Исаак Ньютон. Оптика.

Оптические исследования Ньютона

Исаак Ньютон. Оптика.

Оптические исследования Ньютона. Оптические изыскания Ньютона начались с поисков способов устранения недостатков оптических приборов и в скором времени привели его к знаменитым исследованиям дисперсии света.

«В начале 1666 г. … я достал треугольную стеклянную призму, чтобы с нею произвести опыты над знаменитым явлением цветов», — говорит Ньютон в мемуаре «Новая теория света и цветов». Обнаружив, что изображение отверстия в ставне по выходе из призмы становится удлинённым и окрашенным (спектром) (рис.

115), Ньютон обратил особое внимание на то, что длина спектра оказалась примерно в 5 раз больше его ширины. «Диспропорция была так необычайна, что возбудила во мне более чем простое любопытство узнать, отчего это происходит.

Едва ли можно было думать, что различная толщина стекла или граница с тенью или темнотою производят на свет такое влияние».

Ньютон, справедливо сомневаясь в правильности воззрений Аристотеля и Доминиса, предпринимает целую серию опытов, в результате которых приходит к выводу, что солнечный свет представляет смесь различных лучей, отличающихся друг от друга по преломляющей способности.

Эта разница в преломляющей способности связана с различной цветностью лучей. Так, рассматривая бумагу, одна половина которой окрашена в красный, а другая в синий цвет, через призму, он нашёл, что обе половины бумаги кажутся смещёнными, одна более приподнята, чем другая (рис.

116); Красный цвет оказывается менее преломляемым, чем синий. Точно так же, если обмотать обе окрашенные половины чёрной ниткой, то, получая с помощью линзы изображения этих ниток, можно видеть, что места отчетливых изображений красной и синей половины не совпадают (рис. 117).

Открыв зависимость показателя преломления от цветности, Ньютон объяснил тем самым и дисперсию света в призме. Он демонстрирует дисперсию светла и на основном опыте получения призматического спектра (Опыт 3 «Оптики»), и на замечательном опыте со окрещёнными призмами (рис.

118, опыт 5 «Оптики») (Метод окрещённых призм Ньютона получил большое значение для исследования аномальной дисперсии (Кундт и, особенно, Вуд, а также классический «метод крюков» Рождественского, в котором идея Ньютона развивается дальше—скрещивание интерферометра и спектроскопа).

Он производит experimentum сrucis (опыт 6 «Оптики») с целью проверки гипотезы, что дисперсия обусловлена различной преломляемостью лучей.

В результате своих исследований Ньютон приходит к фундаментальному выводу: «Таким образом была открыта истинная причина длины изображения, которая заключается в том, что свет состоит из лучей различной  преломляемости».

Ньютон ставит далее задачу выделения монохроматического пучка с целью исследования его свойств, осуществляя первый монохроматор (рис. 119). Он устанавливает, что разрешающая способность спектроскопа повышается как от увеличения преломляющего угла призмы, так и от уменьшения размеров источника света (щель).

Комментируя в своём переводе «Оптики» описание спектральной установки Ньютона, акад.

Вавилов указывает, что в этой установке осуществлены принципы коллиматорного устройства, применяемого до сих пор в спектроскопии, и выражает недоумение, каким образом столь тонкий наблюдатель, как Ньютон, при описываемых экспериментальных средствах не открыл фраунгоферовых линий. Эти линии впервые были открыты в 1802 г.

Волластоном, который, описывая своё открытие, замечает: «Впрочем, бесполезно подробнее описывать явления, меняющиеся в зависимости от яркости света, и объяснение которых я не могу принять на себя». «Может быть, такие же соображения заставили и Ньютона умолчать о чёрных линиях солнечного спектра», — высказывает предположение акад. Вавилов.

Важнейшим результатом оптических исследований Ньютона является установление им принципов и методов спектроскопии, этого столь мощного отдела современной физики.

Когда современный физик в учебной, заводской или научной лаборатории производит установку призматического спектроскопа, он повторяет те же манипуляции, которые впервые были проделаны Ньютоном. Он будет так же устанавливать призму на угол наименьшего отклонения, регулировать и фокусировать щель коллиматора, как это делал Ньютон.

Забегая вперёд, мы скажем здесь, что Ньютоном была осуществлена и первая дифракционная спектральная установка и были предприняты первые промеры длин волн интерференционным методом.

Получив монохроматический пучок, Ньютон тщательно исследует его свойства. Он находит, что его показатель преломления для данной поверхности падения остаётся неизменным и, следовательно, преломление монохроматического пучка происходит без дисперсии. Точно так же остаётся неизменной и отражательная способность пучка.

Цветность пучка при отражениях и преломлениях не меняется.

Проверяя теории Аристотеля и Доминиса, Ньютон помещает на границе с тенью различные цвета спектра и приходит к выводу: «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». Цветность луча, по Ньютону, является его изначальным, неизменным свойством, и Ньютон, основываясь, на многочисленных опытах, высказывает следующее утверждение, имеющее весьма важное значение для установления взглядов Ньютона на природу света.

Предложение II. Теорема II.

«Всякий однородный свет имеет собственную окраску, отвечающую степени его преломляемости, и такая окраска не может изменяться при отражениях и преломлениях».

Современная физика внесла поправку в этот постулат Ньютона. Длина волны света меняется при отражении от движущихся зеркал, меняется, при рассеянии рентгеновских лучей (эффект Комптона), при комбинационном рассеянии (эффект Рамана, Ландсберга и Мандельштама).

Если исключить эти тонкие эффекты, то постулат Ньютона оправдывается с большой точностью.

Ньютон в мемуаре «Одна гипотеза, объясняющая свойства света», так формулирует этот важный постулат: «Вид цвета и степень преломляемости, свойственные каждому отдельному сорту лучей, не изменяются ни преломлением, ни отражением, ни какой-либо иной причиной, которую я мог наблюдать. Если какой-нибудь сорт лучей был хорошо отделён от лучей другого рода, то после этого он упорно удерживал свои окраску, несмотря на мои крайние старания изменить её».

Но в таком случае и Ньютон и его оппонет Гук хорошо понимали логическую необходимость этого вывода — свет есть нечто, обладающее тем неизменным качеством, каким является его цветность, определяющая его преломляемость.

«… Поскольку цвета — качества света, имеющие лучи своим полным и непосредственным субъектом, то можно ли думать и о лучах, как о качествах, если только качество не может быть субъектом» и поддержкой другого качества, что значило бы назвать его в действительности субстанцией.

Мы признаём тела субстанций только по их ощущаемым качествам, и, буде главные качества чего-то найдены, у нас достаточно оснований полагать это нечто также субстанцией».

Но Ньютон избегает категорического вывода, и когда Гук на основании приведённой выше цитаты приписывает ему утверждение телесности цвета, то он протестует, говоря, что такое утверждение представляет «самое большее… очень вероятное следствие доктрины, но не основное предложение». Он стремится перевести спор на почву достоверно установленных фактов, избегая гипотез.

Это оказывается невозможным, и Ньютон принимает решение не публиковать своих оптических работ при жизни Гука. Несомненно, что Ньютону была ясна сложность свойств света, которые было затруднительно объяснить с помощью как одной волновой гипотезы, так и корпускулярной гипотезы. Однако он все более и более склонялся на сторону последней.

Может быть, этим предпочтением корпускулярной, гипотезе можно объяснить существенные ошибки и пробелы ньютоновской «Оптики». Так, Ньютон, считая преломляемость изначальным качеством светового луча, игнорировал роль вещества и считал дисперсию лучей одинаковой для всех веществ. Отсюда он делал ошибочный вывод о невозможности устранения хроматической аберрации.

Радикальное улучшение оптической аппаратуры могло быть достигнуто, по мнению Ньютона переходом от рефракторов к рефлекторам, и он сам сконструировал такой рефлектор в 1668 г., а затем второй — в 1671 г. Из доктрины Ньютона вытекали его воззрения на цветность тел. Цвета тел обусловлены их способностью отражать одни лучи сильнее, чем другие.

