Иных взглядов придерживался Рене Декарт, один из величайших философов XVI-XVII веков, отвергший схоластический метод познания и разработавший рациональный метод [1, 2, 8, W]. В своей «Диоптрике» часть знаменитого труда «Рассуждение о методе, как средстве направлять свой разум и отыскивать истину в науках. С приложениями: Диоптрика, Метеоры и Геометрия», вышедшего в 1637 году [2] Декарт утверждает, что мы различаем цвета по различным способам воздействия света на наши глаза. Более явно это звучит не в «Диоптрике», а в VIII главе «Метеоров»:
«Природа цвета заключается лишь в том, что частицы тонкой материи, передающей действие света, стремятся с большей силой вращаться, чем двигаться по прямой линии. Таким образом, те, которые вращаются с гораздо большей силой, дают красный свет, а те, которые вращаются лишь немного сильнее, дают желтый… И во всем этом рассуждение так хорошо согласуется с опытом, что, по-моему, хорошо познав то и другое, невозможно сомневаться в том, что дело происходит именно так, как я это сейчас объяснил.»
Пожалуй, это первый в истории науки пример представления цвета, как физико-физиологического явления, обязанного различным ощущениям, возникающим в глазу и вызываемым различным движением светоносных частиц.
Следует заметить, что в «Диоптрике» Декарт не делает однозначного вывода о природе самого света, используя для объяснения механизмов зрения и законов геометрической оптики три взаимопротиворечивые аналогии:
1) «Свет является неким движением или неким действием» Подобную аналогию впервые выдвинули философы Древней Греции, сравнивая световые лучи с палкой, которой слепой ощупывает предметы вокруг себя., которое через воздух и другие прозрачные тела идет от светящегося тела к глазам.
2) Свет является потоком тонкой материи: как два потока виноградного сусла вытекают, не мешаю друг другу, из двух отверстий в дне чана, полного винограда, так и потоки тонкой материи, исходящей из Солнца к нашим глазам, не возмущают друг друга и не возмущаются обычной материей Следует заметить, что в XVII-XVII веке вообще были популярны «тонкие материи», с помощью которых объясняли явления теплопроводности, электропроводности, горения и окисления (флогистон Шталля)..
3) Световой луч подобен брошенному материальному телу Первым подобную аналогию выдвинул арабский ученый и философ Альхазен [2]..
Как мы видим, первая аналогия напоминает волновую теорию света Я понимаю эту аналогию, как нечто, близкое к первым волновым теориям света (разработанным Гуком и Гюйгенсом): свет - волны, распространяющиеся в эфире, т.е., некое возмущение материи, но не сама материя непосредственно., вторая и третья содержат идею о материальности света. Но если аналогия потока света с потоком жидкости предполагает, что два пересекающихся луча не мешают друг другу, то аналогия каждого луча с брошенным материальным телом противоречит этому предположению.
3. Оптика Ньютона
3.1 Краткая биография ученого Приведенная выше информация о биографии Исаака Ньютона является практически точной цитатой отрывка из статьи Большой Советской Энциклопедии «Ньютон, Исаак». Однако автором данного реферата были опущены некоторые моменты, относящиеся скорее к административной деятельности Ньютона, такие, как его участие в реформе денежной системы Англии. Примечания автора реферата.
Исаак Ньютон родился четвертого января 1643 года (по Григорианскому календарю) в семье фермера. В 12 лет начал учиться в Грантемской школе, а в 1661 году поступил в Тринити-Колледж Кембриджского университета в качестве субсидайзера. Учителем Ньютона в Кембриджском университете стал известный математик И. Барроу. В 1665 году Ньютон окончил университет, получив ученую степень бакалавра. В 1666-67 годах, во время эпидемии чумы, Исаак Ньютон находился в своей родной деревне Вулстроп; эти годы были наиболее продуктивными в его научном творчестве. Именно возникшие и сложившиеся тогда идеи привели Ньютона к созданию дифференциального и интегрального счислений, к изобретению зеркального телескопа, к открытию закона всемирного тяготения. В Вулстропе Ньютон провел свои опыты над разложением солнечного света в спектр. В 1668 году Ньютону была присвоена степень магистра, а в 1669 году Барроу передал ему почетную люкасовскую физико-математическую кафедру, которую Ньютон занимал до 1701 году. В 1671 году Ньютон построил свой второй зеркальный телескоп, значительно превосходящий линзовые телескопы того времени по четкости получаемого изображения и свободный от хроматической аберрации при относительно небольших размерах. В 1672 году Ньютон был избран членом Лондонского королевского общества, а в 1703 году стал его президентом. В 1687 году он опубликовал свой грандиозный труд «Математические начала натуральной философии». В 1695 году Ньютон был избран иностранным членом Парижской Академии Наук. В 1705 году за научные труды Ньютон был возведен в дворянское достоинство.
