Свет и цвет в природе ньютон

Цветовые опыты Ньютона

Как я победила кератоконус

Если в качестве экрана 1 взять плотный лист белого картона, то после прохождения солнечного луча через призму на экране отразится обычный линейный цветовой спектр. Для проверки гипотезы, где возникают цветные лучи — в свете или призме,— Ньютон убрал экран 1 и пропустил спектральные лучи на линзу, тсоторая снова собрала их в пучок на экране 2, и этот пучок был такой же бесцветный, как исходный свет.

Таким образом, Ньютон показал, что цвета образуются не призмой, а. И вот здесь необходимо на минуту остановиться, потому что до сих пор были физические опыты со светом и только здесь начинаются опыты по смешению цветов. Итак, семь цветных лучей, смешанных вместе, дают белый луч, а значит, именно состав света был причиной появления цвета, но куда же они деваются после смешения? Почему, как ни разглядываешь белый свет, в нем нет никакого намека на цветные лучи, из которых он состоит?

Именно этот феномен, который даст возможность сформулировать один из законов смешения цветов, и привел Ньютона к разработке метода смешения цветов. Обратимся снова к рис. 1.1. Поставим вместо сплошного экрана 1 другой экран 1, в котором вырезаны отверстия так, чтобы только часть лучей (два, три или четыре из семи) проходила, а остальные загораживались светонепроницаемыми перегородками. И здесь начинаются чудеса. На экране 2 появляются цвета неизвестно откуда и неизвестно каким образом. Например, мы закрыли путь лучам фиолетовому, голубому, синему, желтому и оранжевому и пропустили зеленый и красный лучи. Однако, пройдя через линзу и дойдя до экрана 2, эти лучи исчезли, но вместо них появился желтый. Если посмотреть на экран 1, мы убеждаемся, что желтый луч задержан этим экраном и не может попасть на экран 2, но тем не менее на экране 2 точно такой же желтый цвет. Откуда он взялся?

Такие же чудеса происходят, если задержать все лучи, кроме голубого и оранжевого. Опять исчезнут исходные лучи, а появится белый свет, такой же, как если бы он состоял не из двух лучей, а из семи. Но самое удивительное явление возникает, если пропустить только крайние лучи спектра — фиолетовый и красный. На экране 2 появляется совершенно новый цвет, которого не было ни среди исходных семи цветов, ни среди их остальных комбинаций,— пурпурный.

Эти поразительные феномены заставили Ньютона внимательно рассмотреть лучи спектра и их разные смеси. Если и мы вглядимся в спектральный ряд, то увидим, что отдельные составляющие спектра не отделяются друг от друга резкой границей, а постепенно переходят друг в друга так, что соседние в спектре лучи кажутся более похожими друг на друга, чем дальние. И здесь Ньютон открыл еще один феномен.

Оказывается, для крайнего фиолетового луча спектра наиболее близкими по цвету являются не только синий, но и неспектральный пурпурный. И этот же пурпурный вместе с оранжевым составляет пару соседних цветов для крайнего красного луча спектра. То есть если расположить цвета спектра и смеси в соответствии с их воспринимаемым сходством, то они образуют не линию, как спектр, а замкнутый круг (рис. 1.2), так что наиболее разные по положению в спектре излучения, т. е. наиболее различающиеся физически лучи, окажутся очень близкими по цвету.

Это означало, что физическая структура спектра и цветовая структура ощущений совершенно разные явления. И это был главный вывод, который Ньютон сделал из своих опытов в «Оптике»

«Когда я говорю о свете и лучах как о цветных или вызывающих цвета, следует понимать, что я говорю не в философском смысле, а так, как говорят об этих понятиях простые люди. По-существу же лучи не являются цветными; в них нет ничего, кроме определенной способности и предрасположения вызывать ощущение того или иного цвета. Так же как звук . в любом звучащем теле есть не что иное, как движение, которое органами чувств воспринимается в виде звука, так и цвет предмета есть не что иное, как предрасположение отражать тот или иной вид лучей в большей степени, чем остальные, цвет лучей — это их предрасположение тем или иным способом воздействовать на органы чувств, а их ощущение принимает форму цветов» (Ньютон, 1704).