Изучая вопрос о цветности тел, Ньютон не мог не обратиться к исследованию явлений, наблюдаемых в тонких плёнках, явлений, которыми до него занимались Бойль, Гримальди и Гук. Но в отличие от своих предшественников, Ньютон переходит от качественных поверхностных наблюдений к глубокому анализу этих явлений.

Желая изучить найденную еще Гуком связь между окраской плёнки и её толщиной, Ньютон придумывает то замечательное расположение линз, которое ныне известно под именем установки для получения ньютоновых колец. Он установил, что получаемые кольца были видны как в проходящем, так и в отраженном свете, но порядок чередования цветов в обеих картинах был обратный.

Там, где в отраженном свете наблюдалось кольцо определённого цвета, в проходящем было кольцо дополнительного цвета. Им была установлена зависимость радиуса кольца от толщины слоя и наклона падающих лучей. Он установил, что квадраты диаметров колец возрастают в арифметической прогрессии нечётных или чётных чисел.

Изучая чередование колец, Ньютон открывает периодичность света и, по существу, измеряет впервые длину волны (Точнее, пространственный интервал, соответствующий четверти длины волны. Понятно, что сам Ньютон о длине волны не говорит.), являющуюся основной характеристикой этой периодичности. Акад. Вавилов даёт сопоставление измерений Ньютона с современными данными (см. ниже таблицу).

Как видим, измерения Ньютона были произведены с изумительной но тому времени точностью. Отмечаются только значительные расхождения в оранжево-красной части спектра, что вполне понятно при отсутствии достаточно надёжных ориентиров в спектре, особенно в крайних его частях. Такие ориентиры были найдены впоследствии Фраунгофером.

Открытие периодичности света Ньютоном расценивалось им по справедливости как фундаментальное обстоятельство. Современники Ньютона Гук и Гюйгенс, равно как и последующие оптики, не в состоянии были понять значения этого открытия, иначе судьба корпускулярной теории была бы решена раньше исследований Френеля.

Ньютон понимал необходимость истолкования найденных фактов и дал оригинальную теорию «приступов», по которой частицы светового луча обладают некоторой внутренней периодичностью, так что у них сменяется периодическая фаза лёгкого прохождения фазой лёгкого отражения, и наоборот.

Если частица падает на отражающую, поверхность в первой фазе, она будет пропущена eю, в противоположном же случае она будет ею отброшена. Эту свою теорию приступов Ньютон формулирует в следующих выражениях:

Предложение XII.

«Каждый луч света при своём прохождении через любую преломляющую поверхность приобретает некоторое преходящее строение или состояние, которое при продвижении луча возвращается через равные интервалы и располагает луч при каждом возвращении к лёгкому прохождению черёз ближайшую преломляющую поверхность, между же возвращениями — к лёгкому отриженйю».

Ньютон устанавливает, что наибольшая разность хода лучей, при которой ещё может происходить интерференция, составляет несколько тысяч таких переменных чередований. Эти чередования зависят от обеих поверхностей: «Они происходят… на второй поверхности, ибо, если бы они происходили на первой, прежде чем лучи дошли до второй, они не зависели бы от второй поверхности».

«На них влияет также некоторое действие или расположение, распространяющееся от первой поверхности, так как иначе на второй поверхности они не зависели бы от первой. И это действие или расположение при своём распространении прерывается и возвращается через равные интервалы».

«Какого рода это действие или расположение? Я не исследую здесь, состоит ли оно из вращательного или колебательного движения луча, или среды, или из чего-либо ещё.

Те, которые неохотно одобряют всякое новое открытие, если оно не объясняется гипотезой, могут в настоящем случае предположить, что, подобно тому, как камни, падая на воду, приводят её в колебательное движение, и все тела при ударе возбуждают колебания в преломляющей или отражающей среде или веществе, заставляя двигаться твёрдые части преломляющего или отражающего тела, и таким движением вызывают в теле увеличение тепла или жара; можно предположить, что колебания, возбуждённые таким образом, распространяются в преломляющей или отражающей среде или веществе, подобно тому, как колебания распространяются в воздухе, вызывая звук, и движутся быстрее, чем лучи, обгоняя их; когда луч находится в той части колебания, которая согласуется с его движением, он легко пробивается через преломляющую поверхность; находясь в противоположной части колебания, мешающей его движению, он легко отражается; следовательно, каждый луч попеременно располагается или к лёгкому отражению, или в лёгкому пропусканию каждым колебанием, обгоняющим его. Я не разбираю здесь, верна или ошибочна эта гипотеза. Я довольствуюсь простым открытием, что лучи света благодаря той или иной причине попеременно располагаются к отражению или преломлению во многих чередованиях».

Верный своему индуктивно-эмпирическому методу, Ньютон высказывает свою гипотезу направляющих волн очень осторожно. Но этой гипотезы он придерживается с постоянством, заставляющим думать, что он усматривал в ней нечто большее, чем первое пришедшее в голову объяснение. Гипотеза направляющих волн высказана была им в мемуаре! 1675 г.

Она сохранилась во всех изданиях «Оптики», и в «вопросах» последней Ньютон снова возвращается к ней (вопрос 17 «Оптики»), Ньютон усматривал в волновой теории света непреодолимые трудности (о них мы скажем дальше). Но он хорошо представлял природу волнового движения, и открытый им факт периодичности свеча вызвал в его уме образ волнового движения; направляющего движение световых корпускул.

Так Ньютон впервые вводит в оптику дуалистическую теорию волн корпускул. Без этой теории ему трудно было бы объяснить почему одни и те же световые частицы, падая на граничную поверхность, частью отражаются ею, частью пропускаются.

Таким образом, Ньютон всё более и более убеждался в сложности световых корпускул и приходил к выводу о необходимости приписывать световым лучам ряд изначальных свойств: цветность, периодичность и, наконец, поляризацию.

В последней части «Оптики» Ньютон описывает дифракционные явления: тень от волоса, явления у края экрана, дифракцию от щели, образованной двумя лезвиями острых ножей, дифракцию от клина. Эти опыты приводят его к выводу, что световые частицы способны взаимодействовать с частицами тел и отклоняться при прохождении около краёв этих тел.

Странно, однако, что Ньютон не заметил внутренней световой полосы в дифракционной картине от волоса и вообще не заметил уклонения света внутрь геометрической тени.

К «Оптике» Ньютона приложены «вопросы», в которых он намечает дальнейшую разработку оптических задач и обсуждает различные гипотезы света.

Описывая в этих «вопросах» явление двойного лучепреломления и открытую Гюйгенсом поляризацию, Ньютон приходит к выводу о наличии в световом луче полярных свойств: «Каждый луч можно рассматривать, как имеющий четыре стороны, или четверти, две из которых, противоположные одна другой, склоняют луч к не обыкновенному преломлению, как только любая из них повернётся к краю не обыкновенного преломления в кристалле; две же другие стороны, хотя бы и повёрнутые к краю не обыкновенного преломления в кристалле, склоняют его только к обыкновенному преломлению». «… Каждый луч света имеет поэтому две противоположные стороны, изначально наделённые свойством, от которого зависит не обыкновенное преломление, и две другие стороны, этим свойством не наделённые».

Это последнее свойство лучей особенно укрепляет Ньютона в убеждении, что свет представляет корпускулы. «Я говорю только, что как бы то ни было трудно понять, каким образом лучи света, если они не являются телами, могут обладать по двум сторонам постоянной способностью, отсутствующей по другим сторонам, причём независимо от их положения в пространстве или среде, через которую они проходят».

Источник: http://grandkid.ru/opticheskie-issledovaniya-nyutona/

Ньютон Исаак: биография

Исаак Ньютон. Оптика.

