Thomas Young

Thomas Young

13. 6. 1773–10. 5. 1829

Anglický lékař, fyzik a polyhistor Thomas Young se narodil 13. června 1773 v Milvertonu v hrabství Somerset, jako nejstarší z deseti dětí v kvakerské rodině. Proslul mimořádnou jazykovou i přírodovědnou všestranností – už ve čtrnácti letech ovládal řečtinu, latinu, francouzštinu, italštinu, hebrejštinu, syrštinu, arabštinu, perštinu a další jazyky. Věnoval se medicíně, fyzice, fyziologii zraku, teorii barev, mechanice pevných látek, jazykům a také studiu egyptských hieroglyfů.

Studium medicíny zahájil roku 1792 v Londýně (Hunterian School a St Bartholomew's Hospital), pokračoval v Edinburghu (1794) a v říjnu 1795 přešel na univerzitu v Göttingenu, kde 30. dubna 1796 obhájil lékařský titul. Protože jako kvaker nemohl tehdy studovat v Oxfordu ani Cambridge, vstoupil před nástupem na Emmanuel College do anglikánské církve a pokračoval ve studiu v Cambridge od roku 1797 (M.B. 1803, M.D. 1808). Členem Royal Society byl zvolen už v roce 1794, ve věku jednadvaceti let. V roce 1800 si v Londýně otevřel lékařskou praxi.

Proč má Young místo mezi fyziky

Thomas Young patří na fyzikální web především kvůli práci s interferencí světla. V době, kdy měla velkou autoritu Newtonova korpuskulární teorie, ukázal, že světelné jevy lze přesvědčivě vykládat pomocí vlnového skládání. Tím připravil půdu pro pozdější práci Augustina‑Jeana Fresnela a pro rozvoj moderní fyzikální optiky.

Jeho význam ale nekončí u optiky. Youngův modul pružnosti dodnes spojuje mechaniku, materiálové inženýrství a technické výpočty. Young je tak příkladem učence, který se pohyboval mezi medicínou, fyzikou, mechanikou a jazyky, ale jeho fyzikální výsledky zůstaly trvalou součástí učebnic.

Vlnová povaha světla

Youngovo nejvýznamnější místo v dějinách fyziky souvisí s obnovou vlnové teorie světla. V době, kdy měla velkou autoritu Newtonova korpuskulární představa světla, Young ukazoval, že světlo se v mnoha situacích chová jako vlna.

V roce 1801 se stal profesorem přírodní filozofie v Royal Institution v Londýně. V letech 1801–1803 přednesl řadu přednášek, v nichž rozvíjel vlnové vysvětlení světla a barev. Klíčovou demonstraci interferenčních proužků představil Royal Society v listopadu 1803. Celý výklad pak shrnul v roce 1807 v dvousvazkovém díle A Course of Lectures on Natural Philosophy and the Mechanical Arts, v němž mj. zavedl termín energie v jeho dnešním fyzikálním významu (jako míru schopnosti systému konat práci).

Youngův dvojštěrbinový experiment

Young je spojován především s experimentem, který ukázal interferenci světla. Při průchodu světla dvěma úzkými štěrbinami vzniká na stínítku soustava světlých a tmavých proužků. Takový obrazec lze přirozeně vysvětlit skládáním světelných vln.

Dvojštěrbinový experiment se stal jedním z klasických důkazů vlnové povahy světla. Historické provedení Youngových pokusů nebylo totožné s dnešní školní dvojštěrbinou, princip však zůstává stejný: světlo z dvou blízkých zdrojů se skládá a vytváří interferenční maxima a minima.

Později získal tento typ pokusu ještě širší význam, protože patří k základním myšlenkovým i laboratorním ukázkám vlnově‑částicového chování v kvantové fyzice.

Podpis Thomase Younga
Thomas Young – podpis

Youngův modul pružnosti

Youngovo jméno nese také Youngův modul pružnosti, fyzikální veličina popisující vztah mezi normálovým napětím a poměrným prodloužením při pružné deformaci. Nejde o samostatnou jednotku; Youngův modul se vyjadřuje v pascalech, protože napětí má stejný rozměr jako tlak.

V lineární pružné oblasti lze vztah zapsat zjednodušeně jako E = σ / ε, kde E je Youngův modul, σ normálové napětí a ε poměrné prodloužení. Čím větší je Youngův modul, tím menší pružnou deformaci materiál vykazuje při stejném napětí.

Samotný koncept materiálové konstanty pružnosti se objevil v práci Leonharda Eulera už v roce 1727 a první experimenty v dnešní podobě provedl Ital Giordano Riccati v roce 1782. V moderní podobě a v širším materiálovém kontextu jej však pro mechaniku pevných látek zavedl právě Thomas Young v roce 1807 ve svém Course of Lectures; jeho jméno se po něm proto v technické literatuře vžilo.

