023 Доклад Ньютона об оптике Королевскому обществу

023 Доклад Ньютона об оптике Королевскому обществу  (1672)

Английский физик, математик, механик и астроном, один из создателей классической физики, философ-мистик, президент Лондонского королевского общества сэр Исаак Ньютон (1643—1727) прославился как первооткрыватель закона всемирного тяготения, создатель небесной механики, разработчик дифференциального и интегрального исчисления, автор теории цвета, основоположник современной физической оптики и др. 6 февраля 1672 г. Исаак представил Лондонскому королевскому обществу по развитию знаний о природе доклад (мемуар) «Новая теория света и цветов» и продемонстрировал построенный им зеркальный телескоп (рефлектор), после чего был принят в члены общества.

Если бы здесь можно было рассмотреть доклад Ньютона перед научным сообществом об открытии им закона всемирного тяготения — это стало бы украшением книги из-за одной лишь темы. Но, увы, такого доклада нет. И не было. (Отчего по сей день биографы ломают голову — было яблоко или не было). Закон, описывающий гравитационное взаимодействие в рамках классической механики, также как и бином Ньютона, и основная теорема анализа — формула Ньютона-Лейбница были открыты молодым ученым, когда ему не исполнилось еще и 23 лет. Впервые закон всемирного тяготения был опубликован в «Началах» Ньютона только в 1687 г. Исаак в начале своего научного поприща неохотно популяризировал свои труды, отчего всемирную известность приобрел лишь в зрелом возрасте. Ученый предпочитал годами проверять свои доказательства и отшлифовывать выводы. Еще неохотнее Ньютон докладывал о своих открытиях. Быть может, сказывался малоуспешный опыт чтения молодым профессором лекций по математическим наукам студентам Кембриджа в 1669 г. То ли лекции были скучные, то ли непонятные, но студенты пропускали их. Надо сказать, что и в зените своей славы, Ньютон, избранный в парламент от Кембриджского университета, не рвался на трибуну. Сохранилась байка, похожая на правду, что депутат Ньютон единственный раз попросил слово для выступления в палате общин. «Закройте окно, — сказал он. — Сквозит».

В младые годы Исаак сделал и первые фундаментальные открытия в оптике. Он «построил первый зеркальный телескоп (рефлектор), в котором, в отличие от чисто линзовых телескопов, отсутствовала хроматическая аберрация (цветовые искажения. — В.Л.). Он также открыл 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». (https://dic.academic.ru/dic.nsf/).

Первой работой в области оптики стало сообщение 30-летнего ученого «Новая теория света и цветов», доложенной им в Лондонском королевском обществе 6 февраля 1672 г. В этом докладе Ньютон рассмотрел корпускулярную гипотезу света, которая вызвала у маститых физиков бурные обсуждения. «Телесность света», сочетавшего движения материальных частиц с распространением волн эфира, никак не вязалась с господствовавшей тогда волновой теорией света. Непримиримым противником начинающему провинциальному физику выступил маститый английский естествоиспытатель Р. Гук. Ньютон не остался в долгу и предложил через несколько лет сначала гипотезу, а потом и теорию («Теория света и цветов»), соединившую корпускулярные и волновые представления о свете, ставшую еще одним его крупнейшим открытием.

В основу своего доклада Исаак положил многочисленные опыты, проведенные им в стенах Кембриджа. Главные выводы сообщения Ньютона (по книге советского физика С.И. Вавилова «Исаак Ньютон») сводятся к следующему (с сокращениями):

«1. Световые лучи различаются в их способности показывать ту или иную особую окраску точно так же, как они различаются по степени преломляемости. Цвета не являются, как думают обыкновенно, видоизменениями света, претерпеваемыми им при преломлении или отражении от естественных тел, но суть первоначальные, прирожденные свойства света…

2. К одной и той же степени преломляемости всегда относится один и тот же цвет и обратно.

3. …Когда какой-либо род лучей полностью выделялся от лучей другого рода, то он упорно удерживал свой цвет, несмотря на крайние мои старания его изменить…

4. Изменения цвета могут кажущимся образом происходить, когда имеется какая-либо смесь лучей различных родов. В таких смесях нельзя отличить отдельных слагающих; они, влияя друг на друга, образуют среднюю окраску...

5. Поэтому мы должны различать два рода цветов: одни первоначальные и простые, другие же сложенные из них…

6. Точно такие же по виду цвета, как и простые, могут быть получены смешением…

7. Наиболее удивительная и чудесная смесь цветов — белый цвет. Не существует такого сорта лучей, который в отдельности мог бы вызвать белый цвет: он всегда сложен, и для получения его требуются все вышеупомянутые цвета в правильных пропорциях...

8. В этом причина того, почему свет обыкновенно имеет белую окраску; ибо свет — запутанная смесь лучей всех видов и цветов, выбрасываемых из различных частей светящихся тел. Подобная сложная смесь кажется белой, когда ингредиенты находятся в правильной пропорции; если, однако, имеет преимущество один цвет, то свет склоняется в сторону соответствующей окраски, как, например, в синем пламени серы, желтом пламени свечи и в различных окрасках неподвижных звезд.

9. Отсюда становится очевидным, каким образом возникают цвета в призме.

10. Отсюда же ясно, почему появляются цвета радуги в падающих дождевых каплях.

11. Странные явления, наблюдаемые в… золотой фольге и в кусках окрашенных стекол, заключающиеся в том, что они кажутся окрашенными по-разному при различных положениях, перестают быть загадочными; эти вещества отражают свет одного рода и пропускают свет другого рода, как можно легко наблюдать, если освещать эти тела однородным простым светом в темной комнате…

12. …Если поставить один за другим два прозрачных сосуда с двумя прозрачными жидкостями, синей и красной, то вместе они кажутся совершенно непрозрачными. Один сосуд пропускает только красные, другой только синие лучи, потому через оба вместе не могут пройти никакие лучи.

13. …Цвета естественных тел происходят только от различной способности тел отражать одни виды света в ином количестве, чем другие. И это я доказал, отбрасывая простые цвета на тела в темной комнате.

После всего этого нельзя больше спорить о том, существуют ли цвета в темноте и являются ли они свойствами тел, которые мы видим, или же свет, может быть, является телом.

...Мы видели, что причина цветов находится не в телах, а в свете, поэтому у нас имеется прочное основание считать свет субстанцией... Не так легко, однако, с несомненностью и полно определить, что такое свет, почему он преломляется и каким способом или действием он вызывает в нашей душе представление цветов; я не хочу здесь смешивать домыслы с достоверностью».

P.S. «Этот мемуар Ньютона, доложенный Обществу 6 февраля 1672 г., впервые показал миру, что может сделать и какой должна быть экспериментальная физика. Ньютон заставил опыт говорить, отвечать на вопросы и давать такие ответы, из которых вытекала «теория». Сообщение кончается знаменательными словами: «Я не буду смешивать домыслы с достоверностями»». (С.И. Вавилов).

Фото из Интернета. Исаак Ньютон. Портрет.