Важно отметить, что Ньютон опубликовал не просто предполагаемую формулу закона всемирного тяготения, но фактически предложил целостную математическую модель:

  • закон тяготения;
  • закон движения (второй закон Ньютона);
  • система методов для математического исследования (математический анализ).

В совокупности эта триада достаточна для полного исследования самых сложных движений небесных тел, тем самым создавая основы небесной механики. До Эйнштейна никаких принципиальных поправок к указанной модели не понадобилось, хотя математический аппарат оказалось необходимым значительно развить.

Первым аргументом в пользу ньютоновской модели послужил строгий вывод на её основе эмпирических законов Кеплера. Следующим шагом стала теория движения комет и Луны, изложенная в «Началах».

Позже с помощью ньютоновского тяготения были с высокой точностью объяснены все наблюдаемые движения небесных тел; в этом большая заслуга Эйлера, Клеро и Лапласа, которые разработали для этого теорию возмущений.

Фундамент этой теории был заложен ещё Ньютоном, который провёл анализ движения Луны, используя свой обычный метод разложения в ряд; на этом пути он открыл причины известных тогда нерегулярностей (неравенств) в движении Луны.

153 Исаак Ньютон

Все видео

  • Понравилось 9
  • Не понравилось 2
  • Не по теме
  • Не работает

Закон тяготения позволил решить не только проблемы небесной механики, но и ряд физических и астрофизических задач. Ньютон указал метод определения массы Солнца и планет. Он открыл причину приливов: притяжение Луны (даже Галилей считал приливы центробежным эффектом).

Более того, обработав многолетние данные о высоте приливов, он с хорошей точностью вычислил массу Луны. Ещё одним следствием тяготения оказалась прецессия земной оси. Ньютон выяснил, что из-за сплюснутости Земли у полюсов земная ось совершает под действием притяжения Луны и Солнца постоянное медленное смещение с периодом 26000 лет.

Тем самым древняя проблема «предварения равноденствий» (впервые отмеченная Гиппархом) нашла научное объяснение.

Ньютоновская теория тяготения вызвала многолетние дебаты и критику принятой в ней концепции дальнодействия. Однако выдающиеся успехи небесной механики в XVIII веке утвердили мнение об адекватности ньютоновской модели.

Первые наблюдаемые отклонения от теории Ньютона в астрономии (смещение перигелия Меркурия) были обнаружены лишь через 200 лет. Вскоре эти отклонения объяснила общая теория относительности (ОТО); ньютоновская теория оказалась её приближённым вариантом.

ОТО также наполнила теорию тяготения физическим содержанием, указав материальный носитель силы притяжения — метрику пространства-времени, и позволила избавиться от дальнодействия.

Оптика и теория света

Ньютону принадлежат фундаментальные открытия в древней науке оптике. Он построил первый зеркальный телескоп (рефлектор), в котором, в отличие от чисто линзовых телескопов, отсутствовала хроматическая аберрация.

Он также детально исследовал дисперсию света, показал, что белый свет раскладывается на цвета радуги вследствие различного преломления лучей разных цветов при прохождении через призму, и заложил основы правильной теории цветов.

Ньютон создал математическую теорию открытых Гуком интерференционных колец, которые с тех пор получили название «кольца Ньютона». В письме к Флемстиду он изложил подробную теорию астрономической рефракции.

Но его главное достижение — создание основ физической (не только геометрической) оптики как науки и разработка её математической базы, превращение теории света из бессистемного набора фактов в науку с богатым качественным и количественным содержанием, экспериментально хорошо обоснованным. Оптические опыты Ньютона на десятилетия стали образцом глубокого физического исследования.

В этот период было множество спекулятивных теорий света и цветности; в основном боролись точка зрения Аристотеля («разные цвета есть смешение света и тьмы в разных пропорциях») и Декарта («разные цвета создаются при вращении световых частиц с разной скоростью»). Гук в своей «Микрографии» (1665) предлагал вариант аристотелевских взглядов.

Многие полагали, что цвет есть атрибут не света, а освещённого предмета. Всеобщий разлад усугубил каскад открытий XVII века: дифракция (1665, Гримальди), интерференция (1665, Гук), двойное лучепреломление (1670, Эразм Бартолин (Rasmus Bartholin), изучено Гюйгенсом), оценка скорости света (1675, Рёмер).

Теории света, совместимой со всеми этими фактами, не существовало.

Источник: http://www.people.su/81586_15

Оптика Ньютона

Исаак Ньютон. Оптика.

Биографы Ньютона единодушны в том, что возникновение его интереса к оптике можно отнести к 1664 г. и что в 1665 г. он приобрел призму, “чтобы произвести опыты со знаменитыми явлениями цветов”. Первые успехи в этой области были им достигнуты, вероятно, в период добровольного уединения с 1665 по 1667 г.

в деревенской тиши Вулоторпа, куда он укрылся во время эпидемии чумы, свирепствовавшей в Англии с 1664 по 1667 г. В 1668 г. учитель Ньютона Исаак Барроу нашел его столь компетентным в оптике, что доверил ему просмотр своей собственной работы “Lectiones opticae et geometriae” (“Лекции по оптике и геометрии”), вышедшей в Лондоне в 1674 г. (разрешение на печать датировано 1668 г.).

Это сотрудничество действительно поражает многих биографов Ньютона, которых смущает тот факт, что Ньютон мог пропустить без комментариев устаревшие представления Барроу о цветах. На этом основании строятся некоторые заключения о том, что в 1668 г. Ньютон еще не получил ни одного из своих фундаментальных результатов, касающихся природы цветов.

Вывод этот слишком поспешный, поскольку просматривать работу другого автора не значит подменять его представления своими.

В 1669 г. Барроу уступил Ньютону лукасовскую кафедру в Кембридже и Ньютон сам начал читать оптику. К этому периоду относятся его “Lectiones opticae” (“Лекции по оптике”), опубликованные посмертно в 1729 г. Научный мир узнал об открытии Ньютона о природе цветов из доклада, опубликованного в 1672 г. и вызвавшего критические замечания ряда ученых, и в частности Гука.

За ним последовала долгая полемика, сильно огорчившая Ньютона, человека весьма раздражительного и чувствительного к критике. Дело кончилось тем, что Ньютон заперся в своей лаборатории, чтобы там в тишине завершить свою фундаментальную работу по оптике, которую опубликовал в Лондоне в 1704 г.

под названием “Optics” (“Оптика”) в момент, представлявшийся ему благоприятным (годом раньше умер Гук). В предисловии Ньютон говорит, что значительная часть этой работы была написана в 1675 г. и направлена секретарю Королевского общества для прочтения на заседании. Через 12 лет Ньютон написал к ней добавление, чтобы сделать теорию более полной.

Еще позже он добавил третью книгу. Еще при жизни Ньютона вышли второе издание “Оптики” в 1717 г. и третье в 1721 г. С согласия автора работа в 1706 г. была переведена на латинский язык Кларком(17), а в 1720 г. — на французский язык Костом (под редакцией Дезагюлье).

В XVIII веке был широко распространен латинский перевод Кларка, многократно переиздававшийся, которого мы и будем придерживаться, отказываясь, таким образом, от прослеживания хронологии различных открытий и формирования взглядов Ньютона.

“Оптика” состоит из трех книг.

В первой рассматриваются отражение, преломление и дисперсия света (анализ и синтез цветов) с приложением к объяснению радуги и с отступлением, посвященным телескопам и отражению.

Во второй книге рассматриваются цвета тонких пленок. Наконец, третья книга содержит краткое экспериментальное исследование дифракции и заканчивается 31 “вопросом” теоретического характера.

Книга начинается провозглашением верности экспериментальному методу и обещанием описывать явления, не выдвигая гипотез: “Мое намерение в этой книге,— предупреждает автор,— не объяснять свойства света гипотезами, но изложить и доказать их рассуждением и опытами. Для этого я предпосылаю следующие определения и аксиомы”…

Но нет и речи о том, чтобы Ньютон придерживался этой программы.

