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VI. Ucber die Luge der Schwingungen der Aether- theilchcn in einem gerudlinig polarisirten Lichl-

struhle; oon G. Q u i n c k e . (Aur d. Monatsber. d. Berl. Akad., 1862, December.)

D i e Frage, o b die Schwingungen der Aethertheilchen, wie Fr esn el ') annahm, senkrecht gegen die Polarisationsebeue stehen, oder, wie Hr. N e u m a n n ' ) aunimmt, in der Pola- risatioiisebene selbst liegen, h h g t wesentlich damit zusam- men, ob die Dichtigkeit oder die Elasticitat des Aethers in deli verschiedeneu Medien verschieden ist. Zu der letzte- ren Ansicht, dafs die Schwinguugeu in der Polarisations- ebeiie geschehen, Barn Hr. N e u m a n n , indem er die Theo- rie der doppelten Strahlenbrechung aus denselbeu Princi- pien ableitete, welche schoii F r e s n e l zu Grunde gelegt hatte. Berucksichtigt man noch, dafs F r e s n e l bei der Ab- leitung der Reflexionsgesetze ftir durchsichtige Substanzeii die Dichtigkeit des Aethers, sp%ter iber in der Theorie der doppelten Strahlenbrechung die Elasticitat des Aethers ver- auderlich anuimmt, so scheint es noch fraglich, fIir welche Annahme er sich schliefslich entschieden haben wtirde

Ueber die Nothweudigkeit der einen oder der andereii Annahme sind die Meinuugen getheilt, und wtihrend der grafste Theil der franztkischen Gelehrten und die HH. Angs t ram' ) , S t o k e s 5), H a i d i n g e r 6 ) und L o r e n z ') sich fur die erstere Ansicht entschieden haben, stehen die

1 ) MCm. de YAcad. roy. d. scienc. YII.

2 ) Pogg. Ann. 1832. Bd. 25 S. 451 nod Abbdl. d. Bcrl. Ak. 1835 S.5. 3 ) Vgl. ruch F r e s n e l , Lct f rc (3 M. A r a g o . Ann. d. d i m , 1818. t . 9

4 ) Pogg. Ann. Bd.90, S. 682. 5 ) Cambridge Phil. Trans. IX. 6 ) V'ien. Ber..XlI und XV. 7 ) Pogg. A n n . Bd. 111 S.315 und Bd. 114 S.250.

Pogg. Ann. 1831. Bd. 23, s. 639.

p. 287.

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HH. B a b i n e t ’ ) , H o l t z m a n n l ) uiid J a m i n 3 ) auf Sei- ten der letzteren. C a u c h g 4) , der in seiner Theorie ge- trennte Aetherpunkte annimmt, war urspriinglich fur die An- nahme des Hrn. N e u m a n n , die er aber spgter in einein Briefe an Hrn. L i b r i mit der urspriinglich F resne l ’ sche i i vertauschte, da e r nicht annehmen kiinnte, dafs die Druck- krafte, die auf den Acther im natiirlichen Zustande im lee- ren Raume ausgeiibt wurden, verschwanden. Soviel dem Verfasser bekannt, hat jedoch C a u c h p die Griindc, dic ihn zu dieser Annahine bewogen, niemals verijffentlicht.

Von den Methoden, uber die beiden hiiiiahmen durch den Versuch zu entscheiden, hatte die der HH. S t o k e s , H o 1 t z m a n n und L o r e n z aus dcr Lage der Polarisations- ehene bei gebeugten Lichtstrahlen auf die Richtung der Schwingungen zu schliefsen, verschiedene Resultate ergeben, rind es scheiiit, nach den iieuesten Versuclien des Hrn. F i - z e a u ”, auf diesem W e g e auch keine Entscheidung moglich.