Рассматривая взаимоотношение между разными по физическому составу лучами света и вызываемыми ими цветовыми ощущениями, Ньютон первый понял, что цвет есть атрибут восприятия, для которого нужен наблюдатель, способный воспринять лучи света и интерпретировать их как цвета. Сам свет окрашен не больше, чем радиоволны или рентгеновские лучи.

Поскольку Ньютон был сторонником корпускулярной теории света, он полагал, что преобразование электромагнитных излучений в цвета осуществляется путем вибрации нервных волокон, так, что» определенное сочетание вибраций различных волокон вызывает в мозге определенное ощущение цвета.

Сейчас мы знаем, что Ньютон ошибся, предположив резонансный механизм генерации цвета (в отличие от слуха, где первый этап преобразования механических колебаний в звук осуществляется именно резонансным механизмом, цветовое зрение устроено принципиально иначе), на для нас более важно другое, то, что Ньютон впервые выделил специфическую триаду: физическое излучение — физиологический механизм — психический феномен, в которой цвет определяется взаимодействием физиологического и психологического уровней. Поэтому мы можем назвать точку зрения Ньютона идеей о психофизиологической природе цвета.

Источник

Свет и цвет в природе ньютон

Ньютон установил также, что можно наоборот, смешав семь цветов спектра, вновь получить белый цвет. Для этого он поместил на пути разложенного призмой цветного пучка (спектра) двояковыпуклую линзу, которая снова налагает различные цвета один на другой; сходясь, они образуют на экране белое пятно. Если же поместить перед линзой (на пути цветных лучей) узкую непрозрачную полоску, чтобы задержать какую-либо часть спектра, то пятно на экране станет цветным.

Описанные опыты показывают, что для узкого цветного пучка, выделенного из спектра, показатель преломления имеет вполне определенное значение, тогда как преломление белого света можно только очень грубо охарактеризовать одним каким-то значением. Сопоставляя подобные наблюдения, Ньютон сделал вывод, что существуют простые цвета, не различающиеся при прохождении через призму, и сложные, представляющие собой совокупность простых, имеющих разные показатели преломления. В частности, белый солнечный свет есть такая совокупность цветов, которая при помощи призмы разлагается на спектральные (простые). Таким образом, в основных опытах Ньютона заключались два важных открытия:

1) свет различного цвета (длина волны) характеризуется разными показателями преломления в данном веществе (дисперсия);

2) белый цвет есть совокупность простых цветов.

В чем же состоит основное различие между цветами спектра? Ньютон утверждал, что различные цвета состоят из частиц разного размера: красные лучи — из самых больших частиц, фиолетовые – из самых маленьких. С другой стороны Томас Юнг предполагал, что цвета соответствуют волнам различной длины, при чем в красных лучах волны самые длинные, в фиолетовых – самые короткие. Эти два объяснения представляются настолько важными, что необходимо несколько более подробно остановиться на них. В науке мы объясняем явления посредством аналогий с другими явлениями. Мы можем, поэтому, представлять себе луч света, как поток частиц, выбрасываемых источником света. Подобно пулям, выбрасываемым пулеметом. Эти частицы чрезвычайно малы, так что они могут долгое время испускаться источником света, не вызывая в нем сколько-нибудь заметной потери веса. Они распространяются по прямым линиям, что очень просто и естественно объясняет прямолинейность лучей света. Частицы отражаются зеркалом подобно тому, как резиновый мяч отскакивает от пола и бильярдный шар от борта. Когда частицы ударяют в сетчатку глаза, они вызывают ощущение света. Этот способ объяснения световых явлений называется теорией истечения (или корпускулярной теорией). Ньютон в первой части своей «Оптики» говорит: «В этой книге я не намереваюсь объяснять свойства света гипотезами, но предполагаю только устанавливать их и проверять рассуждением и опытом». В соответствии с этим намерением Ньютон очень осторожен в своих утверждениях, свободных, насколько это возможно, от гипотез. Он постоянно употребляет слово «луч», мысленно представляя его себе как поток частиц, причем стекло призмы притягивает частицы луча, падающего на него, и это притяжение является причиной отклонения луча от первоначального направления; маленькие частицы притягиваются сильнее больших и испытывают, следовательно, большее отклонение, что и является причиной образования спектра. Принимая теорию истечения, Ньютон высказывал сомнения в ее верности. Он спрашивает сам себя: «Не производят ли различные лучи колебания различной частоты, которые, сообразно их частоте, вызывают ощущения различных цветов, подобно тому, как колебания воздуха вызывают ощущения различных звуков, соответствующих их частоте?» Ньютон в этом вопросе не становится на точку зрения чистой волновой теории, но предполагает компромисс – соединение теории истечения и волновой: «Световые корпускулы, ударяясь о вещество, вызывают в нем волны».

