Автор: Буланова Ирина Алексеевна
Опыты Ньютона (1642-1727) по дисперсии света доложены им в 1672 г. Лондонскому Королевскому Обществу [1]. И именно с этого момента результаты опытов подвергались критике известными учеными. Острота складывавшихся в то время отношений между Ньютоном и оппонентами была почти такой же, как и между Бруно и отправившими его на костер членами ученого сообщества Италии. Тем не менее, на сегодняшний день в виду как бы очевидности результатов этих опытов, часть которые легко проверяются при соблюдении условий проведения опытов по описанию Ньютона, выводы великого физика признаны современной наукой в качестве знаний, полученных опытным путем. Для понимания замеченных в экспериментах Ньютона неточностей приводим на рис.1 его схему опытов с двумя призмами.
Рис.1 ( [Рисунок 118 из «Оптики» Ньютона (год издания 1721 год). «Пояснение. Пусть S представляет Солнце, F — отверстие в окне, ABC — первую призму, DH — вторую призму, Y — круглое изображение Солнца, образуемое непосредственно пучком света, когда призмы убраны, РТ — удлинённое изображение Солнца, образуемое тем же пучком при прохождении только через первую призму, когда вторая призма убрана, pt — изображение, получаемое при перекрестных преломлениях обеих призм вместе»]
Как известно, Ньютон полученную картину цветных полос назвал дисперсией. В полученной им дисперсии он выделил цвета КРАСНЫЙ, ОРАНЖЕВЫЙ, ЖЕЛТЫЙ, ЗЕЛЕНЫЙ, ГОЛУБОЙ, СИНИЙ, ФИОЛЕТОВЫЙ. Эти цвета он назвал монохроматическими цветами и полагал, что «Все цвета относятся безучастно к любым границам тени, и поэтому различие цветов одного от другого не происходит от различных границ тени, вследствие чего свет видоизменялся бы различным образом, как думали до сих пор философы».
Пропустив разложенный первой призмой световой поток через вторую призму Ньютон полагал, что для всех выделенных им цветовых составляющих соблюдается закономерность – эти цветные составляющие имеют разный коэффициент преломления.
При отмеченных Ньютоном обстоятельствах, которые как бы проявляются в повторяемых кем-либо указанных опытах, необходимо было бы согласиться с его выводами:
– световой поток состоит из семи монохроматических составляющих, включая красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый;
– каждая из перечисленных составляющих имеет свой коэффициент преломления.
При этом отметим, что Ньютон с особой категоричностью отмечал, что полученную им дисперсию он осуществлял на весьма узком отверстии (вероятно, не больше диаметра булавки).
Данные экспериментов Ньютона с призмой интерпретировались физиками вплоть до середины 19 века как доказательства корпускулярной гипотезы светового потока. В 20 веке ученые пересмотрели свое отношение к этим опытам в связи с экспериментами Френеля, Юнга и гипотезой Максвелла об электромагнитной природе светового потока. Но, как отмечал Эйнштейн, «…иистория поисков теории света никоим образом не окончена. Приговор XIX столетия не был последним и окончательным. Для современных физиков вся проблема выбора между корпускулами и волнами существует вновь, теперь уже в гораздо более глубокой и сложной форме. Примем поражение корпускулярной теории света до тех пор, пока мы не обнаружим, что характер победы волновой теории проблематичен» [2, С.364].
Результаты новых экспериментов с призмой создают непреодолимые препятствия для их объяснения с позиций волновой гипотезы светового потока, но вполне легко объясняются с позиций корпускулярной гипотезы.
В новых экспериментах вместо круглого отверстия была использована вертикальная щель по рис.2.
Рис. 2. Новая схема опытов
Ширину щели можно изменять с помощью подвижных непрозрачных створок «а» и «б» черного (темного) цвета. Створки размещаются вертикально на стекле окна. Наблюдая эту щель днем через одну часть (левую или правую, показано штриховой и сплошной стрелками) горизонтально расположенной призмы, мы пронаблюдаем любопытное явление [3].
Это явление заключается в том, что у образующих щель внутренних граней створок образуется по паре цветных полос. Одну пару составляют вертикальные полосы красного и желтого цвета. Другую пару составляют полосы бирюзового и фиолетового цвета. При этом с увеличением расстояния между призмой и щелью, ширина цветных полос увеличивается, а границы между желтой полосой и бирюзовой сближаются. Сближение границ желтой и бирюзовой полос можно осуществить поворотом призмы вокруг вертикальной оси. При достаточном удалении створок друг от друга между желтой и бирюзовой полосами явно наблюдается полоса белого светового потока (рис.3 слева).
При сдвигании створок «а» и «б» границы между полосами желтого и бирюзового цвета приближаются друг к другу, что ведет к уменьшению ширина полосы белого цвета вплоть до нуля при некоторой ширине щели. Дальнейшее сужение щели приводит к пересечению (наложению) желтой и бирюзовой полос. При этом площадь пересечения желтой и бирюзовой полос окрашивается в зеленый цвет (рис.3, виды II и IV).
Рис.3. Наблюдаемая картина по схеме опыта по рис.2
При изменении угла обзора (со сплошной стрелки на штриховую стрелку) пары цветных полос меняются местами. Но при этом по-прежнему в средней части пересечения желтой и бирюзовой полос имеет место быть полоса зеленого цвета.
Из приведенных на рис. 3 результатов экспериментов следует, что дисперсионная картины содержит полосу зеленого цвета, который не является монохроматическим. Его возникновение определяется пересечением полос желтого и бирюзового цвета. Т.е. зеленый цвет в световом потоке не является монохроматическим. Вводя понятие «носитель цветов» в световом потоке, результат эксперимента позволяет утверждать – возникновение в мозгу человека образа зеленого цвета является следствием одновременного воздействия на чувствительные элементы глаз носителей желтого и бирюзового цвета.
Но если в образование зеленого цвета участвуют два носителя, то он является бихроматическим. Это должно влиять на результаты опытов с двумя призмами П1 и П2 (рис. 4). И это было получено в точном соответствии с ожиданием.
Рис.4. Результаты опытов с двумя призмами
Необходимо отметить, что на рис. 4 при изменении обзора через второе крыло второй призмы окраска участков на концах красной, зеленой и фиолетовой полосок меняются местами.
Из этих опытов следует:
– цвет зеленой полосы не является монохроматическим. Зеленый цвет является следствием образования в головном мозге одновременного воздействия на чувствительные элементы глаз носителей желтого и бирюзового цветов;
– цвет красной полосы не является монохроматическим. Красный цвет является следствием одновременного воздействия на чувствительные элементы глаз носителей желтого и лилового цветов (на рис. 4 – нижняя полоса дисперсионной картины);
– цвет фиолетовой полосы не является монохроматическим. Фиолетовый цвет является следствием одновременного воздействия на чувствительные элементы глаз носителей лилового и бирюзового цветов (на рис. 4 – верхняя полоса дисперсионной картины);
– цвет желтой полосы, как и цвет бирюзовой полосы, является монохроматическим.
– полоски красного, зеленого и фиолетового цветов от первой призмы при пропускании через втору призму уменьшаются по длине на линейную величину соответствующих двух цветов, образующихся на концах этих полосок.
ВЫВОДЫ:
1. Гипотеза Нютона о цветных составляющих светового потока, по которой солнечный свет состоит из семи монохроматических цветов (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый) не соответствует действительности.
2. Индивидуальных (моно) носителей красного, зеленого и фиолетового цветов в природе не существует. Эти цвета являются следствием воздействия на чувствительную систему глаз не менее двух носителей.
3.В природе существуют три носителя – носитель бирюзового, носитель желтого и носитель лилового цветов. Многообразие цветных оттенков определяется комбинацией соответствующих количеств носителей бирюзового, лилового и желтого цветов (Бог Любит Жизнь).
4. Ограничение числа носителей светового потока числом 3 позволяет утверждать, что белый цвет светового потока определяется одновременным воздействием на глаз равных долей носителей бирюзового, лилового и желтого цветов.
Библиографический список:
1. Ньютон И. Оптика, или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света. Серия: Классики естествознания, кн. 17, М.-Л. ГИЗ, 1927 г., 374 с.
2. Альберт Эйнштейн. Собрание научных трудов. Т. IV. М.: Наука, 1967. – С 357 — 543.
3. Скворцов В. Молодой Ньютон и солнечный свет/Республика Башкортостан. № 230, 2.12.2009.
