Fresnel Augustin

Matematycy Odsłon: 844

Rodzicami A. Fresnela byli Jacques Fresnel i Augustine Męrime. Jaques był architektem wykonującym podstawowee projekty. W 1785 był zatrudniony przez Victora-Fr. de Brogliea, drugiego księcia i marszałka Francji za Ludwika XV i XVI, żeby zmodernizować jego rezydencję. Kiedy pracował nad tym poznał Augustine, córkę zarządcy majątku de Brogliea i wzięli ze sobą ślub.

Jacques wciąż pracował dla de Brogliea, gdy urodził się Augustin. Kiedy praca nad rezydencją dobiegła końca rodzina wyjechała do Cherbourga, gdzie Jacq rozpoczął pracę nad budową portu. Warto zaznaczyć, że Jacques i Augustine byli jansenistami, tzn. wyznawcami ruchu reformatorskiego w kościele rzymsko-katolickim stworzonego przez Otto Jansena (1585-1638).

Według Jansena nikt nie może osiągnąć zbawienia za swoje czyny, gdyż jest to ustalone kto otrzyma życie wieczne - wybrani nieliczni i kto zostanie przeznaczony do potępienia - większość. Augustin był wychowywany zgodnie z surowymi regułami jansenistów co z pewnością miało silny wpływ na jego późniejsze życie. 14. 06. 1789 roku zburzeniem Bastylii rozpoczęła się rewolucja francuska, Augustin miał wówczas 1 rok.

Po ścięciu Ludwika XVI, a było to 21. 01. 1793 roku rozpoczął we Francji się okres terroru. W 1794 za względu na trudną sytuacje polityczną przerwano prace nad portem w Cherbourg. Rodzina Fresnelów wyjechała wtedy do Mathieu - wioski położonej na północ od Cean.To własnie tam młody Fresnel spędził resztę swojego dzieciństwa, a podstawową edukację zapewniali mu rodzice.

Nie zanotowano szczególnych osiągnięć młodego chłopca w tym czasie i chociaż może to być rażące dla jego rodziców zdaje się, że nie dostrzegli oni talentów syna. W wieku 12 lat Augustin rozpoczął studia w Ecole Centrale w Cean. Tu został wtajemniczony w naukę i zaczął interesować się matematyką. Fresnel miał wątpliwości czy robić karierę jako inż, ale posiadał dobre podstawy, by rozpocząć w 1804 naukę na Ecole Polytechnique w Paryżu.

Po dwóch latach wstąpił na Ecole des Ponts et Chausses i po trzech latach otrzymał dyplom inżyniera. Następnie był zatrudniony przez Corps des Ponts et Chausses i wysłany do regionu Vendee. W 1804 Napoleon założył wojskowo-administracyjne miasto La Roche-sur-Yon w centrum Vendee, budowane z szerokimi prostokątnymi ulicami, koszarami i placem apelowym.

Fresnel był zatrudniony przy projekcie budowy drogi łączącej miasto z resztą regionu. Następnym ważnym projektem, w którym brał udział Fresnel była budowa głównej drogi, biegnącej przez Francję, a łączącej Hiszpanię z północnymi Włochami. Fresnel zaczął pracować nad tym w 1812 roku, a kiedy przebywał w Nyoun i w wolnym czasie zajmował się pracami badawczymi.

Jednym z tematów fascynujących Fresnela było światło, z którym zaczął przeprowadzać doświadczenia w połowie 1814 roku. 01. 03. 1815 zesłany na Elbę Napoleon powrócił wraz z garstką żołnierzy i do 20 marca zdobył Paryż. Fresnel był niezadowolony z tego faktu i stanął po stronie króla, a przeciw Napoleonowi, przez co oczywiście utracił swoja posadę i został postawiony pod policyjnym nadzorem.

Nie pozostało mu nic innego jak powrócić do domu w Mathieu.Tym samym okoliczności dały Fresnelowi wolny czas do doświadczeń ze światłem. W tym okresie prac nad optyką przekonał się o własności falowej teorii światła, która była w tym czasie daleko za teorią korpuskularną. Po przegranej Napoleona pod Waterloo Fresnel odzykał pracę, a stracił czas na swoje badania, które prowadził tylko w czasie wakacji.

Został przeniesiony do Rennes, ale wciąż prosił o przeniesienie, żeby móc jeździć do Paryża kontynuować badania. Dzięki analizie matematycznej rozwiązał wiele problemów dotyczących falowej teorii światła. Większość jego wstępnych prac była prowadzona bez wiedzy o osiągnięciach innych naukowców. Fresnel nie wiedział ani o wkładzie do teorii falowej Huygensa, Eulera czy Younga ani o nowościach w teorii cząsteczkowej.

Fresnel rozpoczął od prób z dyfrakcją i dokonał przełomu gdy przyłączył kawałek czarnej kartki do krawędzi dyfraktora i zaobserwował, że jasne paski wewnątrz cienia znikają. Słusznie wywnioskował, że paski powstają przez światło pochodzące z końców dyfraktora. Był w stanie wyliczyć na podstawie równań matematycznych położenie jasnych i ciemnych pasków, jasnych tam gdzie fale były zgodne w fazie a ciemnych tam gdzie były przeciwne.

Pierwszy artykuł na temat falowej teorii światła Frensel opublikował w październiku 1815 roku, co było pierwszym krokiem na drodze do wyjaśnienia zjawiska dyfrakcji. Następnie użył tych samych równań do teoretycznego uzasadnienia kształtów powstałych podczas interferencji źródła światła przy odbiciu od dwóch zwierciadeł. Swoje obliczenia potwierdził doświadczalnie.

Na tym etapie jego badania były bardzo podobne do tych prowadzonych przez Thomasa Younga w latach 1797 i 1799 w Cambridge, ale Fresnel poszedł dalej przez rozwój teorii opartej na nowych metodach matematycznych. Swoje wstępne wyniki wydał w lipcu 1816 roku, ale zaznaczając, by czytelnicy zachowali cierpliwość podczas prac nad dalszymi konsekwencjami matematyki.

Po przejściowych pracach nad polaryzacją w 1817 roku, w szczególności nad wpływem odbicia na spolaryzowane światło, gdy Fr. Akademia Nauk ogłosiła w 1819 Grand Prix na najlepszą pracę o dyfrakcji, wrócił do swoich teorii dotyczących dyfrakcji. Była to wielka szansa by przedstawić światu swoje odkrycia. Fresnel był przekonany do swoich teorii od czasu gdy jego rozumowanie matematyczne zostało potwierdzone doświadczeniami.

Prace nad teorią skończył zaraz obroną swojej pracy co pozwoliło mu obliczyć natężenie światła w każdym punkcie przed dyfraktorem przy użyciu tzw. całek Fresnela. W 1819 roku przed komitetem Francuskiej Akademii Nauk pod przewodnictwem Arago, w skład którego wchodzili m. in. Poisson, Biot, Laplace, Fresnel bronił swojej pracy. Większość członków była zdecydowanymi zwolennikami teorii korpuskularnej.

Mimo to Poisson był zafascynowany proponowanym przez Fresnela modelem matematycznym i wywnioskował, że jeśli wiązka równoległa światła pada na ciemny krążek, podczas gdy otoczenie jest przeźroczyste to wówczas krążek ten tworzy oczywiście cień, ale w samym środku cienia powstaje wtedy jasna plama. Na osi krążka nigdzie nie widać cienia, tylko przy samym krążku.

To były tylko przewidywania, ale Arago sprawdził, że jasną plamkę obserwuje się dokładnie tam, gdzie przewidziała to teoria przedstawiona przez Fresnela. Augustin Fresnel wygrał Grand Prix, a jego praca była silnym argumentem przemawiającym za teorią falową. Jednakże polaryzacja światła powstająca przy odbiciu ciągle przemawiała za teorią cząsteczkową, gdyż teoria falowa jeszcze tego nie wyjaśniała.

Fresnel i Arago pewni, że są w stanie dokonać tego wyjaśnienia na podstawie teorii Fresnela pracowali dalej nad polaryzacją, a Fresnel odkrył coś co nazwano później kołowo (eliptycznie) spolaryzowane światło. Na podstawie wyników z doświadczeń i dalszej pracy Fresel opublikował w 1821 roku pracę, w której mówi, że światło jest falą poprzeczna, co było zgodne z doświadczeniami.

Mimo, że Fresnel wniósł wielki wkład w teorię falową, przekonując wielu zagorzałych zwolenników teorii cząsteczkowej, to jego stwierdzenie, że światło jest falą poprzeczną było posunięciem zbyt dalekim. Nawet Arago sprzeciwiał się temu twierdzeniu, ale Fresnel powstrzymał krytykę gdy pokazał, że podwójna dyfrakcja może być wyjaśniona na podstawie hipotezy o świetle jako fali poprzecznej.

Po 1824 Fresnel poświęcał mniej czasu na badania. Pracował dla Lighthouse Commision i dzięki niemu rozwinęło się użycie złożonych soczewek zamiast zwierciadeł w latarniach morskich.W 1823 roku został członkiem Francuskiej Akademii Nauk. Był także w Royal Society w Londynie, a medal Rumforda otrzymał w 1827. Augustin Fresnel zmarł na gruźlicę w 1827 roku w wieku 39 lat.

Przeszedł przez życie walcząc z ciężką chorobą, lecz cierpienie nie przeszkadzało mu w podejmowaniu nadzwyczajnie ciężkiej pracy. Być może siłę do walki z bólem i cierpieniem zawdzięczał surowemu i religijnemu wychowaniu.