Источник



Свет и цвет в природе ньютон

Исаак Ньютон большую часть своих исследований проводил в тайне, тогда как основным видом его деятельности было чтение лекций по физике и математике в Кембриджском университете. Свои результаты Ньютон публиковал далеко не сразу. Так, до появления в печати его главного труда — «Математических начал», он успел далеко продвинуться в изучении оптики.

Мы обязаны Ньютону и самим словом «спектр», которое он придумал, чтобы описать рукотворную радугу, возникающую при пропускании белого солнечного света через призму. Ньютон провел этот эксперимент в начале 1670-х годов, однако опубликовал результаты только в 1704 году в своем труде «Оптика». К тому времени он уже успел создать свой рефлекторный телескоп, в котором для сбора скупого света звезд вместо линз использовал вогнутое зеркало.

В те годы линзы давали нежелательную рефракцию, получившую название «хроматической аберрации» и представлявшую собой цветное размытие по краям оптического поля. У телескопа Ньютона этой проблемы не было.

В своей «Оптике» Ньютон предположил, что свет представляет собой поток крошечных частиц, или, как говорили тогда, «корпускул». Подобное предположение вступало в противоречие с принятой тогда теорией Христиана Гюйгенса о том, что свет — это волна. Ньютон отверг эту теорию, поскольку постоянно замечал, что тени имеют четкие границы, а волны должны изменять свое направление у краев препятствия. Но в конце концов оба они оказались правы.

Отец спектра

Ньютон выделил для себя в цветах радуги семь цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Конечно, проще было ограничиться шестью цветами, но Ньютон считал цифру семь счастливой, так что он специально «придумал» еще один оттенок синего цвета.

Источник

Ньютон и свет

Ньютон сообщает нам, что, начав изучать это странное явление и вычисляя отношения между углом падения белого света на призму и углами преломления цветных лучей, выходящих из нее, сразу же обнаружил, что это отношение различно для разных цветов. Повторяя эксперимент и вводя вторую призму, он отметил, что каждый из основных цветов имеет свое отношение. Он заключил, что белый свет является «неопределенной совокупностью различных цветных лучей».

При описании этого эксперимента Ньютон совершает мистификацию; ключевой эксперимент (experimentum cruris, как его называет Ньютон), на котором он так сильно настаивает, был в значительной степени вымыслом, придуманным позднее для объяснений его рассуждений. На самом деле мы знаем, что Ньютон пришел к своим результатам более сложным путем, который мы не станем прослеживать.

В заключение мы можем согласиться с Ньютоном, что угол преломления зависит от цвета света и что белый свет Солнца является таковым из-за того, что он содержит все цвета, и может быть разложен на свои разные цвета путем преломления, совершаемого призмой. Поскольку, как мы указывали ранее, угол преломления зависит от скорости распространения света, можем также сказать, что результаты Ньютона означают, что скорость распространения зависит от цвета света.

В настоящее время для явления, согласно которому скорость распространения света зависит от его цвета, принято название «дисперсия света», а «дисперсионная сила» описывает способность конкретного материала разлагать свет на различные цвета, наблюдаемые на экране, с помощью преломления в призме. Причина, почему свет каждого цвета распространяется с разной скоростью в одном и том же веществе, оставалась тайной вплоть до начала 20 столетия.

