Оптические исследования Ньютона

 

Одним из наиболее влиятельных ученых новой эпохи считается Исаак Ньютон (1642-1726). Наряду с законом тяготения и рядом фундаментальных математических вычислений, к 1687 году он произвел ряд работ по разложению белого света на спектр, высказав предположения о природе цвета. В 1687 году Ньютон издал одну из своих самых известных работ «О натуральных основах математики» (Philosophiae Naturalis Mathematica), в которой заложил основы современного естественного научного знания. В своем знаменитом труде под названием «Оптика» (1704) был впервые описан экспериментальный метод аддитивного смешения цветов. А в знаменитом опыте с призмой, Ньютон показал, что белый свет разлагается призмой на спектр цветных лучей, из которых он выделил семь основных тонов по аналогии с семью нотами в музыкальной гармонии. В то время еще никто ничего не знал о природе электромагнитного излучения и длинах волн видимого спектра (Рисунок 16). Сегодня подобный опыт может проделать каждый школьник, но, тем не менее, исследование Ньютона стало ключевой вехой в науке и положило начало трудам Гельмгольца и, по сути, всей физической оптике XX века.  

 

Рисунок 16. Спектральное разделение Ньютона

 

В своем опыте Ньютон показал, что стеклянная призма может разделить световой луч на пучок цветных лучей, создающих в своей совокупности спектр радуги. Он разделил их достаточно условно на семь основных цветов и расположил не в линейную последовательность (как это делали многие до него), а в круг. По аналогии с музыкальной октавой, этот круг был не равнозначен, как в музыкальном строе между «ми» и «фа», а также между «си» и «до» существует только половина интервала, так же и два цвета в круге Ньютона занимали меньшую площадь в этом круге, чем остальные (Рисунок 17). Четыре года спустя художник Клод Буте [4], на основе ньютоновского, создал свои два цветовых круга на основе семи и двенадцати цветов (Рисунок 18).   

Интересно, что белый и черный цвета не были включены. Из опыта с призмой очевидно, что белый цвет включает в себя все остальные цвета и получается их смешением, а значит, не может быть равнозначно интегрирован в цветовой круг (изначально, белый был помещен Ньютоном в центр круга, но затем вынесен за его пределы в качестве фона, цвета самого листа бумаги).

Рисунок 17. Цветовой круг Ньютона

 

 

 

Рисунок 18. Цветовые круги Клода Буте

 

С тех пор, черный цвет, в европейской культуре перестал считаться цветом, но лишь его отсутствием и был выброшен из цветовых систем, существуя лишь в качестве показателя «яркости», влияя на «насыщенность» цветового тона, но не более того.

Эксперименты со спектральным составом светового луча, начатые Маркусом Марси (1648) и Франческо Гримальди (1650), в конце концов, воплотились в опыте Исаака Ньютона (1665) и продолжились в трудах Роберта Гука, исследовавшего преломление света на тонких фрагментах слюды и стеклянных пластинах. Гук считал, что неровная поверхность кусочков слюды позволяет световому лучу отражаться под разными углами и это влияет на его цвет. Но только с открытием фундаментальных законов дифракции света в трудах Томаса Юнга и Огюстена Френеля (в XIX веке), а так же с открытием принципа фотоэффекта Альбертом Эйнштейном, а так же в трудах Ричарда Феймана по квантовой электродинамике (в XX веке), явление спектрального разложения электромагнитных волн нашло свое объяснение.