Концепції сучасного природознавства - Карпов Я. С. - 2.8.3.5 Ньютонівська оптика

Фізичні ідеї, що лежать в основі механіки Ньютона, висловлені переважно в його роботах з оптики. З погляду загальної історії природознавства, оптика Ньютона має першорядне значення, тому що в ній знаходимо найглибші фізичні, часто кінетичні, іноді суто картезіанські за своїм духом корені класичної механіки.

Вихідним пунктом оптичних експериментів Ньютона були потреби практики. Перші великі телескопи мали сферичну й хроматичну аберацію. Щоб усунути цей недолік, Ньютон запропонував замінити рефрактори відбивальними телескопами - рефлекторами. У 1668 р. він побудував велику модель рефлектора, а три роки потому створив порівняно великий відбивальний телескоп. При цьому Ньютон виявив ебе як надзвичайно винахідливий конструктор і технолог.

Вирішення проблеми хроматичної аберації започаткувало всі наступні оптичні дослідження Ньютона. Безпосередній об'єкт телескопа - зоряне небо - привернуло увагу Ньютона до основних задач небесної механіки й астрономії. У виконанні Ньютона експеримент став настільки точним і плідним знаряддям пізнання, що вся попередня експериментальна фізика здається передісторією ньютонівських робіт. У результаті проведених досліджень Ньютон відкрив явище розкладання на спектр білого світла, коли воно проходить через призму, вимірявши величину заломлення променів різних частин спектра. При цьому Ньютон розрізняв основні кольори й складні вторинні кольори. Основні кольори утворюють спектр, який включає червоний; жовтогарячий, жовтий, зелений і т. д., і величезну кількість проміжних відтінків.

Близькі один до одного ділянки спектра дають у поєднанні проміжні кольори: жовтий із синім - зелений, червоний із жовтим - жовтогарячий і т. д. Кольори, що лежать у спектрі далеко один від одного, не утворюють проміжних відтінків. Білий колір є результатом поєднання всіх згаданих вище кольорів.

Звідси випливає, що звичайне світло - біле - являє собою поєднання променів усіх довжин хвиль, які випромінюють тіла, що світяться. Деякі тіла випромінюють світло різних частин спектра не в однаковій пропорції, і тому їхнє світло має певне забарвлення.

Згодом Ньютон пояснив різний колір деяких тіл зміною їхнього стану. Різні речовини по-різному відбивають й поглинають світло. Неоднакове забарвлення природних тіл пов'язане, на думку Ньютона, з різною здатністю тіл відбивати одні світлові промені більшою мірою, ніж інші.

Ньютон закінчує виклад своєї теорії вказівкою на субстанціальність світла: "Ми побачили, що причина кольорів пов'язана не з тілами, а зі світлом, тому ми маємо достатні підстави вважати світло субстанцією".

Однак Ньютон відмовляється від висунення фізичних гіпотез. "Не так легко, однак, з повною впевненістю й остаточно визначити, що таке світло, чому воно заломлюється і яким способом чи дією воно викликає в нашій уяві сприйняття кольорів; я не хочу тут змішувати здогадки з вірогідністю".

Однозначна, повна, цілком достовірна теорія світла з величезними труднощами формувалася як наочна фізична теорія. Тим часом Ньютон прагнув до абсолютної достовірності. Він ще не покінчив з кінетичними гіпотезами у фізиці, але вже закликає до строгого розмежування фізики принципів і фізики моделей.

2.8.3.6 Атомістичні погляди Ньютона

Теорія світла Ньютона грунтується на уявленні про існування дрібних корпускул, що створюють на сітківці ока відчуття світла. Найкрупніші частинки дають червоний колір, а найменші - фіолетовий. Закони оптики виводяться зі взаємодії між частинками матерії і світловими корпускулами. Переходячи з одного середовища в інше, частинки світла відхиляються внаслідок притягання: дрібні фіолетові - більшою мірою, а великі червоні - меншою.

У своїх атомістичних побудовах Ньютон не вдається до поняття абсолютно неподільних атомів, замінивши їх на корпускули як неподільні частинки. В "Оптиці" Ньютон стверджує, що корпускули тіла складаються з більш дрібних частин матерії, які, у свою чергу, складаються із ще більш дрібних дискретних елементів. При цьому він зауважує, що порожній простір зростає в міру дроблення частинок і відношення порожнього простору до заповненого зростає як ступінь, показник якого дорівнює порядку останніх дискретних частинок.

Якщо ми зупинимося на частинках шостого порядку, як це робить Ньютона, то порожній простір у 63 рази більший, ніж заповнений; якщо останні частинки п'ятнадцятого порядку, то порожнеча більше ніж у ЗО тисяч разів перевищує наповнену частину об'єму корпускул; якщо ж дроблення речовини продовжувати до нескінченності, то простір виявляється заповненим у нескінченно малій мірі.

Ця ідея нескінченної ієрархії дискретних частинок речовини була пов'язана з уявленням про єдність матерії. Ньютон не вірив в існування неподільних атомів й елементів, які не можуть перетворюватися один в інший. Навпроти, він припускав, що неподільність частинок і, відповідно, якісні відмінності між елементами є лише відносною межею, пов'язаною з історично обмеженими можливостями експериментальної техніки. Якщо розчленувати речовину на ці відносно неподільні частинки, то відбудеться звичайна хімічна реакція. Однак можна використовувати більш ефективний хімічний вплив і з його допомогою розчленувати частинки на більш дрібні дискретні елементи - на атоми другого порядку, причому виявиться єдність матерії й один елемент перетвориться на інший. Такі уявлення підтримували сподівання Ньютона на успіх його алхімічних дослідів.

Ньютон створює ієрархію дискретних частинок речовини. Перші поєднання - це найбільш міцні сполучення елементів металу, пов'язані найбільш могутніми силами взаємного притягання. Швидше всього, і ці перші елементи мають складну природу й подільність речовини є нескінченною. Другі поєднання складаються з перших поєднань, причому зв'язок тут набагато слабкіший, взаємне притягання не так міцно з'єднує між собою елементи поєднання, і цей зв'язок можна розірвати за допомогою звичайного хімічного впливу. Отже, єдність речовини й перетворення елементів можуть бути результатом більш енергійних впливів, які здатні розчленувати більш дрібні дискретні частини речовини. Таким чином, загальний принцип єдності матерії, що лежав в основі розвитку хімії, випливає в Ньютона з динамічних поглядів на структуру речовини, з уявлення про реальну ієрархію динамічних взаємодій, що пов'язують воєдино кожну дискретну частину матерії.

Слід підкреслити, що ні атомістичні моделі в "Оптиці" і в переписці, ні побічні фізичні посилання "Начал" не можуть претендувати на роль завершеної атомістичної картини світу.

Схожі статті




Концепції сучасного природознавства - Карпов Я. С. - 2.8.3.5 Ньютонівська оптика

Предыдущая | Следующая