Преодолев свое странное нежелание публиковать свои открытия, Ньютон, обнародовал свои заключения в 1672 г., отправив письмо в Королевское Общество, и мы полагаем, что будет интересно вспомнить, как это случилось. Теория цветов, изложенная Робертом Гуком в Micrographia, не удовлетворяла Ньютона. Гук утверждал, что «синий цвет света получается из-за ощущений на сетчатке с помощью сложного импульса, чья слабая часть предшествует отстающей более сильной части», а красный получается из-за сложного импульса противоположного порядка. Ньютон в своей книге Quaestiones сразу же опроверг эти два фундаментальных предположения Гука и провел эксперименты, которые мы уже описали. Эти эксперименты показали, что белый свет является некоторой суммой цветных лучей, которые разбрасываются путем преломления в призме. Позднее он обнаружил, что этот результат имеет важное практическое значение. При работе с телескопами было установлено, что сферические линзы не отклоняют параллельные лучи, идущие от звезд, таким образом, чтобы собрать их в совершенный фокус (т.е. в точку). В своей работе Dioptrique Декарт показал, что линзы эллиптической или гиперболической формы могут, в согласии с законом преломления, собирать преломленные параллельные лучи в совершенный фокус (т.е. в точку). Ньютон начал исследовать, как можно было бы изготовить такие поверхности, и обнаружил, что получается окрашенное изображение (сегодня этот дефект называется «хроматическая аберрация») из-за того, что синие лучи отклоняются сильнее, чем красные. Тогда он прекратил свою работу по несферическим линзам и никогда не возвращался к ней, решив построить отражательный телескоп, в котором увеличенное изображение получалось за счет использования вогнутых зеркал вместо линз, используемых в телескопе Галилея. Этот телескоп Ньютона имел увеличение в 40 крат. Позднее он построил второй телескоп с увеличением 150 и демонстрировал его в Кембридже. Сведения об этом дошли до Королевского Общества, которое просило ознакомиться с телескопом и в конце 1672 г. получило его от Барроу. Телескоп произвел такую сенсацию, что в январе 1672 г. Генри Олденбург, секретарь Королевского Общества, писал Ньютону, превознося его изобретение и заявляя, что Общество хотело бы послать чертеж Гюйгенсу, чтобы предотвратить присвоение другими людьми идеи Ньютона. Ньютон дал свое согласие и 6 февраля отправил в Общество доклад о своей теории цветов, в котором объяснял, как эта теория привела его к изобретению отражательного телескопа.

Вначале он не формулировал каких бы то ни было гипотез по теории света, но позднее, под влиянием критики Гука, Гюйгенса и др., на которую резко реагировал, вынужден был обозначить свою позицию. В своей работе, Royal Society Philophical Transactions, он принимал во внимание противников своей корпускулярной гипотезы природы света, не исключающей, однако, волновой альтернативы. Резкое противодействие Гука, продолжающееся в течение многих лет, привело к тому, что он долго ничего не публиковал по оптике. Так работа Гука Opticks была опубликована только в 1704 г., после его смерти.

В то время когда он был назначен профессором в Кембридже осенью 1669 г., Ньютон выбрал темой своих инагурационных лекций, прочитанных между 1670 и 1672 гг., теорию цветов и преломлений, которую он разработал в предыдущие пять лет. Эти Lectiones opticae, написанные на латыни, стали первым физическим трактатом и наиболее исчерпывающим изложением его теории цветов. Эти лекции были использованы как основа для его первой книги Opticks, написанной 20 годами позднее. Сравнивая Lectiones с Optics, мы можем проследить эволюцию взглядов Ньютона. В своих Lectiones Ньютон старался развить математическую науку цветов, в то время, как он сам провозглашал, Optics является экспериментальным учебником: «Мой замысел этой Книги не объяснять свойства света гипотезами, а выдвинуть предположения и проверить их здравым смыслом и экспериментами».

