Basitlik bu kaosun içinde gizlidir ve bunu keşfetmek bizim görevimizdir.
Augustin-Jean Fresnel, optikte yaptığı araştırmalarla 1830'ların sonlarından 19. yüzyıl sonuna kadar ışığın dalga teorisinin neredeyse evrensel olarak kabul edilmesine ve Newton'un korpüsküler teorisinin tamamen ortadan kaldırılmasına yol açan Fransız inşaat mühendisi ve fiziğiydi. Belki de en çok, katadioptrik yansıtıcı/kırıcı Fresnel mercek icat ettiği ve denizde sayısız hayat kurtarmak için fener görünürlüğünü artırmak amacıyla "basamaklı" merceklerin kullanımını öncü olarak başlattığı için bilinir. Count Buffon tarafından ilk olarak önerilen ve Fresnel tarafından bağımsız olarak yeniden icat edilen daha basit diyoptrik tamamen kırıcı basamaklı mercek, ekran büyüteçlerinde ve tepeden aşağı projeksiyon cihazlarının kondenser merceklerinde kullanılır.
Huygens'in ikincil dalgalar ilkesini ve Young'un girişim ilkesini nicel terimlerle ifade ederek ve basit renklerin sinüsoidal dalgalardan oluştuğunu varsayarak, Fresnel düz kenarlarla kırınımın ilk tatmin edici açıklamasını, doğrusal yayılımın ilk tatmin edici dalga temelli açıklamasını verdi. Argümanının bir kısmı, aynı frekansın ancak farklı fazların sinüzoidal fonksiyonlarının toplanmasının farklı yönlerdeki kuvvetlerin toplanmasına benzer olduğuna dair bir kanıttı. Işık dalgalarının tamamen enine olduğunu varsayarak, Fresnel polarizasyon doğasını, kromatik polarizasyon mekanizmasını ve iki saydam izotropik ortam arasındaki arayüzde iletim ve yansıma katsayılarını açıkladı. Daha sonra, kalsit için yön-hız-polarizasyon ilişkisini genelleştirerek, iki eksenli sınıf çift kırıcı kristallerdeki kırılan ışınların yönlerini ve polarizasyonlarını açıkladı; bunlar Huygens'in ikincil dalga cephelerinin eksen simetrik olmadığı kristallerdir. Saf enine-dalga hipotezinin ilk yayınlanması ile iki eksenli problem için ilk doğru çözümün sunulması arasındaki dönem bir yıldan azdı.
Daha sonra, doğrusal polarizasyon, dairesel polarizasyon ve eliptik polarizasyon terimlerini icat etti; optik rotasyonun dairesel polarizasyonun iki yönü için yayılma hızlarındaki bir fark olarak nasıl anlaşılabileceğini açıkladı; ve yansıma katsayısının karmaşık olmasına izin vererek, Fresnel eşkenar dörtgende kullanıldığı gibi tam iç yansımadan kaynaklanan polarizasyon değişimini açıkladı. Yerleşik korpüsküler teorinin savunucuları, bu kadar çok fenomeni bu kadar az varsayımla açıklamak için onun nicel açıklamalarına karşı gelemezlerdi.
Fresnel hayat boyu veremle mücadele etti ve 39 yaşında bu hastalığa yenik düştü. Yaşamı boyunca halka açık bir ünlü olmamasına rağmen, akranlarından layık görüş almaya yetecek kadar uzun yaşadı; ölüm döşeğinde Londra Kraliyet Cemiyeti'nin Rumford Madalyası da dahil olmak üzere ve onun adı modern optik ve dalgalar terminolojisinde her yerde yaygındır. Işık dalga teorisi 1860'larda Maxwell'in elektromanyetik teorisi tarafından özetlendikten sonra, Fresnel'in katkısının büyüklüğünden biraz dikkatin ayrılması olmuştur. Fresnel'in fiziksel optik birleştirmesi ile Maxwell'in daha geniş birleştirmesi arasındaki dönemde, çağdaş bir otorite olan Humphrey Lloyd, Fresnel'in enine-dalga teorisini "fiziksel bilimin alanını süslemiş hiç bir kumaş bundan daha ulu değildir; Newton'un evren sistemi hariç" olarak tanımlamıştır.
Erken yaşam
Aile
Augustin-Jean Fresnel, ayrıca Augustin Jean veya basitçe Augustin olarak da adlandırılırken, 10 Mayıs 1788'de Normandy'da Broglie'de doğdu; mimar Jacques Fresnel 1755–1805 ve eşi Augustine, (kızlık soyadı) Mérimée 1755–1833'ün dört oğlunun ikincisiydi. 1790'da, Devrim'in ardından, Broglie Eure departmanının bir parçası haline geldi. Aile iki kez taşındı – 1789/90'da Cherbourg'a ve 1794'te Jacques'in doğum şehri olan Mathieu'ya, Madame Fresnel burada 25 yıl dul olarak kalacak ve iki oğlunu kaybedecektir.
İlk oğlan Louis 1786–1809, École Polytechnique'e kabul edildi, topçu birliğinde teğmen oldu ve İspanya'nın Jaca'sında 23. doğum günü öncesinde savaşta öldürüldü. Üçüncü kardeş Léonor 1790–1869, Augustin'in ardından inşaat mühendisliğine girdi, Fener Komisyonu'nda onun yerini aldı ve toplanan çalışmalarını düzenlemeye yardımcı oldu. Dördüncü kardeş Fulgence Fresnel 1795–1855, ünlü bir dilbilimci, diplomat ve oryantalist oldu ve zaman zaman Augustin'in müzakerelerine yardımcı oldu. Görünüşe göre Léonor, dört kardeş arasında evlenen tek kişi oldu.
Annelerinin küçük kardeşi, Jean François "Léonor" Mérimée 1757–1836, yazar Prosper Mérimée 1803–1870'in babası, ressam kişiliğini resim kimyasına yönelten bir sanat insanıydı. École des Beaux-Arts'ın Daimi Sekreteri oldu ve 1814'e kadar École Polytechnique'de profesör oldu ve Augustin ile günün öncü optikçi fiziğcileri arasındaki ilk iletişim noktası oldu (aşağıya bakınız).
Eğitim
Fresnel kardeşleri başlangıçta anneleri tarafından evde eğitildiler. Hasta yapılı Augustin yavaş biri olarak kabul edildi, ezberlemezlikli; ancak sekiz yaşına kadar neredeyse okumaya başlamadığını söyleyen popüler hikaye tartışmalıdır. Dokuz veya on yaşındayken, ağaç dallarını çok iyi çalışan oyuncak yaylar ve silahlar haline getirme yeteneği dışında farklı değildi; bu onun yoldaşlarından "l'homme de génie" (deha insanı) unvanını ve yaşlılardan birleşik bir baskıyı kazandırdı.
1801'de Augustin, Louis'in arkadaşlığı için Caen'daki École Centrale'ye gönderildi. Ama Augustin performansını artırdı: 1804 yılının sonlarında École Polytechnique'e kabul edildi ve giriş sınavında 17. sırada yer aldı. École Polytechnique'in detaylı kayıtları 1808'den itibaren başladığından, Augustin'in orada geçirdiği süre hakkında çok az şey biliyoruz; sadece çok az arkadaş yaptığını ve – devam eden kötü sağlığına rağmen – çizimde ve geometride üstün olduğunu biliyoruz: ilk yılında Adrien-Marie Legendre tarafından ortaya konan geometri problemine yönelik çözümü için ödül aldı. 1806'da mezun olduktan sonra, École Nationale des Ponts et Chaussées (Köprüler ve Yollar Ulusal Okulu, "ENPC" veya "École des Ponts" olarak da bilinir) kayıt oldu ve 1809'da buradan mezun oldu; Corps des Ponts et Chaussées'nin hizmetine "ingénieur ordinaire aspirant" (geliştirilmekte olan sıradan mühendis) olarak girdi. Doğrudan veya dolaylı olarak, "Corps des Ponts"un istihdamında yaşamının geri kalanında kalmak üzere oldu.