Скончался Ньютон в 1727 году и был похоронен в английском национальном пантеоне - аббатстве Вестминстера [1, 2, 3, 4, W].
3.2 Теория цвета Ньютона
Не берусь судить, какое из великих достижений Ньютона:
Создание теоретических основ механики и астрономии,
Открытие закона всемирного тяготения,
Разработка (наряду с Г. Лейбницем) дифференциального и интегрального счисления,
Изобретение зеркального телескопа,
Или же другие открытия и исследования в оптике, механике, химии и алхимии (или других областях естествознания и философии)
- оказалось самым важным с точки зрения развития науки. [1, 2, 3, 4, W]
Но мне хотелось бы рассмотреть опыты Ньютона по разложению солнечного света в спектр - явлению, которое позже назовут дисперсией света.
О способности тела, вырезанного из прозрачного материала, разлагать солнечный свет в спектр было известно еще до Ньютона Согласно М. Льоцци, Франческо Марволик первым начал исследование преломления света в призмах, а Рене Декарт использовал преломление света в сферических каплях воды для объяснения радуги, см. выше. Однако ясное объяснение данного явления, как и сама концепция света, практически отсутствовали. М. Льоцци пишет: «У физиков первой половины XVII века свет был бесцветным в буквальном смысле слова». Считалось, что: «… цвет - это вещь, отличная от света, некое «качество», которое должны продолжать изучать философы. А философы говорили о цвете такие вещи, которые совершенно непостижимы для нас сейчас: цвет есть качество, пребывающее на поверхности непрозрачных тел; что он существует в предвидении, видим в потенции и становится видимым в действии внешнего света; что между прозрачным и непрозрачным существует различие…». [2]
Таким образом, до Ньютона цвет считали или вовсе отдельным от света явлением, или некоим показателем «степени ослабления» света, «примешивания» к «чистому свету» тьмы (Кеплер и де Доминика), или физико-физиологическим явлением (Рене Декарт). Хотя последний взгляд весьма близок к современным представлениям В самом деле, физиологическую составляющую в восприятии света никак нельзя исключать, хотя бы потому, что зеленый цвет, полученный при помощи призмы из солнечного света, и видимый зеленый цвет, полученный при смешивании желтой и синей красок, по-разному преломляются призмой., по всей видимости, Декарт не считал белый свет составным [2, 8] Во всяком случае, Льоцци об этом не упоминает [2], а Мандельштам в своем докладе о Ньютоне замечает, что Декарт не объяснил цвета радуги и причину их чередования [8]..
До Ньютона считалось, что призма обладает свойством направлять падающий на нее поток плоскопараллельных лучей по расходящимся веером траекториям, окрашивая их в цвета радуги («навязывая» эти цвета свету).
Мандельштам так описывает опыты, позволившие Ньютону объяснить разложение солнечного цвета в спектр [8]:
«если смотреть на продолговатый прямоугольный кусочек бумаги, окрашенный наполовину в красный, наполовину в синий цвет, через призму, (…) то прямоугольник представляется как бы переломанным: синяя половина отклонена сильнее, чем красная.»
«Подобный же кусочек бумаги, то есть, прямоугольник, обе половины которого окрашены, как в опыте первом, обматывается несколькими нитками черного шелка, помещается вертикально и освещается пламенем свечи. Линза отбрасывает изображение освещенной бумаги на передвижной экран (…). Там, где получается резкое изображение красной половины - нити служат для точной установки «на фокус» - изображение синей половины расплывчато. И наоборот, если передвинуть экран несколько ближе, то получается резкое изображение синей, но зато расплывчатое красной стороны».
Эти опыты иллюстрируют первое основное положение Нь.тона: лучи, отличающиеся по цвету, отличаются и по степеням преломляемости.
