Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Изучение дисперсии света И. Ньютоном. Составной характер белого света



Сэр Исаак Ньютон (1642–1727) сделал фундаментальный вклад в оптику: обнаружил, что белый свет является составным, изобрел телескоп-рефлектор, а также исследовал открытые Гуком кольца, которые появляются на тонких клиньях и излома (теперь их называют кольцами Ньютона), заложил основы физической и геометрической оптики как связного учения. До него оптика представляла собой совокупность разрозненных фактов, датируемых начиная с античности, а также многочисленные и противоречащие друг другу интерпретации экспериментальных наблюдений. Действительно, по сути дела, не было критерия, согласно которому эти интерпретации должны были сравниваться и какие-то из них — признаваться ошибочными.

Во взглядах на природу цвета также не было единства. Аристотелевское учение утверждало, что цвета — производные от света и тьмы, смешанных в различных пропорциях. Согласно Декарту различие цветов было связано с различной скоростью вращения корпускул (в некотором роде, с точки зрения квантовой теории, так и есть). Также бытовала точка зрения, что цветовую окраску свету придает предмет, от которого он отражается, а «чистому» свету цветовые характеристики не присущи.

Известный эксперимент Ньютона с разложением белого света на составляющие его компоненты был проведен в 1666 году, когда двадцатитрехлетний Ньютон укрылся от чумы в своем фамильном имени Вульсторп. Открытие дисперсии света запечатлено на многих полотнах (см. рис. ниже).

Ньютон пропустил тонкий луч света, прошедший через прорезь в ширме (на рисунке — через щель в двери), через треугольную призму и увидел, что свет разложился в радужный спектр. При этом получалось, что Красные лучи преломляются сильнее фиолетовых — в этом и была сущность дисперсии. По этой причине современный термин «дисперсия» относится не только к явлению разложения света в спектр, но и к зависимости фазовой скорости света от частоты (или даже от направления волнового вектора). Действительно, угол преломления напрямую зависит от фазовой скорости, поэтому зависимость последней от частоты и приводит к наблюдавшемуся Ньютоном явлению.

Помимо разложения света в спектр, которое могло интерпретироваться и как окрашивание солнечного света призмой, Ньютон показал, что, если собрать цветные лучи в одну точку, в ней снова будет наблюдаться ахроматический, белый цвет (см. рис. выше). Этим он раз и навсегда пресек обсуждение точки зрения об окрашивании падающего света «цветными» предметами. Также полученные результаты окончательно сформировали современный взгляд на природу цвета большинства предметов: последний либо связан с излучением самого тела (возникающим в силу его нагретости, протекающей в нем фотохимической реакции и т.п.), либо с выделением определенных компонент из падающего света при его отражении от предмета или прохождении сквозь него. Последний механизм окрашивает небо в голубой цвет, создает радужный окрас неба на закате (так называемое рэлеевское рассеяние), обусловливает цвета драгоценных камней (фильтрация при прохождении света сквозь них) и золота (отражение), а также кристаллических срезов и тонких пленок (интерференция). Конечно, известны и другие явления воздействия падающего света на спектр исходящего от предмета излучения: люминесценция, генерация высших гармоник, комбинационное рассеяние и т.д. В этих случаях вторичное излучение тела сложнее зависит от спектральной интенсивности падающего света.

Интересно, что Ньютон придерживался точки зрения, что свет состоит из маленьких корпускул, которым присуще внутреннее свойство — цвет. От количества корпускул данного цвета и зависит спектральная интенсивность. Эта, корпускулярная теория света просуществовала до XIX века, несмотря на наличие явлений, в нее не укладывающихся (интерференция, дифракция). Пожалуй, тут сыграл роль не только авторитет Ньютона, но и неподготовленность математики времен Ньютона к восприятию волновых концепций. Сам Ньютон основал вместе с Лейбницем математический анализ и дифференциальное исчисление, однако представления об описывающих распространение волн дифференциальных уравнениях в частных производных и преобразованиях Фурье, с помощью которых эти уравнения решаются, появились только в XIX веке. Наконец, XVII век был проникнут идеями механицизма, во многом насажденными успехами ньютоновской механики. Поэтому представить прямолинейное распространение лучей из корпускул было гораздо проще, чем распространение волн по прямой — даже здравый смысл говорит о том, что волны распространяются во всех направлениях.

Важно, тем не менее, что Ньютон не только наблюдал явление дисперсии, но и предложил ее строгое математическое описание. Тем самым он обрисовал логический путь зарождающейся физики: наблюдение (эксперимент) – качественное описание (гипотеза) – математическаятеория явления – новые предсказания или теоретические выводы – новые эксперименты. Именно такая модель исследования явлений определила дальнейшее развитие физики, отклонившееся от чисто философского пути умозрительных, хотя, возможно, справедливых, заключений.

 




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.