Dini eğitim
Augustin Fresnel'in ebeveynleri, orijinal günahın aşırı Augustinian görüşü ile karakterize edilen Jansenit mezhebi olan Romen Katolikleri'ydi. Din, çocukların evde eğitiminde ilk yeri aldı. 1802'de, Mme Fresnel'in söylediği bildirilmektedir:
Tanrı'ya oğluma, aldığı bu büyük yetenekleri kendi yararına ve tüm Tanrı'nın yararına kullanma lütfu vermesi için dua ederim. Çoğunun verildiği kişiden çok istenecektir ve en çoğu verilen kişiden en fazlası istenecektir.
Augustin Jansenit olarak kaldı. Nitekim entelektüel yeteneklerini Tanrı'nın birer armağanı olarak görmüş ve bunları başkalarının yararına kullanmayı kendi görevi olarak düşünmüştür. Kötü sağlık tarafından rahatsız edilerek ve ölüm onu engellenmeden önce görevini yerine getirmeye kararlı olarak, zevklerden kaçındı ve yorgunluk noktasına kadar çalıştı. Son hastalığında ona yardımcı olmak için onu hemşirelik yaptığı mühendis meslektaşı Alphonse Duleau'ya göre, Fresnel doğayı incelemeyi Tanrı'nın gücü ve iyiliğini incelemenin bir parçası olarak görmüştür. Bilim ve dehadan önce fazilet koydu. Ama son günlerinde sadece ölüme karşı değil, "keşifler kesintisine…yararlı uygulamalar elde etmeyi umduğu" karşı da "ruh gücüne" ihtiyacı vardı.
Jansenim, Romen Katolik Kilisesi tarafından kâfir olarak kabul edilmektedir (Hıristiyan heretikleri listesine bakınız) ve belki de Fresnel'in bilimsel başarılarına ve kraliyet yanlısı kimlik bilgilerine rağmen asla kalıcı bir akademik öğretim pozisyonu elde etmemesinin açıklamasının bir parçası olabilir; onun tek öğretim atanması 1819–20 kışında Athénée'de olmuştur. Her neyse, eski Katolik Ansiklopedisi'ndeki Fresnel hakkındaki kısa makale onun Jansenim'ini bahsetmemekte, ama onu "derin bir dindar insan ve azim hissi açısından dikkate değer" olarak tanımlamaktadır.
Mühendislik görevleri
Fresnel başlangıçta batı departmanı Vendée'ye atanmıştır. Orada, 1811'de, daha sonra soda külü üretmek için kullanılan Solvay sürecini tahmin etti, ancak amonyağın geri dönüşümü dikkate alınmadı. Bu fark, amcası Léonor aracılığıyla keşfinden haberdar olan önde gelen kimyagerlerin bunu sonunda ekonomik olmadığını düşünmesinin açıklaması olabilir.
1812 civarında, Fresnel, İspanya ve İtalya'yı birbirine bağlayacak olan imparatorluk karayoluna yardımcı olmak için, güney departmanı Drôme'deki Nyons'a gönderildi. Nyons'tan optiğe olan ilk ilgisinin kanıtını aldık. 15 Mayıs 1814'te, Napoleon'un yenilgisi nedeniyle işler yavaşken, Fresnel kardeşi Léonor'a bir "P.S." yazarak kısaca şunları söyledi:
Ayrıca Fransız fiziğçilerin ışığın polarizasyonu üzerine yaptığı keşifler hakkında bana bilgi verebilecek makalelere sahip olmak isterdim. Birkaç ay önceki Moniteur'de Biot'un Enstitüye ışığın polarizasyonu hakkında çok ilginç bir anı okumuş olduğunu gördüm. Kafamı kırmamıza rağmen, bunun ne olduğunu tahmin edemiyorum.
28 Aralık'ın geç saatlerine kadar hâlâ bilgi bekliyordu, ancak 10 Şubat 1815'te Biot'un anısını almıştı. Institut de France, 1795'te Fransa'nın Académie des Sciences ve diğer akademilerin işlevlerini devralmıştı. 1816'da, Académie des Sciences adını ve özerkliğini geri aldı, ancak Enstitü'nün bir parçası olarak kaldı.