Ebenso hat der Versuch des Hrn. H a i d i i i g e r , die Frage zu erledigen, indem e r die Absorption des Lichtes i n Kry- stallen als abhangig von der Lage de r Schwingungsrichtang der Aethertheilchen betrachtet, zu keinem Resultate gefuhrt, rind auch gegeii die Beweisfiihrung des Hrn. B a b i n e t , der aus der Jlage der Polarisntionsebene des Lichtes, das unter streifender Incidenz von Papierflachen ausgesandt wird, schliefst , dafs die Schwingungen in der Polarisationsebene erfolgen, m8chten sich Einwendungen erheben lassen.

Aufserdem hat sich auch Hr. J a m i n s, i n einer elemen- taren Herleitung der C a u c h y ’ s c h e n Formeln fur die Re- flexion und Brechung des Lichtes an der Granze durchsich- tiger Kilrper fiir die Annahrne des Hrn. E e u m a n i i ausge- sprochen. Bildet man nainlich die zur Granzflache norma-

l ) Compt. rend., 1849, T. X X I X , p . 514. 2 ) P o g g . Ann. Bd. 99 S. 446. 3 ) Ann. J. chim. el d .phys. (3) T. LIX, p.413. 4) Compt. rend., 1836, T. I f , p . 342. 5 ) Ann. d chim. et d. phys. (3), T. ~5x111, p . 385. 6 ) A n n . ci. chini. r t d. phys . (3), T. I-fX, p . 413.

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len Componenten der Schwiugungen fur die in der Eiu- fallsebene schwingenden Strahlen in jedem der beiden Me- dien, so miilsteu diese nach Hrn. J a m i n in einem vom Eiu- fallswinkel u~iabhangigen Verhaltnisse stehen. Nach der Ani~ahlne des Hrn. N e u m a n u ergeben sich diese Compo- neiiteu einander gleich, nach der F r e s n el’schen Annahme

verbalten sie sich wie 1 : (’%), wo 3 und r Einfalls- uiid

Brechuugswinkel siud. Hr. J a m i n sieht darin eine Wider-

legung der F r e s n el’schen Annahme; da nun aber sinr - dem Brechungsexponenten, also = einer constanten Grirfse, so wiirde auch durch diese Annahme der geforderten Be- dinguug gentigt werden.

In der Meinung, dafs durch Versuche allein diese Frage entschieden werden kann, hat der Verfasser folgenden W e g eingeschlagen.

Aus den M a lus’schen Gesetzen fiber die Eigenschafteri seukrecht zu einander polarisirter Lichtstrahlen und den F r e s n e l - A r a g o ’ s c h e n Gesetzen uber die Jnterferenz PO-

larisirter Lichtstrahlen folgt, dafs die Schwiugungen senk- recht gegeo den Lichtstrahl selbst und parallel oder senk- recht zur Polarisationsebene sind. Bei senkrechter Iiicidenz mussen sich also die Strahlen, die von irgend einer Flache reflectirt werden, mi)gen die Schwingungen senkrecht oder parallel der Einfallsebene seyn , gleich verhalteu. Waclist aber der Einfallswinkel, so bleibt fiir die Strahlen mit Schwingungen senkrecht zur Einfallsebeiie alles ungeandert, wahrend fur die Strahlen, deren Schwingungen in der Ein- fallsebene erfolgen, sich die Neigung der Rahn der Aether- theilchen gegen die reflectirende Flacbe Indert. Aus der elliptischen Polarisation des J,ichtes, das an der Grlnzfla- che von Metallen and Luft, oder von Glas und Luft re- flcctirt wird, weifs man nun, dafs die Strahlen mit Schwin- gungen senkrecht, und diejenigen mit Schwingungen paral- lel der Einfallsebene eine Phasenanderung erleiden, die fiir beide verschieden ist, und dafs der Unterschied der Phasen-

sin i -

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~nderu i ig mit dem Einfallswiukel sich andert. Nach der Aiisicht des Verfasaers wurde der Strahl mit Schwingungeu senkrecht zur Einfallsebene fur alle verschiedenen Einfalls- wiuhel dieselbe Phaseuluderutig erleiden, wiihrend danri also die Pbaseiianderung des Strahles, desseii Schwingungen i n der Einfallsebene liegen, wie aus deu Versuchen des Hrn. J a ln i n ’) hervorgeht, urn eine eiuer halbeii Wel leu-

Iange entsprechende Griifse zuuehlnen wurde, wenu der

Einfallswiukel voii 0” bis 90° wschst. W i e deui nber aucli sev : jedenfalls iniifs die Phase der StraEleii, deren Schwiu- gungeu in cler EiuCallsebeiie liegen, sich bedeuteiid uiehr k ~ d e r i i mit dew Eiufallswinkel, als die der Strahlen iuit Schwiiigurigen seiikrecht ztir Einfallsebeiie, und diese Aen- derung wird bei deinsclben Einfallswiitkel verschieden seyti inussen, je nach deb Natur der Medieri, dereii Graiizflzclic die Strahleu reflectirt. Bei der Reflexion ~ 0 1 1 Metallflachcn ist die Aeuderung der Phase bei einein Eiufallswiukel, wel- cher bedeutend lileiner als die Hauptincidenz ist (bei wel- cher der Phaseuunterschied der parallel und senkrecht zur

Eiiifallsebeue polarisirten Stralilencoiiiponeuten p betragt),

schoii merklich, bei der Reflexiou von Glas jedoch anmerk- lich. Kounte man also Strahlen interferiren lassen, die vou derselben Flache, die halb Glas, halb Metall seyn mufste, reflectirt worden sind uud sich sonst vollstaudig gleich ver- halteu, so m u t t e n die Interfereuzstreifeu fur Strahlen rnit Schwiugungen seukrecht zur Eiufallsebeoe bei Glas- und Metallreflexion fur jeden Einfallswinkel zusamrnenfallen, fur Strahlen dagegen mit Schwinguogeu parallel der Eiufalls- ebeue uiiifsten die von Glas- und vou Metallreflexion her- riihrenden Interferenzstreifen gegeu einauder verschoben seyu , und die Verscbiebung miilste init wachaendem Ein- fallswinkel bis zu eiuer bestimmten Granze zunehmen ’).

I

1 ) Ann. d. chim. cf d . phys. (3), 1850, T. XXIX, p . ‘279 u. T. X X X I , p. 165.

2) h u i den Beobachtungen der Hrn. J r m i o uber elliptirche Pohriralion bri drr Refloxion van hlctallen oder durclsichtigen Subrtanren (a. a 0.)

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Der Verfasser liefs nun von einem Heliostaten Sonnen- slrahlen in horizontaler Richtung anf einen verticalen Spalt werfen, der sich im Brennpunkte einer achromatischen Linsr befand. Die Strahlen trateii nahe parallel aus der Linse ails, tielen dann aiif eine planparallele verticale Glasplatte und, nachdem sie von dieser reflectirt worden, in etwa 200"" Abstand auf eine zweite planparallele Glasplatte voii genari gleicher Dicke, die sebr wenig gegen die erste ge- neigt war, so dofs die von der Hinterflzche der ersten und dcr Vorderflache der zweiten Platte reflectirten Strahlen mit den an der Vorderflache der ersten und der Hiuterfl:ichc der zwciten Platte reflectirten Strahlen interferiren konnten, iii der Weise, wie schon Hr. J a m i n ') einen Zhnlichen Ap- parat benutzt und bescbrieben hat. Ein Schirin blendetc die von beideu Vorderfllchen oder beiden Hinterfltichen der planparallelen (;laser reflectirten Grahlen ab, und die vom Schirm durchgelasseneu Stralilen fieleu auf ein Schwe- felkohlenstoff- und Flintglasprisma init einem brechendeo Winkel von 60" und verticaler brechender Kante, in wel- cbem man mit blofsem Auge ein Spectrum mit dicken schwarzen Iiiterferenzstreifen sah. Durch passende W a h l der Breite des Spaltes und der Eutfernung desselben von der Linse konnte man es dahin bringen, dafs die F r a u n - h o f er'schen Linien deutlich im Spectrum gesehen wur- den, und durch passende Neigung der planparallelen Ghser wurden die Iuterferenzstreifeu parallel deli F r a u n h o f e r - schen Linieo im Spectrum gestellt.

