Прозрачный кристалл минерала, называемого исландским шпатом (известковый шпат, кальцит), будучи положен на рисунок или чертеж, показывает их линии раздвоенными. Покрывая одну грань такого кристалла непрозрачной пластинкой, в которой сделан круглый прокол, и глядя с противоположной грани на свет через это отверстие, можно видеть два светлых кружка, которые отстоят друг от друга тем значительнее, чем толще кристалл \[Можно также рассматривать через кристалл точку или линию, находящиеся в некотором расстоянии за кристаллом. Глаз наблюдателя может быть приложен к грани кристалла или удален от нее, раздвоение всегда видно, но в общем ходе лучей есть некоторые усложнения сравнительно с описанным в этой статье.\]. Кристаллы, представляющие явление раздвоения луча, называются двупреломляющими кристаллы всех систем, кроме правильной (см. Кристаллография), обладают двойным лучепреломлением. В рассказанном опыте луч света, вступая через малое отверстие в кристалл, раздваивается в нем и остается раздвоенным по выходе из кристалла через его противоположную грань. Две образовавшиеся в кристалле части луча обладают неодинаковыми свойствами; одна из них при входе в кристалл и при выходе из него следует обыкновенным законам преломления света в некристаллических телах (в стекле, воде и др.) и потому называется обыкновенным лучом. Плоскость, содержащая направленный к кристаллу луч и перпендикуляр, восставленный к грани кристалла в точке входа в нее луча, называемая плоскостью падения луча, достаточно продолженная, содержит в себе и преломленный в кристалле и выходящий из кристалла лучи. Не то представляет другая часть раздвоившегося луча, которая в кристалле и по выходе из него лежит в плоскости, вообще составляющей некоторый угол с плоскостью падения луча. По причине такого необыкновенного преломления луча ему и дано название необыкновенного. Образовавшиеся два луча различаются между собой еще тем, что обыкновенный луч имеет постоянный показатель преломления, каково бы ни было направление падающего луча, а показатель необыкновенного луча не только не одинаков при различных плоскостях падения луча, но непостоянен даже при изменении угла падения луча в одной и той же плоскости за исключением одной (см. ниже). Исландский шпат кристаллизуется в форме ромбоэдра (см. черт. 11). b19_192-3.jpg Черт. 11. Ортоклаз (калиевый полевой шпат). M N Q P — положение плоскости оптических осей для лучей красного цвета. M' N' Q' P' — положение плоскости оптических осей для лучей фиолетового цвета (К \> Ф). Плоскость оптических осей изменяет при этом свое положение, поворачиваясь около линии, параллельной ребру кристалла ab. Линия, соединяющая вершины двух противоположных телесных углов, составленных каждый тремя тупыми плоскостными углами ромбических граней, называется осью кристалла. Всякий луч, который после преломления направится по оси кристалла или по направлению, ей параллельному, не раздваивается. Ось кристалла и всякая линия, ей параллельная, называется оптическою осью кристалла; плоскость, проведенная через оптическую ось перпендикулярно к грани кристалла, называется главным сечением кристалла. Если плоскость падения луча совпадает с главным сечением кристалла и направление преломленного луча не совпадает с осью кристалла, то происходит раздвоение луча, но обе части его остаются в главном сечении. В случае падения луча в плоскости, перпендикулярной оси, обе части луча, и обыкновенная и необыкновенная, также остаются в этой плоскости и, кроме того, необыкновенный имеет в этой плоскости (и только в ней одной) постоянный показатель преломления. Его численная величина есть 1,48654, а луча обыкновенного = 1,65846 \[Это суть показатели преломления желто-оранжевых лучей (линия D) по измерениям Маскара. Для линии А (в темно-красной части спектра) показатели преломления необыкновенного и обыкновенного лучей суть: 1,48285 и 1,65012, для крайнего фиолетового (линия Н) 1,49777 и 1,68330\]; в других плоскостях падения необыкновенный луч имеет для каждого угла падения особенный показатель преломления, у которого численная величина заключается между вышепоказанными. На какую бы грань кристалла ни падал луч и какое бы направление он ни имел, в случае раздвоения луча всегда из другой грани, если она параллельна первой, выходят лучи обыкновенный и необыкновенный, параллельные падающему лучу. Образующиеся раздвоением падающего луча (для определенности положим, что падает солнечный луч), лучи обыкновенный и необыкновенный обладают еще другими особенными свойствами, отличающими их и от падающего луча, и между собою. Солнечный луч при всяких направлениях падения на грань кристалла выходит из другой грани, параллельной первой, в виде двух лучей, сила света каждого из которых равна половине силы света луча до раздвоения (если не считать некоторой потери при отражениях от граней кристалла). Обыкновенный же или необыкновенный лучи, каждый отдельно принятый на (второй) кристалл исландского