Сразу же после этих слов читателя поражает первое определение, которое либо ничего не означает, либо говорит о явно корпускулярном характере теории.

Первое определение гласит: “Под лучами света я разумею его мельчайшие части, как в их последовательном чередовании вдоль тех же линий, так и одновременно существующие по различным линиям”.

А что означает утверждение: “луч света — это его мельчайшая часть”? Мы видим, что для Ньютона луч света — это уже не траектория в понимании древнегреческих геометров, а, как говорится в пояснении к этому определению, “наименьший свет или часть света… которая может быть оставлена одна, без остального света, или же распространяется одна, или совершает или испытывает одна что-либо такое, чего не совершает и не испытывает остальной свет”.

Иными словами, Ньютон был жертвой иллюзии, присущей многим экспериментаторам: заявляя о желании придерживаться только фактов и отбросить всякие теории, он одновременно основывает истолкование своих  экспериментальных результатов на новой теоретической концепции светового луча — концепции корпускулярной, или, если пользоваться современным термином, квантовой.

Далее идет еще восемь определений, столь же неясных, как и первое, и восемь “аксиом”, резюмирующих геометрическую оптику того времени: законы отражения и преломления, законы образования изображений.

ДИСПЕРСИЯ СВЕТА И ПРИРОДА ЦВЕТОВ

Следующая за этим экспериментальная часть выдержала испытание временем и по существу осталась основой современной физической оптики.

Было бы излишне подчеркивать гениальность постановки проблемы, искусность ее решения, точность измерений.

Достаточно лишь обратить внимание на громадный скачок, произошедший под влиянием работ Ньютона в исследованиях преломления в призме, которыми занимались до него очень многие физики, начиная с Мавролика и даже, если хотите, с Сенеки.

Первая группа опытов, весьма простых, состояла в наблюдении через призму двухцветной полоски бумаги (красной и синей), освещенной солнцем.

Опыт по дисперсии света  позволил  Ньютону прийти  к  фундаментальному выводу: “Лучи, отличающиеся по цвету, отличаются и по степени преломляемости”.

И если само это утверждение и не вполне ново, поскольку оно высказывалось еще в 1648 г. Марко Марчи (1595—1667), зато весь комплекс последующих экспериментов, дающих ему окончательное подтверждение, был весьма новым, так что не мог пройти незамеченным.

Проделав небольшое круглое отверстие в ставне окна темной комнаты, Ньютон заставил пучок лучей, проходящих через это отверстие, падать на призму с большой дисперсией и направлял “спектр” на противоположную стену, находившуюся на расстоянии в несколько метров.

Тщательные наблюдения позволили ему установить, что наилучшие экспериментальные условия достигаются, когда призма находится, как говорят сейчас, в положении наименьшего отклонения, которое может быть легко найдено поворотом призмы вокруг своей оси. В первой серии опытов, проведенных с помощью такого приспособления, выделяется опыт с двумя скрещенными призмами.

Эти опыты убедили Ньютона в том, что цвета присутствуют в солнечном свете, а призма лишь разделяет их, и привели его к установлению взаимно однозначного соответствия между степенью преломления и цветом с вытекающей отсюда поправкой к закону преломления Декарта: показатели преломления действительно постоянны для двух заданных сред при любых углах падения, но меняются при изменении цвета. Отсюда следует, что линза имеет столько фокусов, сколько цветов содержится в падающем на нее свете. И Ньютон подтверждает это следствие с помощью опытов, совпадающих с теми, которые и сейчас ставятся в средних школах.

В этом месте Ньютон критически исследует вопрос о чистоте спектра и описывает прибор, состоящий из линзы и призмы и представляющий собой не что иное, как коллиматор спектроскопа Фраунгофера.

Почему же Ньютон не заметил тогда черных полос солнечного спектра? Возможно, потому, что зрение у него было слабое и наблюдения проводил ассистент.

Это обстоятельство следует считать счастливой случайностью, так как обнаружение темных полос вызвало бы усложнение, которое Ньютону не так-то легко было бы распутать.

В другой серии опытов Ньютон разлагает свет с помощью призмы, направляет спектр на экран, в котором проделана узкая щель, и направляет свет, проходящий через эту щель, на вторую призму, которая отклоняет его, но уже не разлагает.

Эта группа опытов, имеющая фундаментальное значение для спектроскопии, привела Ньютона к понятию однородного света: “Всякий однородный свет имеет собственную окраску, отвечающую степени его преломляемости, и такая окраска не может изменяться при отражениях и  преломлениях”.

Тем самым с предельной очевидностью было экспериментально подтверждено предвидение Декарта о природе цветов: тела, на которые падает свет, не производят цветов, и лучи не окрашиваются philosophice et proprie (сами по себе); лучам свойственна определенная способность возбуждать в нас ощущение того или иного цвета. Следуя многовековой традиции, Ньютон насчитывает семь цветов (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый), не считая белого и черного.

После анализа цветов Ньютон переходит к следующей серии опытов, в равной мере изумительных, к синтезу цветов. Некоторые из этих опытов стали классическими и приводятся теперь в учебниках физики.

Сюда относится, например, опыт с гребенкой, которая быстро перемещается перед спектром, так что он кажется белым благодаря явлению стойкости изображения, которому Ньютон не дал более точного объяснения, или же опыт с обратным сложением цветов с помощью второй призмы.

Все эти открытые Ньютоном свойства света позволили ему дать новое, более полное объяснение радуги и истолковать цвета тел как результат избирательного поглощения падающего на них света. Однако эта последняя часть не избегла критики.

Ньютону был показан опыт, в котором цвета, получающиеся при поглощении, ведут себя отлично от цветов спектра.

Тем не менее он считал возможным применять к цветам спектра правила смешения цветных красок и говорил, например, что зеленый цвет спектра получается смешением желтого и синего.

ЗЕРКАЛЬНЫЙ ТЕЛЕСКОП

В проведенном выше анализе содержания  первой книги “Оптики” мы опустили одно интересное отступление автора.

  Ставя свои великолепные опыты со скрещенными призмами, Ньютон пытался объяснить их с помощью выдвинутой в “Началах” гипотезы, которая:  привела его к заключению о том, что дисперсия пропорциональна степени  преломления.

Это и есть знаменитая “ошибка Ньютона”, ошибка, которой  он мог бы избежать, если бы прибег к экспериментальной проверке. Но,  найдя для единственного случая значение отношения степени преломления к дисперсии равным 27,5, Ньютон решил, что это отношение должно  во всех случаях иметь то же значение. В 1676 г.

бельгийский физик Лукас  в докладе Академии наук сообщил, что он повторил опыты Ньютона 1672 г.

и нашел их верными, за исключением одного количественного отличия: его призма с углом преломления 60° давала спектр, длина которого втрое больше ширины, тогда как Ньютон с призмой с углом преломления 63°12' получил спектр, длина которого в пять раз больше ширины. Таким образом, дисперсия оказывается непропорциональной степени преломления. Однако Ньютон выдвинул против этого ряд хитроумных возражений, поставив под сомнение точность опыта Лукаса и вновь подтвердив свое мнение, которое не желал даже подвергать сомнению. Трудно понять, в чем причина этого упорства Ньютона.

Если дисперсия пропорциональна степени преломления, то ахроматические призмы или линзы невозможны.

Изображения, образуемые линзами, всегда искажены сопутствующим им окрашиванием, “цветовыми помехами”, как говорил Ньютон, или хроматической аберрацией, как сказали бы мы.

В то время как сферическая аберрация может быть уменьшена за счет диафрагмирования линз, хроматическая аберрация никогда не может быть уменьшена.

Поэтому Ньютон начинает заниматься подзорными трубами с зеркалами, или телескопами, как их теперь называют. Как известно, в этом приборе изображение объекта, образуемое вогнутым зеркалом, рассматривается через увеличивающую линзу.