Mart 1815'te, Napoleon'un Elba'dan dönüşünü "medeniyete bir saldırı" olarak algılayan Fresnel, izin vermeden ayrıldı; Toulouse'a acele etti ve kraliyet direnişine hizmetlerini sundu, ancak kısa süre sonra kendini hasta listesinde buldu. Nyons'a yenilgi ile dönerek, tehdit edildi ve pencereleri kırıldı. Yüz Gün boyunca askıya alındı; sonunda annesi Mathieu'daki evinde geçirebileceği izin verildi. Orada zorunlu boş zamanını optik deneylerini başlatmak için kullandı.
Fiziksel optik katkıları
Tarihi bağlam: Newton'dan Biot'a
Fresnel'in fiziksel optiği yeniden inşa etmesinin takdiri, konunun içinde bulduğu parçalanmış durumun bir genel görünüşü ile yardımcı olabilir. Bu alt bölümde, açıklaması olmayan veya açıklamaları tartışılan optik fenomenler **kalın tür**de adlandırılmıştır.
Isaac Newton tarafından tercih edilen ve Fresnel'in kıdemli arkadaşlarının neredeyse hepsi tarafından kabul edilen ışığın korpüsküler teorisi, doğrusal yayılımı kolayca açıkladı: korpüskülleri açıkça çok hızlı hareket ettiği için yolları neredeyse düzdü. Christiaan Huygens tarafından Işık Üzerine Risalesi'nde (1690) geliştirilen dalga teorisi, bir seyahat eden dalga cephesi tarafından geçirilen her noktanın ikincil bir dalga cephesinin kaynağı olduğu varsayımı altında doğrusal yayılımı açıkladı. Seyahat eden bir dalga cephesinin başlangıç konumu göz önüne alındığında, Huygens'e göre daha sonraki bir konum, önceki konumdan yayılan ikincil dalga cephelerinin ortak teğet yüzeyi (envelopuydu. Ortak tanjant kapsamı başlangıç dalga cephesinin kapsamı ile sınırlı olduğundan, düzgün bir ortamda Huygens'in düzlemsel ve sınırlı kapsamlı bir düzlem dalga cephesi için tekrar tekrar uygulanması düz, paralel bir kiriş verdi. Yine de bu yapı doğrusal yayılımı öngörmüş olsa da, suyu yüzeyindeki dalga cepheleri engellerin etrafında bükülmesi gözlemi ve ses dalgalarının benzer davranışı ile uzlaştırılması zor olmuştur – Newton'u, yaşamının sonuna kadar, ışık dalgalardan oluşuyorsa "her yöne bükülüp yayılacağını" gölgelere tutmak için yönlenmiştir.
Huygens'in teorisi, adi yansıma yasasını ve adi kırılma yasasını ("Snell yasası") düzgün bir şekilde açıkladı; ikincil dalgalar yoğun ortamlarda (daha yüksek kırılma indisi olanlar) daha yavaş hareket ettiği sağlanan. Korpüsküler teori, korpüsküllerin yüzeylere dik hareket eden kuvvetlere maruz kaldığı hipotezi ile, aynı yasaları eşit derecede iyi açıkladı; ancak ışığın yoğun ortamlarda daha hızlı hareket ettiğinin anlamı vardı; bu anlam yanlıştı, ancak Newton zamanında veya hatta Fresnel zamanında teknoloji ile doğrudan çürütülemezdi (Fizeau–Foucault cihazına bakınız).
Eşit derecede sonuçsuz, yıldızsal sapmaydı – yani, dünya görüş hattı boyunca hareket ettiğinden dolayı yıldızın konumundaki görünür değişiklik, yıldızsal paralaks ile karıştırılmaması gereken, hangi yer yer görüş hattı boyunca yer değiştirmesinden kaynaklanır. James Bradley tarafından 1728'de tanımlanan yıldız sapması, yaygın olarak korpüsküler teorinin doğrulanması olarak alındı. Ancak dalgalar teorisi ile eşit şekilde uyumlu olmuştur; Euler'in 1746'da belirttiği gibi – örtülü olarak, eter (dünya yakınında dalga taşıyan orta varsayılması dünyayı hareket etmesi tarafından rahatsız edilmemiş olmuştur.
Huygens'in teorisinin olağanüstü gücü, "İzlanda kristali" şeffaf kalsit'in çift kırılması (çift kırılması) açıklaması olmuştur; varsayıma