Следующая серия опытов Ньютона была посвящена взаимодействию белого (точнее, желтоватого) солнечного света с призмой. Для этого Ньютон направлял узкий пучок лучей, прошедший через маленькое отверстие в ставне в затемненную комнату, на призму, и ставил на пути веерообразно расходящихся после призмы лучей экран. На экране Ньютон наблюдал цветную полосу, цвета в которой плавно переходили через все возможные оттенки от красного к оранжевому, далее - желтому, зеленому, голубому, синему и фиолетовому.
Сопоставляя этот опыт со своим первым положением, Ньютон делает один из важнейших выводов в истории оптики - вывод о том, что солнечный свет не является «простым», но состоит из лучей различной преломляемости.
В третьей серии опытов Ньютон изучал свойства «цветных лучей» выходящего из призмы «веера». Ученый убедился, что узкий пучок «цветных лучей» одного цвета отклоняется второй призмой, как единое целое на некоторый угол, но в веерообразный спектр этот пучок уже не разлагается. Подобные опыты доказали существование особого рода «простого света», характеризующегося определенной степенью преломляемости лучей (это физическое свойство) и определенным цветом (это физиологическое свойство), причем первое и второе однозначно связаны. Рядом простых, но убедительных опытов Ньютон показывает, что «простой» свет не изменяется ни при преломлении, ни при отражении, ни при рассеянии. Наконец, из лучей «простого» света, взяв их в определенной пропорции и «смешав» при помощи призмы, можно получить свет, который мы видим, как белый. Следовательно, разложение призмой белого света в спектр не является «необратимой порчей» этого света, но является лишь неким аналогом механического разделения смеси (скорее, смеси различных твердых частиц, а не жидкостей), компоненты которой можно без особого труда соединить обратно, получив ту же самую смесь.
Такую трактовку цвета, как изначального свойства света (во всяком случае, «простого» света) оспаривал Иоганн Гете. Согласно Горохову Павлу Александровичу, доктору философских наук [9], Гете видел в подобной теории опасное своей бездушностью, только на математике основанное естествознание. И выступая против Ньютона, Гете тем самым боролся с претензиями математического естествознания служить единственным и исключительным средством изучения и объяснения природы. Взглядам Гете на цвет, как на физиологическое (а, вероятно, еще и психологическое) явление уделил некоторое внимание П. А. Флоренсийский в своей работе «Столп и утверждение истины». Причем русский православный священник, религиозный философ и ученый во многом был солидарен с немецким поэтом К сожалению, автор реферата не имел возможности лично ознакомиться с трудами Флорентийского, так же как с философскими рассуждениями Гете, а так же с трудом Лихтенштадта «Гете. Борьба за реалистическое мировоззрение» или другими трудами, содержащими философские рассуждения И. Гетте. Поэтому данная информация приводится со слов Горохова П. А. (да простит меня Гете, называвший себя плохим поэтом и хорошим ученым). В доказательство своей правоты Гете приводил примеры, когда ощущение цвета у человека возникает при механическом воздействии на глаз (при нажатии на глазное яблоко пальцем или легком уколе поверхности глаза тонкой иглой человек «видит» цветные пятна или круги, хотя в реальном мире перед глазами этого человека никаких кругов из цветных материалов или лучей «простого цвета» нет).
К чести Ньютона следует заметить, что великий английский ученый знал об этих явлениях и даже ставил над собой опыты, накалывая глаз тонкой иглой, в результате чего едва не лишился зрения. Кроме того, в своих опытах с полученным при помощи призмы «простым светом» Ньютон заметил, что ощущение цвета не может решать вопрос о его «простоте» (монохроматичности). Так, «смешивая» призмой красный и зеленый «простой свет», можно получить свет, видимый глазом, как желтый, однако при пропускании через призму этот «желтый» свет разлагается в спектр, а не преломляется, как единое целое. [8] Да и белый свет, являющийся на самом деле «составным», наш глаз видит, как один цвет, а не как набор всех цветов радуги.
Выводы: таким образом, Ньютон дал действенное учение о цвете, на основании которого он нашел огромное число новых фактов, количественно связанных друг с другом, и открыл путь к нахождению новых. Основные постулаты Ньютоновского учения о свете: