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 ґрунтується 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.

2.8.3.6 Атомістичні погляди Ньютона
2.8.3.7 Учення Ньютона про ефір
2.8.3.8 Ньютонівська Ідея дальньої дії
2.8.3.9 Простір, час, рух
2.9 Від геометричного методу до аналітичної механіки
2.9.1 Принцип найменшої дії
2.9.2 Принцип Даламбера
2.9.3 Аналітична механіка матеріальної точки й динаміка твердого тіла Ейлера
2.9.4 Аналітична механіка системи матеріальних точок і тіл Лагранжа
2.9.5 Розвиток аналітичної механіки
© Westudents.com.ua Всі права захищені.
Бібліотека українських підручників 2010 - 2018
Всі матеріалі представлені лише для ознайомлення і не несуть ніякої комерційної цінностію
Электронна пошта: site7smile@yandex.ru