К прибору такого типа приблизились в своих работах Сарпи и Порта. О нем говорил Галилей со своими учениками. Отрицательное суждение о таком приборе высказал Кавальери.

Телескоп был описан также Николо Цукки (1586—1670) в его “Optica philoso-phica” (“Философская оптика”), изданной в 1652—1656 гг. Возможно, что одна такая труба была сконструирована еще в 1616 г.

В телескопе Цукки лучи, отраженные от большого сферического металлического зеркала, попадают на маленькое коаксиальное стеклянное зеркало и далее идут к наблюдателю через линзу, расположенную в отверстии в центре большого зеркала.

Мерсенн модифицировал телескоп Цукки, сделав оба зеркала параболическими и устранив линзу: изображение, образуемое маленьким зеркалом, рассматривалось непосредственно через отверстие в большом зеркале. На том же принципе основан телескоп, предложенный в 1663 г. Джемсом Грегори (1638-1675).

Однако Ньютон, по-видимому, ничего не знал обо всех этих предшествующих работах и в 1668 г. сконструировал свой первый телескоп на основе собственных исследований. Конструктивно этот телескоп отличался от предшествующих одной весьма простой, но остроумной особенностью.

В прежних вариантах из-за отверстия в большом зеркале вблизи его центра не использовалась  наиболее  действенная часть падающих  лучей.

  Ньютон же направлял изображение от вогнутого зеркала на маленькое плоское зеркало, наклоненное под углом 45° к оси телескопа, и производил наблюдения его через линзу, помещенную в боковой стенке телескопа. Приспособление это   весьма простое, хотя и несколько неудобное.

Первая такая труба длиной всего 15 см с зеркалом радиусом 25 мм давала увеличение в 40 раз, что позволяло видеть спутники Юпитера, однако изображение было неясным.

Усовершенствованию телескопа Ньютон посвятил не менее пятнадцати лет, исследовав большое число сплавов для изготовления зеркала и прежде всего введя новый метод его полировки. Уже в 1671 г.

он построил телескоп больших размеров и значительно лучшего качества, чем прежний. Он послал его в дар королю Карлу II.

Телескоп был представлен на рассмотрение Королевского общества, которое единодушно оценило его  важность и избрало Ньютона членом общества.

Исследование зеркального телескопа было отправной точкой всей научной деятельности Ньютона. Вместе с тем этот прибор, усовершенствованный в 1789 г. Гершелем (1738—1822), сопутствует прогрессу инструментальной астрономии вплоть до наших дней.

Значительно меньший успех пришелся на долю разрабатывавшегося Ньютоном зеркального микроскопа, сконструированного в 1827 г. Джован Баттиста Амичи (1776—1863) и нашедшего применение лишь в нашем веке для некоторых специальных исследований.

КОЛЬЦА, ДИФРАКЦИЯ И ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ В “ОПТИКЕ” НЬЮТОНА

В первой части второй книги “Оптики”, состоящей из четырех частей, описывается серия основополагающих опытов, проведенных с исключительным искусством и ставших классическими. Эта часть работы представляет собой истинный шедевр экспериментального искусства.

Здесь Ньютон возобновляет исследование цветов тонких слоев, начатое еще Гуком, но в то время как Гук исследовал слои постоянной толщины, которую безуспешно пытался непосредственно измерить, Ньютон воспользовался счастливой идеей Бойля применить в опытах слои с непрерывно изменяющейся толщиной.

Применявшееся Ньютоном классическое устройство общеизвестно: плосковыпуклая линза с очень малой кривизной, опирающаяся своей плоской стороной на другую линзу, двояковыпуклую. При падении на поверхность линзы белого света Ньютон, как до него Бойль, а после него все студенты, обучающиеся физике, наблюдая отражение света, т. е.

глядя с той же стороны, откуда падает свет, видел темное пятно, соответствующее точке соприкосновения двух линз, окруженное последовательностью чередующихся светлых и темных концентрических колец радужной окраски.

Ньютон наблюдал это явление не только в белом свете, но и в монохроматическом. Качественно явление носило такой же характер, но в то время как в белом свете видны были лишь восемь или девять колец, в монохроматическом свете было видно их несколько десятков.

Это явление представлялось значительно более эффектным, если кольца, полученные в белом свете, рассматривались через призму: в этом случае каждое радужное кольцо как бы состояло из бесконечной системы колец различного цвета, смещенных относительно друг друга.

Многочисленные опыты с этим величественным явлением и точные измерения позволили Ньютону открыть различные закономерности, оставшиеся справедливыми и по настоящее время: радиусы колец (светлых и темных) растут пропорционально квадратному корню из их порядкового номера, так что радиус четвертого кольца вдвое больше радиуса первого кольца, а радиус девятого кольца — втрое больше; кольца расположены тем ближе, чем больше степень преломляемости света, т. е. радиусы колец одного и того же порядкового номера регулярно уменьшаются при переходе от красного цвета к фиолетовому; темные кольца образуются всегда при толщинах слоев, кратных некоторому наименьшему значению, зависящему от цвета; толщина, соответствующая красным кольцам, составляет 14/9 толщины, соответствующей фиолетовым кольцам того же порядка; кольца сближаются, если пространство между обеими линзами заполняется водой.

Весь этот комплекс количественных экспериментальных результатов не мог не вызвать полнейшего изумления и не мог не привести к мысли о наличии некоторой периодичности, характерной для каждого цвета. Поэтому Ньютон был вынужден дать хотя бы формальное объяснение этой периодичности.

С этой целью он прежде всего замечает, что материю следует считать весьма “пористой”, т. е. состоящей из отдельных крупинок, погруженных в пустое пространство, подобно тому как туман состоит из капелек воды, окруженных воздухом.

Отсюда следует, что отражение света не может быть обусловлено упругим ударом частиц света о вещество, и, согласно Ньютону, многие оптические явления подтверждают эту точку зрения. Как же тогда объяснить отражение?

“Каждый луч света при своем прохождении через любую преломляющую поверхность приобретает некоторое преходящее строение или состояние, которое при продвижении луча возвращается через равные интервалы и располагает луч при каждом возвращении к легкому прохождению через ближайшую преломляющую поверхность, а между возвращениями — к легкому отражению”.

Определив “приступы” (vices) отражения или преломления как периодическое возвращение предрасположения луча к отражению или преломлению, а периоды приступов как промежутки времени между двумя последовательными приступами, Ньютон следующим образом отвечает на вопрос, почему свет, попадающий на границу раздела двух сред, частично отражается, а частично преломляется: “Свет находится в состоянии приступов легкого отражения и легкого преломления и до падения на прозрачные тела. И, вероятно, он получил такие приступы при первом испускании от светящегося тела, сохраняя их во время своего пути. Что же в конце концов — эти приступы свойственны свету, присущи ему с самого момента его излучения или же они являются приобретенным свойством, т. е. приобретаются в момент прохождения света через тела? Ньютон считает свойства света то внутренними, то приобретенными, в зависимости от того, что более удобно. Ньютон чувствовал противоречивость и затруднительность своей позиции, но настаивал на том, что не выдвигает никаких гипотез и что приступы — это просто констатация факта, какова бы ни была их природа. Тут же он добавляет, правда, что те, кто любит строить гипотезы картезианского типа, могут представить себе, что, так же как камни, падая в воду, вызывают в ней определенное колебательное движение, так и световые корпускулы, ударяясь об отражающие или преломляющие поверхности, возбуждают колебания, распространяющиеся быстрее самих частиц света и потому обогняющие их; эти волны, действуя на корпускулы определяют и обусловливают приступы легкого прохождения и легкого отражения.

Верна или ошибочна эта гипотеза, Ньютон не хочет разбирать: “Я довольствуюсь простым открытием, что лучи света благодаря той или иной причине попеременно располагаются к отражению или преломлению во многих чередованиях”.

