 부분적으로 다음과 같이 말했다:
나는 또한 빛의 편광에 대한 프랑스 물리학자들의 발견에 대해 알려줄 수 있는 논문을 가지고 싶다. 나는 몇 개월 전 Moniteur에서 Biot이 빛의 편광에 대한 매우 흥미로운 회고록을 협회에 읽었다는 것을 보았다. 비록 내가 내 머리를 부수지만, 그것이 무엇인지 추측할 수 없다.
12월 28일까지 그는 여전히 정보를 기다리고 있었지만, 그는 1815년 2월 10일까지 Biot의 회고록을 받았다. Institut de France는 1795년에 French Académie des Sciences와 다른 académies의 기능을 인수했다. 1816년에 Académie des Sciences는 그 이름과 자율성을 되찾았지만, Institute의 일부로 남았다.
1815년 3월, Fresnel은 Elba에서 Napoleon의 귀환을 "문명에 대한 공격"으로 인식하고, 떠났으며, 서둘러 Toulouse로 가서 왕당파 저항에 자신의 서비스를 제공했지만, 곧 자신을 병자 명부에 올렸다. 패배로 Nyons로 돌아온 그는 위협을 받았고 창문이 깨졌다. Hundred Days 동안 그는 정직 상태에 놓여 있었으며, 결국 그는 그의 어머니 집 in Mathieu에서 보낼 수 있게 되었다. 거기서 그는 그의 강제 여유를 사용하여 그의 광학 실험을 시작했다.
물리 광학에 대한 기여
역사적 배경: Newton에서 Biot까지
Fresnel의 물리광학 재구성에 대한 인정은 그가 이 주제를 발견한 단편화된 상태의 개요로부터 도움을 받을 수 있다. 이 소절에서, 설명되지 않은 또는 그 설명이 분쟁의 광학 현상은 굵은 타입으로 이름이 붙여진다.
Isaac Newton이 선호하고 Fresnel의 선배 거의 모두가 수용한 빛의 입자설은 직진 전파를 쉽게 설명했다: 입자는 명백히 매우 빠르게 움직였으므로, 그들의 경로는 거의 직선이었다. Christiaan Huygens가 그의 "빛 논문(Treatise on Light)" (1690)에서 발전시킨 파동설은 여행하는 파면에 의해 건넌 각 지점이 2차 파면의 원천이 된다는 가정 하에 직진 전파를 설명했다. 여행하는 파면의 초기 위치가 주어지면, Huygens에 따른 나중의 위치는 초기 위치에서 방출된 2차 파면의 공통 접선 표면 포락선이었다. 공통 접선의 범위가 초기 파면의 범위로 제한되었으므로, Huygens의 구성을 균일한 매질의 제한된 범위의 평면 파면에 반복적으로 적용하면 직선, 평행 빔이 생성되었다. 이 구성이 실제로 직진 전파를 예측했지만, 수면의 파면이 장애물 주위를 구부릴 수 있다는 일반적인 관찰과 음파의 유사한 행동과 조화시키기 어려웠으며 – Newton이 자신의 생애 끝까지 빛이 파동이라면 "굽혀서 모든 방향으로 퍼져나갈" 것이라고 주장하도록 했다.
Huygens의 이론은 2차 파가 밀도가 높은 매질(굴절률이 높은 매질)에서 더 느리게 이동한다는 조건 하에 일반 반사의 법칙과 일반 굴절의 법칙 "Snell의 법칙"을 깔끔하게 설명했다. 입자설은 입자가 표면에 수직으로 작용하는 힘의 대상이라는 가설과 함께 같은 법칙을 equally well로 설명했으며, 빛이 더 밀도가 높은 매질에서 더 빠르게 이동했다는 함의와 함께; 그 함의는 잘못되었지만, Newton의 시대 또는 심지어 Fresnel의 시대 기술로도 직접 반박할 수 없었다 (Fizeau–Foucault 장치 참조).
비슷하게 결론이 나지 않은 것은 항성 수차(stellar aberration)였다. 즉, 시선을 가로질러 지구의 속도로 인한 별