Читайте также

СВЕТ Когда мы говорили, что во времена И. Ньютона были известны только движения со сравнительно скромными скоростями, то допускали известную неточность. Конечно, если речь идет о движении физических тел, то сказанное справедливо. Однако человечеству изначально был

Свет как субстанция

Свет как субстанция Мы опять начинаем с нескольких экспериментальных фактов. Только что приведенная величина относится к скорости света в вакууме. Свет распространяется с этой скоростью в пустом пространстве. Мы можем видеть и через пустой стеклянный сосуд, когда из

Свет — это не вещество

Свет — это не вещество Веществом физики издавна называли все окружающие нас тела, небесные и земные, а также те части, из которых они состоят, — молекулы и атомы. Вещество обладает рядом характерных для него свойств. В XIX веке эти свойства представляли в следующем виде.

О чем рассказывает свет

О чем рассказывает свет В этой книге был дан лишь самый общий очерк того, каким путем шли ученые в познании свойств света и к каким огромным результатам привело это познание.Что же дало человеку познание законов света, законов возникновения, распространения и

12. Кристаллы и свет

12. Кристаллы и свет Гладкие грани кристаллов отражают свет подобно самому чистому зеркалу. Наряду с другими, некристаллическими телами: водой, стеклом – кристаллы также преломляют свет. То, что свет, падая из воздуха в более плотную среду, или, наоборот, из воды в воздух,

ФОТОНЫ И СВЕТ

ФОТОНЫ И СВЕТ Истории появления различных теорий света прекрасно демонстрируют, как по мере развития науки эффективные теории используются и сменяют друг друга, как одни идеи отбрасываются, а другие сохраняются и применяются в конкретной ограниченной области. Еще в

Исаак Ньютон

Исаак Ньютон Прежде чем начать рассказ о создании знаменитых законов механики и закона всемирного тяготения, вспомним несколько эпизодов из биографии их создателя – великого английского физика Исаака Ньютона (1643–1727), рис. 3.1. Биографы Ньютона пишут о нем по-разному:

Как Ньютон открыл закон всемирного тяготения

Как Ньютон открыл закон всемирного тяготения Джеймс Э. МИЛЛЕР Огромный рост числа молодых энергичных работников, подвизающихся на научной ниве, есть счастливое следствие расширения научных исследований в нашей стране, поощряемых и лелеемых Федеральным

131. Что такое свет?

131. Что такое свет? Исаак Ньютон (1643–1727) считал, что свет состоит из крошечных частиц, движущихся прямолинейно. Теория описана в Оптике (Opticks), 1704.Христиан Гюйгенс (1629–1695) не согласился. Он считал, что свет — это волна, как звук. Теория описана в Трактате о Свете (Treatise on Light),

Исаак Ньютон

Исаак Ньютон Исаак Ньютон родился в Вулсторпе, Линкольншире, 25 декабря 1642 г. Он, без сомнения, является одним из самых выдающихся исследователей Природы. Его мать принадлежала к умеренной части благородного класса, а отец, который умер до его рождения, был мелким

Ньютон как публичный человек

Ньютон как публичный человек Вскоре после публикации Principia, незадолго до своего 50-летия Ньютон стал интересоваться политикой. В канун Славной революции 1688 г. Ньютон открыто противостоял попыткам Якоба (II) Стюарта заставить академический корпус Кембриджа принять

Глава 2 Возникновение научной концепции эфира. Р. Декарт, И, Ньютон

Глава 2 Возникновение научной концепции эфира. Р. Декарт, И, Ньютон Каждый народ тем более гражданственен и образован, чем лучше в нем философствуют, поэтому нет для государства большего блага, чем иметь истинных философов. Р. Декарт Пропустим два тысячелетия, оставив в

2.2. Исаак Ньютон (1643-1727)

2.2. Исаак Ньютон (1643-1727) В то время, как континентальная Европа была пленена величественной картиной природы, выдвинутой Декартом, в Англии делал первые шаги в своем образовании И. Ньютон, которому было суждено эту картину разрушить. Но не следует воспринимать последующие

ФАРАДЕЙ, НЬЮТОН И ПОДВОДНЫЕ КАБЕЛИ

ФАРАДЕЙ, НЬЮТОН И ПОДВОДНЫЕ КАБЕЛИ Хотя Фарадей часто использовал Библию, находя в ней утешение и вдохновение, он получил некоторое подобие одобрения своих революционных теорий о полях из одного письма. По иронии судьбы, его написал Исаак Ньютон — ученый, в трудах

Источник

Adblock
detector