Несмотря на противоречия, неясности и поправки, теория приступов является весьма глубоким представлением, которое теперь, в свете волновой механики,  может  быть  лучше  понято  и точнее  оценено.

Первая часть третьей книги “Оптики” содержит несколько экспериментальных исследований явлений, открытых Гримальди. Однако Ньютон старается обойти слово “дифракция”.

Как по подходу, так и по интерпретации эти его опыты сильно уступают описанным в первых двух книгах и подобраны с целью представления явления дифракции как результата действия притяжения вещества на световые корпускулы: лучи света, проходя близ краев тел, испытывают притяжение и потому изгибаются.

Ньютон чувствует недостаточность этой части работы и в экспериментальном и в теоретическом  отношении и заканчивает честным признанием:”Производя предыдущие наблюдения, я намеревался повторить большинство из них с большей тщательностью и точностью и сделать некоторые новые наблюдения для определения способа, каковым лучи света изгибаются при их прохождении около тел, создавая цветные каемки с темными линиями между ними. Но я был тогда прерван и не могу теперь думать о том, чтобы приняться за дальнейшее рассмотрение этих предметов. Ввиду того что я не завершил этой части моего плана, я закончу предложением только нескольких вопросов для дальнейшего исследования, которое произведут другие”.

И дальше следует 31 вопрос, “которые служат,— как добавляет Кост в латинском переводе,— заключением всего труда”. В действительности же вопросы касаются не только оптики, но и гравитации, и химии, и других частных явлений.

В них собраны разнообразные соображения Ньютона, в которых наряду с многими глубокими мыслями встречаются и ошибки и очевидные противоречия; это сырой материал, который в последующих изданиях обновлялся и дополнялся, однако так и остался несистематизированным и несогласованным.

Вопросы 25 и 26 касаются двойного лучепреломления. То, что рассмотрение этого явления помещено в этой части труда, свидетельствует, по нашему мнению, о том, что Ньютон смог исследовать его экспериментально лишь довольно бегло и в общих чертах.

И действительно, он ограничивается описанием исландского шпата и повторением опытов Бартолина и Гюйгенса. Интерпретировать эти опыты очень трудно.

Ньютон ограничивается тем, что в вопросе 26 робко выдвигает идею возможного объяснения этого явления с помощью гипотезы, согласно которой лучи света, т. е.

световые корпускулы, обладают “различными сторонами” специальной формы, так что поведение корпускул зависит от того, какой стороной они ударяются. Ньютон вводит здесь понятие поляризации света, однако не настаивает на нем и не рассматривает никаких его приложений.

Страница 1 – 1 из 2
Начало | Пред. | 1 2 | След. | Конец | Все
© Все права защищены http://www.portal-slovo.ru

Источник: https://www.portal-slovo.ru/impressionism/36330.php

W

Исаак Ньютон. Оптика.

[

сайта] ., 1954).

с. 274–285

    Вопрос 27.

Не ошибочны ли все гипотезы, изобретённые до сих пор для объяснения явлений света посредством новых модификаций лучей? Ибо эти явления зависят не от новых модификаций, как предполагалось, но от изначальных и неизменных свойств лучей 163.

    Вопрос 28.

Не ошибочны ли все гипотезы, в которых свет приписывается давлению или движению, распространяющемуся через некоторую жидкую среду? Ибо во всех этих гипотезах явления света объяснялись до сих пор предположением, что они возникают вследствие новых модификаций лучей, что является ошибочным предположением.

    Если бы свет состоял только в давлении, распространяющемся без действительного движения, он не был бы способен двигать и нагревать тела, его преломляющие и отражающие. Если бы он состоял в движении, мгновенно распространяющемся на все расстояния, то требовалась бы каждый момент бесконечная сила в каждой светящейся частице, чтобы производить движение.

Если бы свет состоял в давлении или движении, распространяющихся мгновенно или во времени, он должен бы загибаться внутрь тени. Ибо давление или движение не могут распространяться в жидкости по прямым линиям около препятствия, задерживающего часть движения, – они будут загибаться и распространяться повсюду внутри покоящейся среды, лежащей за препятствием.

Тяжесть направлена вниз, но давление воды, возникающее от тяжести, направлено всюду с равной силой и распространяется столь же легко и с такой же силой в стороны, как и вниз, через извилистые проходы так же, как через прямые.

Волны на поверхности стоячей воды, проходя по сторонам широкого препятствия, задерживающего часть волн, после этого загибаются и постоянно расширяются в покоящуюся воду за препятствием. Волны, пульсации или колебания воздуха, из которых состоит звук, ясно загибаются, однако не так сильно, как водяные волны.

Ибо колокол или пушку можно слышать за холмом, загораживающим вид звучащего тела, и звук распространяется так же легко по извилистым трубкам, как по прямым. Относительно света неизвестно ни одного случая, чтобы он распространялся по извилистым проходам или загибался внутрь тени

164. Ибо при прохождении одной из планет между Землей и неподвижными звёздами последние перестают быть видимыми. То же происходит с частями Солнца при прохождении Луны, Меркурия или Венеры. Лучи, проходящие очень близко от краёв какого-нибудь тела, немного загибаются действием тела, как мы видели выше; но это загибание направлено не внутрь, но от тени и происходит только при прохождении луча около тела и на очень малом расстоянии от него. Как только луч проходит мимо тела, он идёт дальше по прямой.

    Объяснять необыкновенное преломление исландского кристалла распространяющимся давлением или движением до сих пор не пытались (насколько мне известно), за исключением Гюйгенса, предположившего для этой цели две различные колеблющиеся среды внутри такого кристалла.

Но когда он попробовал изучить преломления в двух последовательных кусках этого кристалла и нашёл, что они происходят так, как указано выше, он признался сам, что не может их объяснить.

Ибо давления или движения, распространяющиеся от светящегося тела сквозь однородную среду, должны быть одинаковы со всех сторон; между тем из этих опытов ясно, что лучи света имеют различные свойства по их различным сторонам.

Он предположил, что пульсации эфира при прохождении через первый кристалл могут получать некоторые новые модификации, которые определяют, будут ли пульсации распространяться в той или другой среде внутри второго кристалла, соответственно положению этого кристалла.

Какого рода эти видоизменения, – он, однако, не мог сказать и не мог придумать чего-либо удовлетворительного в этом отношении 165.

Если бы он знал, что необыкновенное преломление зависит не от новых видоизменений, но от изначальных и неизменяемых расположений лучей, он нашёл бы, что всё же трудно объяснить, каким образом эти расположения, сообщаемые лучам первым кристаллом, по его предположению, могут существовать в лучах до их падения на этот кристалл, и вообще каким образом все лучи, испускаемые светящимися телами, могут иметь в себе такие расположения с самого начала. Мне, по крайней мере, это кажется необъяснимым, если свет не что иное как давление или движение, распространяющееся через эфир.

    Так же трудно объяснить при помощи этой гипотезы, каким образом лучи могут находиться попеременно в приступах лёгкого отражения или лёгкого прохождения; разве только можно предположить, что во всём пространстве существуют две эфирные колеблющиеся среды, причём колебания одной из них составляют свет, колебания же другой быстрее, и всякий раз, как последние обгоняют колебания первой среды, они приводят их в указанные приступы. Однако непонятно, каким образом два эфира могут быть рассеяны по всему пространству, причём один из них действует на другой, а следовательно, испытывает и противодействие, не замедляя, не возмущая, не рассеивая и не спутывая движений друг друга. Против заполнения неба жидкими средами, если они только не чрезвычайно разрежены, возникает большое сомнение в связи с правильными и весьма длительными движениями планет и комет по всякого рода путям в небесном пространстве. Ибо отсюда ясно, что небесное пространство лишено всякого заметного сопротивления, а следовательно, и всякой ощутимой материи.