Veličina je důležitá v mechanice pevných látek, stavebnictví, strojírenství i materiálovém inženýrství. Umožňuje porovnávat tuhost různých materiálů nezávisle na konkrétním tvaru zkoumaného tělesa.

Fyziologie zraku a teorie barev

Young se věnoval také lidskému zraku. Jako první popsal astigmatismus oka (kolem roku 1801), zkoumal akomodaci čočky a zabýval se barevným viděním. V přednášce On the Theory of Light and Colours přednesené Royal Society v roce 1802 formuloval myšlenku, že vnímání barev vychází ze tří druhů citlivých receptorů v oku (odpovídajících přibližně červené, zelené a modré). Tuto představu později v 50. letech 19. století rozvinul Hermann von Helmholtz a vznikla tak Youngova–Helmholtzova teorie barevného vidění, která i dnes dobře popisuje funkci čípků na sítnici.

Hieroglyfy a další práce

Young se uplatnil i mimo fyziku. Od roku 1814 se podílel na rozboru textů na Rosettské desce, jako první rozlišil v egyptském písmu fonetické znaky (zvláště v královských kartuších) a významně přispěl k dešifrování démotického písma. Konečné rozluštění hieroglyfů je spojováno hlavně s Jeanem‑Françoisem Champollionem (1822), Youngova práce ale patří k důležitým předstupňům tohoto vývoje.

Mezi Youngovy méně známé, ale dalekosáhlé přínosy patří také zavedení termínu „energie" v dnešním fyzikálním smyslu (jako míry schopnosti systému konat práci), a jeden z prvních odhadů velikosti molekuly. Věnoval se rovněž akustice a hudební harmonii, pojistné matematice (mortalitní tabulky pro životní pojištění) a hemodynamice.

V roce 1802 byl Young jmenován zahraničním tajemníkem Royal Society. Od roku 1818 pracoval jako tajemník Board of Longitude a superintendent HM Nautical Almanac Office. Přispěl také mnoha hesly do Encyklopædia Britannica, často anonymně, aby nepoškodil svou lékařskou pověst.

Thomas Young zemřel 10. května 1829 v Londýně ve věku 55 let. Pohřben byl v kostele St Giles v Farnborough v hrabství Kent; pamětní desku mu nechali jeho přátelé umístit do Westminsterského opatství, kde jej v kapli sv. Ondřeje připomíná mramorová pamětní deska.

Pamětní deska Thomase Younga
Thomas Young – pamětní deska ve Westminsterském opatství
Foto © Westminster Abbey

Ocenění a uznání

Thomas Young patří mezi klíčové osobnosti dějin optiky. Jeho dvojštěrbinový experiment zásadně podpořil vlnovou teorii světla a Youngův modul pružnosti zůstává základní veličinou mechaniky pevných látek. Jeho jméno proto není spojeno s jednotkou SI, ale s jedním z nejznámějších experimentů fyziky a s důležitým materiálovým parametrem.

Young byl členem Royal Society a jeho práce ovlivnila pozdější vývoj fyzikální optiky, teorie barevného vidění i technické mechaniky. V učebnicích fyziky se s jeho jménem nejčastěji setkáváme u interference světla, dvojštěrbinového experimentu a Youngova modulu pružnosti.

Časté otázky

Byl Thomas Young fyzik, nebo lékař?
Byl obojí. Profesně působil jako lékař, ale jeho práce v optice, mechanice a fyziologii zraku patří k dějinám fyziky.
Co ukazuje Youngův experiment?
Ukazuje interferenci světla: dvě světelné vlny se mohou zesilovat nebo zeslabovat a vytvářet soustavu světlých a tmavých proužků.
Je Youngův modul jednotka?
Ne. Youngův modul je veličina, která vyjadřuje tuhost materiálu. Jeho jednotkou je pascal.
Kdo je autorem pojmu „energie"?
Termín jako takový existoval (řec. enérgeia = „činnost"), ale do fyziky jej v jeho dnešním smyslu (míra schopnosti systému konat práci) zavedl Thomas Young v roce 1807 ve svém díle A Course of Lectures on Natural Philosophy and the Mechanical Arts.
Jaký byl Youngův podíl na rozluštění hieroglyfů?
Young pracoval na Rosettské desce od roku 1814, jako první rozpoznal v egyptském písmu fonetické znaky (zvláště v královských kartuších) a významně přispěl k dešifrování démotického písma. Definitivní rozluštění hieroglyfů však provedl Jean‑François Champollion v roce 1822.
Souvisí Young s kvantovou fyzikou?
Young sám pracoval v klasické optice. Dvojštěrbinový typ experimentu se ale později stal důležitou ukázkou vlnově‑částicového chování v kvantové fyzice.

Použity zdroje publikované na serverech Britannica, Whipple Museum of the History of Science a MacTutor History of Mathematics.

Souvislosti

Pojmenováno po něm