Das zweite planparallele Glas war auf der unteren Halfte der hinteren Flache mit einem Mctallspiegel belegt,

mit HiiIfe des B a b in e t'sclieo Compensators kano man die Frage nicht entscheiden, fiir welche parallel odrr senkrrcht zur Eiofallsebeoe pola- risirteo Strahlcocompoornten sich die Phase des reflcctirteo Strahler con- tiouirlich rnit dem Einfallswinkel Zodert, da es fraglich bleibt, o b man durch Verstelleo des Compensators (bei positirer Reflexion) die in der Einfallsebeos polaririrte Componeote cootiouirlich rcrr6gero, odcr die seokrccbt zur Einfallsebeoe polarisirte Compooente contiouirlich beschleu- aigeo muh, urn die Phaseodiffereoz beider Strahlancornpooeo~ro aufzu- hebeo.

1 ) Ann. d. chim. rt d. phyz. (3), l85!3, T. L f I , p 163syq. PoggeodorfPa Aonal. Bd. CXVIl l 29

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und mau sah im Spectrum gleichzeitig die von Glas-Glas und Glas-Metall reflectirten Strablen, indem der ohere Theil des Spectrum an der Granze von Luft und der hinteren GlasflGche des zweiten planparallelen Glases, der untere Theil ail der Granze von Metall uiid derselben hinteren Glasfllche reflectirt wordeu war. Ohwohl die beiden in- tcrferireiiden Strahlen im untereii Spectrum verschiedene Ititensitiit hatten, so liefsen sich doch die Interferenzstreifen in demselbeii ganz gut beobachteii, uud erscheinen gegen die Iuterferenzstreifeii des oberen Spectrums verscbobeu, wenn mau sie durch eiu Nicol’sches Prisma betrachtete, dessen Hauptschnitt seiikrecht zur Reflexiousebene der plan- parallelen Glaser stand, weun also nur parallel der Re- flexionsebene polarisirtc Strahleii ins Auge gelangten. Drehte man das Nicol’sche Prisma um 90”, so tielen die Interfe- renzstreifen iu beiden Spectren zusammen, wo d a m also nur senkrecht zur Reflexiousebene polarisirte Lichtstrahlen ins Auge gelangen konnten. In dieseni letztereu Falle war die Lichtintensitat natiirlich schwacher. Bei eiuer Lage des K i c o l’schen Prismas, wo dessen Hauptschnitt uahe paral- lel der Reflexionsebene steht, beobachtet man iibrigens uoch eine verschiedene Lage der Interferenzstreifen in beiden Spectren, so lange uoch die Iuteusitat der in der Eiufalls- ebeue polarisirten Lichstrahleu iiberwiegt, und aus demsel- beu Grunde sieht man ohrie Nicol’sches Prisma die Er- scheiuung ebensa, wie mit eiuem N i c o l’schen Prisma, des- seu Hauptschnitt seukrecht zur Reflexionsebeue steht.

Der Verfasser hat verschiedene Glasplatten von 4”” bis Wm,3 Dicke benutzt, dereu Brechuugsexponent zwischen 1,15 uud 1,50 schwankte. Als Metallbelegung wurden Quecksilber (gewdhuliche Spiegelfolie), Silher, Gold und Platin angewandt.

Der Einfallswiukel ‘p , uuter welcheln die Vorderfllche der planparallelen Gllser vou den Strahlen getroffen wurde, wurde von 20° bis 60° oder 70° variirt, jedoch lielsen sich uicht bei allen Eiufallswinkeln die Interferenzstreifen in dem uuteren Spectrum (Glas-Metall) fur die senkrecht

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zur Eiufallsebene polarisirten Strahlen beobachteu, wegen der zu geringen Lichtintensitgt der an der Granze von Luft und Glas reflectirten Strahlen, im Vergleich zu den an dcr Grlnze von Glas und Metall reflectirten. Die Verschie- butlg der Iuterfereuzstreifeu in beiden Spectren gegenein- ander fur parallel der Eitifallsebene polarisirte Strahleii nahtn bei alleu Metallen mit wachsendcm Einfallswinkel y ZU, docli kann uiau, weuu 'p > 60" wird, die Erscheinuiig nicht mehr gut beobachten, da zu vie1 Licht durch Reflexioii a n den vorderen Glasflachen verloren geht. Am besten liefs sich die Erscheinung bei eiiiern Eiufallswinkel qj vou 15" oder GOo wahrnehmen, wo die Verschiebuug der In- terferenzstreifen etwa 0,3 oder 0,4 des Franseuabstaudes betrug.