шпата, хотя вообще и разделяются — каждый на два луча, но вновь образовавшиеся части вообще не имеют равной силы света. Такое равенство обнаруживается, однако, в том случае, когда плоскость главного сечения второго кристалла составляет угол в 45° (или 45°+90°, или 45°+180°, или 45°+270°) с главным сечением кристалла, из которого вышли лучи обыкновенный и необыкновенный. Эта новая особенность обоих лучей (изменяемость силы света при изменении угла между сечениями кристаллов), приобретенная ими при раздвоении, называется поляризацией, а сами лучи — поляризованными. Из второго кристалла при падении на него обыкновенного и необыкновенного лучей выходят 4 луча, имеющие одинаковую силу света при сказанном относительном положении главных сечений кристаллов. Принимая эти 4 луча на третий кристалл, которого главное сечение составляет угол в 45° с главным сечением второго кристалла, можно увидеть, что из третьего луча выходят 8 лучей одинаковой силы. Со всяким новым кристаллом происходит новое удвоение числа лучей, но каждый из них будет вдвое слабее прежних. При этом всегда половинное число лучей будет иметь свойства обыкновенного луча, а другая — свойства необыкновенного. Дальнейшее различие между лучами обыкновенным и необыкновенным обнаруживается при дальнейшем их исследовании двойным лучепреломлением в кристаллах или отражением от зеркала и другими способами (см. Поляризация света). Для таких исследований отделяют один луч от другого, удерживая тот или другой непрозрачной пластинкой или употребляя для этого поляризующие призмы (см. это слово, а также Вращение плоскости поляризации). Общий ход явлений при употреблении двух кристаллов исландского шпата заключается в следующем. Если главное сечение второго кристалла составляет продолжение такого же сечения первого или оба параллельны между собой, то два луча переходят из первого кристалла во второй без нового раздвоения. Раздвоение обнаруживается уже при небольшом повороте одного из кристаллов, следовательно, при небольшом угле между их главными сечениями. При этом лучи каждой новой пары (одной, образовавшейся из обыкновенного, другой — из необыкновенного) не будут равной силы света, но сравняются в этом отношении при угле поворота в 45°, причем один из лучей ослабевает, а другой усиливается. С увеличением угла поворота продолжает ослабевать один луч и усиливаться другой, т. е. они опять становятся неравными. При достижении прямого угла между главными сечениями из каждой пары остается только по одному лучу, но за прямым углом опять появляются две пары, состоящие из лучей неравной силы. Во второй четверти полного оборота происходят изменения, подобные прежним, и т. д. Во время полного поворота одного из кристаллов не происходит нового удвоения лучей при углах между сечениями кристалла в 0°, 90°, 180°, 270°. В исландском шпате, как и во многих других кристаллах, только в одном направлении (но не по одной линии) луч не раздваивается; в них есть только одна ось симметрии, и такие кристаллы называются одноосными. В одних одноосных кристаллах показатель преломления необыкновенного луча меньше показателя обыкновенного: это — отрицательные кристаллы (исландский шпат); в других одноосных — наоборот (циркон). См. ниже табл. кристаллов. В двуосных кристаллах имеются два направления, по которым не обнаруживается раздвоения луча (топаз), но из образующихся по другим направлениям двух лучей ни один не следует законам правильного преломления. Однако в кристалле могут быть проведены две взаимно перпендикулярные плоскости; в одной из них один из лучей следует обоим законам правильного преломления, в другой же плоскости правильно преломляется только другой луч. Показатель преломления одного луча не равен показателю преломления другого. Во всех других плоскостях оба луча выходят из плоскости падения луча и не имеют постоянных показателей преломления. Линия, разделяющая угол между осями пополам, называется средней линией; линия, разделяющая другой угол (дополнительный к первому до двух прямых) между осями, есть дополнительная. Средняя и дополнительная линия взаимно перпендикулярны и лежат в одной плоскости с осями кристалла. Плоскость, проведенная через среднюю линию перпендикулярно к общей плоскости осей, назыв. средним сечением; проведенная через дополнительную линию плоскость, перпендикулярная первой проведенной плоскости, есть дополнительное сечение. В этих именно двух сечениях происходит правильное преломление, в первом — одного, а во втором — другого луча. Угол между оптическими осями какого-нибудь кристалла имеет неодинаковую величину для лучей различной преломляемости (и разного цвета), т. е. существует дисперсия лучей. В одних кристаллах угол между осями для красных лучей больше угла для фиолетовых лучей, в других — наоборот (черт. 1). b19_190-0.jpg Черт. 1. Схематическое изображение двуосн. кристалла; K\ ф |
| | - - - - |
| | Оливин | для Na | 87°46' | к \ ф |
| | для зеленых лучей | 73°36 | |
- С. Ф. Глинка.