Геннадий Шингарев - Мальчик на берегу океана

Настоящим творцом волновой теории света был, однако, не Гук. В 1678 году Христиан Гюйгенс, президент Парижской Академии наук и член Королевского общества, выпустил «Трактат о свете, в коем разъясняются причины того, что с ним происходит при отражении и при преломлении». Гюйгенс воздвиг стройную систему доказательств волновой теории и в спорах о свете оказался куда более серьезным оппонентом Ньютона, чем увлекающийся и склонный к скоропалительным выводам Гук. Но Гук считал, что основные идеи Гюйгенс позаимствовал у него. Так же, как он утверждал, что Ньютон лишь повторил его опыты.

Гук действительно был «королем эксперимента». И все же опыт был для него не первоисточником, а скорее поводом для гипотезы, которую Гук создавал силой воображения. Он расцвечивал свои идеи яркими образами, научные доказательства заменял сравнениями. В нем было что-то от поэта. А вот количественная сторона явлений Гука мало интересовала. Гук, хотя и числился профессором геометрии, не привык мыслить математически.

Между тем самой сильной стороной ньютоновой теории было то, что качество света — его цвет — она связывала с количественной мерой — углом преломления. Поэтому мы с полным правом можем сказать, что Ньютон дал твердый математический закон; Гук же ограничился остроумными, но зыбкими догадками.

Тем временем Исаак Ньютон в Кембридже продолжал свои исследования. Однажды он сложил вместе две призмы, намереваясь продолжить опыты с преломлением. Но призмы попались с дефектом: гипотенузные плоскости были неровными и соприкасались только в одном месте. (Гипотенузная плоскость соответствует диагонали квадрата, который получается, если смотреть на две совмещенные призмы с торца). Он заметил, что там, где грани сблизились, появилось пятно. Оно казалось прозрачным, когда призмы отражали свет, и темным, когда свет проходил насквозь. Вокруг пятна было что-то вроде радужного ободка.

Тогда он взял вместо призм две большие линзы от телескопа, плосковыпуклую и двояковыпуклую. Сложил их вместе, так что первая линза была обращена ко второй своею плоской стороной. Когда луч света проник через эту систему, стекла вспыхнули разноцветным огнем.

Те же полосы радуги, которые возникают при разложении белого света в призме, здесь располагались в виде концентрических колец, разделенных темными промежутками.

«Я слегка сжимал стекла вместе, чтобы заставить цвета последовательно возникать в середине кругов, и постепенно приподнимал верхнее стекло над нижним, для того чтобы цвета последовательно исчезали на том же месте. Окраска, появившаяся последней при сближении стекол в середине других цветов, при первом своем появлении была похожа на круг… При дальнейшем сжимании этот круг становился шире, пока в центре не появлялся новый цвет, и круг становился кольцом, окружающим этот новый цвет… И так же возникают последовательно третий, четвертый, пятый и другие следующие новые цвета, из которых последним было черное пятно».

Это были те самые кольца, которые сейчас носят его имя. Забыв обо всем на свете, он сдвигал и раздвигал линзы, и кольца разных цветов как будто рождались в центре стекла и расходились, как круги на воде.

При этом каждому кольцу — то есть каждому цвету — соответствовала определенная толщина воздушной прослойки между линзами. Сближая линзы, он уменьшал эту прослойку, и тогда кольцо отходило на периферию. Зная кривизну линзы, можно было вычислить толщину воздушного слоя под каждым из колец. С величайшей тщательностью, много раз повторяя одно и то же измерение, Ньютон определил эту величину для фиолетовых, синих, голубых, зеленых, желтых и оранжевых колец. И тогда оказалось, что расстояния между поверхностями двух линз в каждом слое относятся между собой, как квадраты радиусов колец.

Чувствуя, что он нащупал какую-то важную закономерность, Ньютон сравнил радиусы цветных колец с радиусами темных промежутков. Первые возрастали от центра к периферии, как корни квадратные из нечетных целых чисел, вторые — как корни квадратные из четных. Воздушные промежутки между линзами для светлых кругов оказались пропорциональны нечетным числам, а для темных — четным. Чередование колец подчинялось строгому математическому закону. Если перевести этот закон на язык нашей современной науки, то станет ясно, что Ньютон открыл периодичность света и определил длину волн для каждого из цветов спектра.

Но откуда берутся радужные кольца? Сейчас на этот вопрос может ответить школьник. Световая волна сначала пересекает границу линзы и воздушного промежутка, а потом границу этого промежутка и второй линзы. Часть волны отражается, а другая идет дальше. Отраженная волна принимает на себя встречную, и так же, как это происходит на воде, когда сталкиваются две волны, результат будет зависеть от того, на какой фазе движения встречаются волны. Там, где. фазы одинаковы, амплитуда волны увеличится, там., где они противоположны, произойдет взаимное погашение волны. А глаз будет воспринимать это как чередование светлых и темных полос.

Итак, в системе двух линз одновременно происходят интерференция (сложение волн) и дисперсия (разложение белого света на составные части). Оттого и возникают кольца, и притом цветные.

Добавим к этим двум свойствам света третье — дифракцию. Ньютон проверил опыт Гука с бритвой, поставил целую серию опытов с двумя бритвами — сближал их и пропускал между ними луч света. Результат был тот же: тень лезвия не имеет четкой границы, лучи словно огибают бритву. Казалось бы, все должно было убедить Ньютона, что свет в самом деле напоминает волны и что по крайней мере в этом Гук прав…

Рассказ Ньютона о том, как он составил вместе две линзы, плосковыпуклую и двояковыпуклую, и увидел цветные кольца, я взял из книги «Оптика». Она вышла в свет много позже. Но открыл он свои кольца, судя по всему, в 1675 году. Во всяком случае, в конце этого года, в день, когда ему исполнилось тридцать три года, — возраст, который Данте называет серединой жизненного пути, — Ньютон послал в Лондон вторую статью: в ней и сообщалось в первый раз о разноцветных кольцах, окружающих место соприкосновения стекол.

Странное дело: больше, чем кто-либо, своими опытами он способствовал торжеству волновой теории света. Пускай Гук произвольно толковал в пользу этой теории опыты с преломлением света в призме. Но ведь кольца, казалось, неопровержимо доказывали — можно сказать, навязывали — волновую гипотезу. А между тем Ньютон упорно не признавал ее.

«…Мы видели, что причина цветов коренится не в телах, а в свете, поэтому у нас имеется прочное основание считать свет субстанцией… Не так легко, однако, с несомненностью и полно определить, что такое свет, почему он преломляется и каким способом или действием он вызывает в нашей душе представление цветов: я не хочу здесь смешивать домыслы с достоверностью».