Ньютон нашел радугу или Что такое хроматическая аберрация?
Расщепленный свет
Радугу в комнате получают при помощи призмы — стеклянного бруска треугольного сечения.
Именно опыт с призмой позволил Исааку Ньютону заключить в «Лекциях по оптике» в 1669 году и в мемуаре (так называли в старину небольшие научные статьи и книги) «Новая теория света и цветов», написанном в 1672 году: «Световые лучи различаются в их способности показывать ту или иную особую окраску, точно так же, как они различаются по степени преломляемости. …Свойственные какому-либо роду лучей, они не могут быть изменены ни преломлением, ни какой-либо иной причиной… Поэтому мы должны различать два рода цветов: одни первоначальные и простые, другие же сложенные из них… В этом причина того, почему свет обыкновенно имеет белую окраску; ибо свет — запутанная смесь лучей всех видов и цветов, выбрасываемых из различных частей светящихся тел».
Ньютон пропускал свет в комнату через маленькое круглое отверстие в шторе, собирал лучи двояковыпуклой линзой и за линзой ставил призму тонким концом вниз.
За призмой на противоположной стене комнаты возникала радуга из лучей семи основных цветов, причем сильнее всего преломлялся и отклонялся от первоначального пути фиолетовый луч, затем синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и, наконец, красный.
Сколько раз наблюдали люди радугу на небе после дождя, прежде чем ученые смогли в лаборатории расщепить свет Солнца или лампы на яркие полоски, доказав, что белый свет является смесью множества отдельных цветных лучей с разной длиной волны!
На пути каждого из отдельных лучей Ньютон поставил вторую призму — цвет лучей не изменился. Ньютон собрал все лучи радуги вместе — вновь возник белый цвет!
Убедительное доказательство того, что в белом цвете содержатся все цвета радуги…
Сейчас нам кажутся простыми и логичными выводы Ньютона, а ведь все его предшественники, испытывавшие различные комбинации из линз и призм, считали, что цвета зарождаются в самих призмах.
Даже современник и соперник Ньютона, талантливый и наблюдательный Роберт Гук, думал, что цвета появляются вследствие возмущения белым светом простого волнового движения в призме. По мнению Гука, в солнечном луче не могут содержаться все цвета; ведь это так же странно, писал он, как утверждать, что «в воздухе органных мехов содержатся все тоны».
Трудно сделать верный и новый шаг в науке! И видимо, еще труднее воспринять новое коллегам ученого, связанным привычными представлениями о природе явления…
Стеклянные и кварцевые призмы до наших дней преданно служат физике. Во многих самых современных оптических приборах всегда находится одна или несколько призм. Особенно в тех приборах, с помощью которых ученые исследуют излучение Солнца и далеких звезд, изучают спектральный состав лучей, испускаемых разнообразными источниками света, такими, как вольфрамовые, ртутные, ксеноновые лампы.
Хроматическая аберрация
Незаменимы призмы и в тех случаях, когда необходимо узнать спектральный состав света, отражаемого или поглощаемого тканями, листьями, металлами, всеми многочисленными поверхностями, окружающими нас в жизни.
Опыты Ньютона не только положили начало большим направлениям современной оптики. Они привели самого Ньютона и его последователей к грустному выводу: в сложных приборах с большим количеством линз и призм обязательно происходит разложение белого света на его красивые цветные составляющие, и всякое оптическое изображение будет сопровождаться пестрой каймой, искажающей представление о рассматриваемом предмете.
Предвидение оправдалось на практике: наблюдениям через подзорные трубы, микроскопы и телескопы из нескольких линз всегда мешали цветные блики и полосы. Явление получило название «хроматической аберрации», и сам Ньютон настолько не верил в возможность избавиться от него, что занялся конструированием отражательного телескопа, в котором вместо линз использовались металлические вогнутые зеркала, собирающие свет.
Ньютон разработал несколько конструкций такого телескопа.
В одной из них наблюдение за звездами проводилось через боковое отверстие основного корпуса: плоское зеркало, установленное под углом 45° к оптической оси, выводило к наблюдателю лучи, собранные в фокусе большого вогнутого металлического зеркала.
За создание оригинальной конструкции телескопа Исаак Ньютон был в 1671 году избран членом научного Королевского общества. Эта работа Ньютона казалась его коллегам бесспорной…
Источник: Марк Колтун “Мир физики“.