Bei einern Eiufallswiiikel cp = 20" uud kleioer ist die Lichtintensitiit der an der Grarize von Glas und Luft und vou Mas und Metall reflectirten Strahleu so verschiedeo, dafs der Verfasser h e r eine Verschiebung der Interferenz- streifen in beideu Spectren gegen eiiiauder nicht hat uiit Sicherheit beobachten kbuneu; doch m0chte er aus den von ihm airgestellteu Versucheu schliefsen, dafs sie, wenii uber- haupt vorhanden, kleiner ale 0,l Franseubreite ist.

Es mag hier noch beilsufig bernerkt werden, dafs der Apparat auch gestattete, mittelst eines Compensators nach der Construction des Hrn. S o l e i l und D u b o s c q ' ) mit schwach gegeu eiuauder geneigten Planyarallelglasern zu be- stimmen, ob der an der Granze von Glas und Luft reflec- tirte Strahl venbgert war gegen den anderen. Es zeigte sich, wenigsteus bei den vom Verfasser benatzten Eiufalls- winkeln, dafs man immer den vom Metall reflectirten Strahl verzbgern mufste, urn die Iuterferenzstreifeu Glas-Metall in dieselbe Lage wie die Interferenzstreifen Glas-Glas zu bringen.

Aus diesen Versuchen wiirde also folgeu, dafs die in der Reflesionsebene polarisirteu Lichtstrahlen die grofsten

1) Vergl. J a m i n , Ann. d. chim. r t d. phyr. (3), 1857, T. XLIX, p . 2 8 8 uod 1858, T. LII, p. 166.

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A enderungeu der Phase erleiden, dals also die Scliwiiiguii- geii in der Polarisatiolisebeiie erfolgeii, i n Uebereinstiai- inuiig init Hrn. N e u in a n 11, uiid dafs die Elasticitat des Ae- thers iii verachiedeiien Medien verscliieden ist.

Es ist bei Untersuchiingen init Prismciiapparateii oft ail-

genehm die Richtuiig der gebrocheueu Strahlen auf georne- trischem W e g c zu finden. Ich halte es dnher fur niitzlich, folgende sehr einfache Construction mitzutlieilen, die, wie ich glaube, noch nicht bekauut ist.

Man zeichne zuerst den brecheuden Wiiikel hiii iriid beschreibe dann um deu Eiiifallspuukt zwei Kreise, dereii Halbinesser resp. die Einheit und den Brecbuogsindex n des Prisinas vorstelleu. IJierauf ziehe man durch den Eiiifalls- prinkt 0 (Taf.VII Fig.4) den einfallenden Sfrahl; e r schueide deli ersten Kreis iin Punkte I; durch diesen Puukt ziehe inaii eiii Loth zur Eiofallsflache, weiches den zweiteii Kreis im Puiikte II trifft, und durcb den Puiikt I I ein Loth zur Austrittsflache, welches den ersten Kreis im Puukte I11 trifft. Verbiiidet mau uuu die Schnittpunkte II und III mit dem Mittelpunkt, so gebeu die betreffeudeu Radien O I I und 0111 die Richtuug der gebrocheneu und des austretenden Strahls.

D e r Beweis dieser Construction beruht darauf, dafs in den Dreieckeu 0 I II uud 0 I I I I I sich die Sinus zweier Wioke l wie 1 : n verhalteu. Will man noch die Disper- sion kennen, so beschreibe nian zwei Kreise mit den Ra- dien n und n’, die dem Roth und Violett entsprechen; man erhalt d a m die Punkte II und IZI doppelt , uud dem ent-