    Ибо сила сопротивления жидкой среды возникает частью от трения частей среды и частью от

Vis inertiae материи. Та часть сопротивления сферического тела, которая возникает от трения частей среды, весьма точно пропорциональна диаметру или по большей части произведению диаметра на скорость сферического тела. Та же часть сопротивления, которая возникает от Vis inertiae материи, пропорциональна квадрату того же произведения. По этой разнице можно различить два сорта сопротивления один от другого в любой среде; если разделить сопротивления таким образом, то можно найти, что почти всё сопротивление тел большой величины, движущихся в воздухе, воде, ртути и тому подобных жидкостях с большой скоростью, происходит от Vis inertiae частей жидкости 166.

    Та часть силы сопротивления некоторой среды, которая возникает от вязкости или трения частей среды, может быть уменьшена, если материю разделить на более мелкие части и сделать эти части более гладкими и скользкими. Но та часть сопротивления, которая происходит от

Vis inertiae, пропорциональна плотности материи и не может быть Уменьшена разделением материи на более мелкие части или какими-нибудь иными способами, кроме уменьшения плотности среды. По этим причинам плотность жидкой среды весьма близко пропорциональна её сопротивлению. Жидкости, немного отличающиеся по плотности, как вода, винный спирт, терпентиновый спирт, горячее масло, немного отличаются и по сопротивлению. Вода в тринадцать или четырнадцать раз легче ртути и, следовательно, в тринадцать или четырнадцать раз разреженнее; сопротивление её в той же пропорции меньше, чем у ртути, или около этого, как я нашел из опытов с маятниками 167. Открытый воздух, которым мы дышим, в восемьсот или девятьсот раз легче воды и, следовательно, в восемьсот или девятьсот раз разреженнее; соответственно его сопротивление меньше, чем у воды, в той же пропорции или около этого, как я также нашёл из опытов с маятниками. В разреженном воздухе сопротивление ещё меньше и, наконец, при дальнейшем разрежении становится незаметным. Ибо маленькие перья, падая на открытом воздухе, встречают большое сопротивление, но в высоком стеклянном сосуде, хорошо освобождённом от воздуха, они падают так же быстро, как свинец или золото, как я несколько раз видел на опыте. Поэтому сопротивление, по-видимому, продолжает уменьшаться пропорционально плотности жидкости. Ибо ни в одном опыте я не нашёл, чтобы тела, движущиеся в ртути, воде или в воздухе, встречались с каким-либо иным заметным сопротивлением, кроме того, которое возникает от плотности и вязкости этих ощутимых жидкостей, что, однако, должно бы произойти, если бы поры этих жидкостей и все другие пространства были наполнены плотной и тонкой жидкостью. Если, теперь, сопротивление в сосуде, хорошо освобождённом от воздуха, было хотя бы в сто раз меньше, чем в открытом воздухе, оно должно быть приблизительно в миллион раз меньше, чем в ртути. Но, по-видимому, сопротивление в таком сосуде значительно меньше и ещё меньше в небесном пространстве на высоте трёхсот или четырёхсот миль от земли или выше. Ибо мр. Бойль 168 показал, что воздух можно разредить больше чем в десять тысяч раз в стеклянном сосуде; небесное же пространство значительно разреженнее всякого Vacuum'а, который мы можем получить. Ибо воздух сжимается весом лежащей над ним атмосферы, и плотность воздуха пропорциональна сжимающей силе; поэтому из расчёта следует, что на высоте около семи английских миль от земли воздух в четыре раза реже, чем на поверхности земли, на высоте 14 миль он в шестнадцать раз реже, чем на поверхности; на высоте 21, 28 или 35 миль он соответственно в 64, 256 или 1024 раза реже или около этого; на высоте в 70, 140, 210 миль он приблизительно в 1000000, 1000000000000, 1000000000000000000 раз реже и так далее.

    Тепло весьма сильно увеличивает текучесть, уменьшая вязкость тел. Оно делает жидкими многие тела, которые не жидки на холоде, и увеличивает текучесть таких вязких жидкостей, как масло, бальзам или мёд, уменьшая при этом их сопротивление.

Но тепло незначительно уменьшает сопротивление воды; иное дело должно бы происходить, если бы значительная часть сопротивления воды возникала от трения или вязкости её частей.

Поэтому сопротивление воды возникает главным образом и почти полностью от

Vis inertiae её материи; следовательно, если бы небеса были столь же плотны, как вода, они не имели бы значительно меньшего сопротивления, чем вода; если бы они были плотны, как ртуть, они не имели бы сопротивления значительно меньшего, чем у ртути; если бы они были абсолютно плотны или наполнены материей без всякого Vacuum'a, они имели бы сопротивление больше, чем у ртути, хотя бы материя была тоньше и текучее всякой другой. Твёрдый шар в такой среде будет терять больше половины своего движения, продвигаясь на три длины своего диаметра; нетвёрдый же шар (каковы планеты) будет задерживаться быстрее.

    Поэтому для того, чтобы дать дорогу правильным, длительным движениям планет и комет, необходимо, чтобы небесное пространство было совершенно лишено материи, за исключением, может быть, некоторых очень тонких паров, испарений или истечений, возникающих из атмосфер Земли, планет и комет и от такой необычайно разреженной эфирной среды, которую мы описали выше. Плотная жидкость бесполезна для объяснения явлений природы, – движения планет и комет лучше объясняются без неё. Она служила бы только для возмущения и замедления движений этих больших тел и ослабления мироздания. В порах тел она служила бы только для остановки колебательных движений частей тел, в которых состоит их тепло и активность. И поскольку она бесполезна и мешает действиям природы, делая их слабыми, постольку нет доказательств её существования, и поэтому она должна быть отброшена. Если же её отбросить, то и гипотезы о том, что свет состоит в давлении или движении, распространяющемся через такую среду, отпадают вместе с нею.

    За то, чтобы отбросить такую среду, мы имеем авторитет тех древнейших и наиболее знаменитых философов Греции и Финикии, которые приняли

Vacuum, и атомы, и тяготение атомов как первые принципы своей философии, приписывая, молчаливо, тяжесть некоторой иной причине, а не плотной материи. Позднейшие философы изгнали воззрение о такой причине из натуральной философии, измышляя гипотезы для механического объяснения всех вещей и относя другие причины в метафизику. Между тем главная обязанность натуральной философии – делать заключения из явлений, не измышляя гипотез, и выводить причины из действий до тех пор, пока мы не придём к самой первой причине, конечно не механической, и не только раскрывать механизм мира, но главным образом разрешать следующие и подобные вопросы. Что находится в местах почти лишённых материи и почему Солнце и планеты тяготеют друг к другу, хотя между ними нет плотной материи? Почему природа не делает ничего понапрасну, и откуда проистекают весь порядок и красота, которые мы видим в мире? Для какой цели существуют кометы, и почему все планеты движутся в одном и том же направлении по концентрическим орбитам, в то время как кометы движутся по всевозможным направлениям по очень эксцентрическим орбитам, и что мешает падению неподвижных звёзд одной на другою? Каким образом тела животных устроены с таким искусством, и для какой цели сложат их различные части? Был ли построен глаз без понимания оптики, а ухо без знания акустики? Каким образом движения тел следуют воле, и откуда инстинкт у животных? Не там ли чувствилище животных, где находится чувствительная субстанция, к которой через нервы и мозг подводятся ощутимые образы предметов так, что они могут быть замечены вследствие непосредственной близости к этой субстанции? И если эти вещи столь правильно устроены, не становится ли ясным из явлений, что есть бестелесное существо, живое, разумное, всемогущее, которое в бесконечном пространстве, как бы в своём чувствилище, видит все вещи вблизи, прозревает их насквозь и понимает их вполне благодаря их непосредственной близости к нему. Только образы этих вещей приносятся через органы чувств в наши малые чувствилища и замечаются и удерживаются в них тем, что в нас видит и мыслит. И хотя всякий верный шаг на пути этой философии не приводит нас непосредственно к познаванию первой причины, однако он приближает нас к ней и поэтому должен высоко цениться 169.

    Вопрос 29.

Не являются ли лучи света очень малыми телами, испускаемыми светящимися веществами? Ибо такие тела будут проходить через однородные среды без загибания в тень, соответственно природе лучей света. Они могут иметь также различные свойства и способны сохранять эти свойства неизменными при прохождении через различные среды, в чём заключается другое условие лучей света. Прозрачные вещества действуют на лучи света на расстоянии, преломляя, отражая и изгибая их, и взаимно лучи двигают части этих веществ на расстоянии, нагревая их; это действие и противодействие на расстоянии очень похожи на притягательную силу между телами. Если преломление происходит благодаря притяжению лучей, синусы падения должны находиться к синусам преломления в данном отношении, как мы показали в наших Началах Философии 170. Это правило оправдывается опытом. Лучи света, переходя из стекла в Vacuum, загибаются к стеклу, и если они падают слишком отлого в Vacuum, они загибаются обратно в стекло 171 и полностью отражаются; это отражение не может быть приписано сопротивлению абсолютного Vaсuum'a, но должно вызываться силою стекла, притягивающей лучи при их выходе в Vacuum и возвращающей их назад. Ибо если вторую поверхность стекла смочить водой, или прозрачным маслом, или жидким и прозрачным мёдом, то лучи, которые в ином случае отразились бы, переходят в воду, масло или мёд и поэтому не отражаются, доходя до новой поверхности стекла, но начинают из него выходить. Если они входят в воду, масло или мёд, они проходят, потому что притяжение стекла уравновешивается и становится бездейственным благодаря противоположному притяжению жидкости. Но если лучи выходят в Vacuum, который не производит притяжения, уравновешивающего притяжение стекла, то стекло загибает лучи и преломляет их или возвращает обратно и отражает. Это станет ещё более очевидным, если сложить вместе две стеклянные призмы или два объективных стекла очень длинных телескопов, одно плоское, другое немного выпуклое, и сжать их так, чтобы они не совсем касались, но и не слишком отходили одно от другого. Свет, падающий на вторую поверхность первого стекла, там, где интервал между стеклами не больше стотысячной части дюйма, пройдёт через эту поверхность и через воздух, или Vacuum между стёклами, и войдёт во второе стекло, как было объяснено в первом, четвёртом и восьмом наблюдениях первой части второй книги. Но если второе стекло убрать, свет, выходящий из второй поверхности первого стекла в воздух или Vacuum, не пойдёт вперёд, но вернётся обратно в первое стекло и отразится; поэтому он увлекается назад силою первого стекла, ибо нет ничего другого, что могло бы вернуть его назад. Для получения всего разнообразия цветов и степеней преломляемости требуется только, чтобы лучи света были телами различных размеров, наименьшие из которых могли бы производить фиолетовый цвет, самый слабый и тёмный и легче всего отклоняемый преломляющими поверхностями от прямого пути; остальные лучи, по мере того как они становятся толще и толще, могут давать более сильные и светлые цвета – синий, зелёный, жёлтый и красный – и отклоняются всё с большей трудностью. Для приведения лучей света в приступы лёгкого отражения и лёгкого прохождения требуется только, чтобы лучи были малыми телами, возбуждающими, благодаря их притягивательным или каким-либо другим силам, колебания в той среде, на которую они действуют; эти колебания быстрее, чем лучи, и последовательно обгоняют их, двигая их так, что попеременно скорости лучей увеличиваются и уменьшаются и получаются приступы 172. И, наконец, необыкновенное преломление исландского кристалла весьма похоже на то, как будто бы оно производилось притягивающей силой особого рода, расположенной по некоторым сторонам как лучей, так и частиц кристалла. Ибо если бы не существовало расположения или способности особого рода по некоторым сторонам частиц кристалла, отсутствующей по другим сторонам, которая склоняла и загибала бы лучи к краю необыкновенного преломления, то лучи, падающие перпендикулярное на кристалл, не преломлялись бы к этому краю больше чем к другим краям как при падении, так и при выходе; лучи выходят перпендикулярно вследствие противоположного положения края необыкновенного преломления на второй поверхности, причем кристалл действует на них после того, как они прошли через него и выходят в воздух, или, если угодно, в Vacuum. Поскольку кристалл при таком расположении или способности не действует на лучи, если одна из сторон лучей не направлена к краю необыкновенного преломления, постольку можно заключить о способности, или расположении, этих сторон лучей, отвечающей, или симпатизирующей, способности, или расположению, кристалла, как полюсы двух магнитов отвечают друг другу. И так же, как магнетизм может быть увеличен и ослаблен и находится только в магнитах и в железе, так и способность преломления перпендикулярных лучей больше в исландском кристалле, меньше в горном хрустале и совсем не находится в других телах. Я не говорю, что эта сила магнитная, она, по-видимому, другого рода. Я говорю только, что как бы то ни было, трудно понять, каким образом лучи света, если они не являются телами, могут обладать по двум сторонам постоянной способностью, отсутствующей по другим сторонам, причём независимо от их положения в пространстве, или среде, через которую они проходят 173.

    То, что я разумею в этом вопросе, говоря про

Vacuum и притяжения лучей света к стеклу или кристаллу, может быть понято на основании сказанного в 18-м, 19-м и 20-м вопросах 174.

    Вопрос 30.

Не обращаются ли большие тела и свет друг в друга и не могут ли тела получать значительную часть своей активности от частиц света, входящих в их состав? Ибо все твёрдые тела при нагревании испускают свет до тех пор, пока они продолжают быть достаточно горячими; свет же, взаимно, задерживается в телах, когда его лучи ударяются о части тел, как мы показали выше. Я не знаю тела менее способного к свечению, чем вода; однако при частой повторной дистилляции она изменяется в твёрдую землю, как показал мр. Бойль; эта земля, способная выдерживать достаточный жар, светится при нагревании подобно другим телам.

    Превращение тел в свет и света в тела соответствует ходу природы, которая как бы услаждается 175 превращениями.

Вода, являющаяся весьма жидкой, безвкусной солью, превращается теплом в пар, сорт воздуха, а при холоде – в лёд, являющийся твёрдым, прозрачным, хрупким, плавящимся камнем; этот камень снова превращается теплом в воду, а пар переходит в воду при охлаждении. Земля при нагревании становится огнём и при охлаждении снова делается землёй.

Плотные тела при брожении разрежаются в различные сорта воздуха, и этот воздух при помощи брожения, а иногда и без него, снова превращается в плотные тела.

Ртуть является иногда в форме жидкого металла, иногда в форме твёрдого хрупкого металла, иногда в форме едкой прозрачной соли, называемой сулемой, иногда в форме безвкусной прозрачной летучей белой земли, называемой Mercurius dulсis 176, или же в форме красной, тёмной земли, называемой киноварью, или же в форме красного или белого осадка или жидкой соли; при дистилляции она превращается в пар и при движении in vacuo светится подобно огню. После всех таких превращений она снова возвращается в свою первую форму ртути. Яйца растут, начиная от незаметных величин, и превращаются в животных, головастики – в лягушек и черви – в мух. Все птицы, животные и рыбы, насекомые, деревья и другие растения вырастают на воде в водяных настойках и солях и при гниении снова превращаются в водные субстанции. Вода при стоянии несколько дней на открытом воздухе выделяет настойку, которая (подобно солоду) при дальнейшем стоянии выделяет осадок и спирт, но до начала гниения является пригодным питанием для животных и растений. И среди столь разнообразных и странных превращений почему же природа не может изменять тел в свет и света в тела 177?

с. 311–312

ПОСЛЕСЛОВИЕ ПЕРЕВОДЧИКА

Источник: http://ritz-btr.narod.ru/newton.html

Book for ucheba
Добавить комментарий