Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
https://wos-scopus.com
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №47 (июль) 2017
Разделы: Физика
Размещена 21.06.2017. Последняя правка: 20.06.2017.

ОПЫТЫ НЬЮТОНА С ПРИЗМОЙ: СУЩНОСТЬ И СЛЕДСТВИЯ

Тарханов Олег Владимирович

к.т.н. Академик МИА

ООО ИКЦ "Системы и технологии"

Главный научный сотрудник

Аннотация:
В статье на основе анализа оптических опытов Ньютона и новых опытов выявлена неточность выводов Ньютона относительно цветных составляющих светового потока и обосновано, что свет состоит из трех материальных носителей, индивидуальное и совместное воздействие которых на зрительный аппарат животного организма вызывает соответствующие ассоциации головного мозга, отображающие цветовое многообразия природы.


Abstract:
The article based on the analysis of optical experiments of Newton and new experiments revealed the inaccuracy of Newton's insights regarding color components of light and proved that light consists of three physical media, individual and joint impact on the visual apparatus of the animal organism calls the appropriate Association of the brain that shows the color diversity of nature.


Ключевые слова:
Ньютон; призма; дисперсия; носители цветных составляющих.

Keywords:
Newton; prism; dispersion; carriers of non-ferrous components.


УДК 535.1, 535.6

Опыты Ньютона (1642-1727) по дисперсии света доложены им в 1672 г. Лондонскому Королевскому Обществу [1]. И именно с этого момента результаты опытов подвергались критике известными  учеными. Острота складывавшихся в то время отношений между Ньютоном и оппонентами была почти такой же, как и между Бруно и отправившими его на костер членами ученого сообщества Италии.  Тем не менее, на сегодняшний день в виду как бы очевидности результатов этих опытов, часть которые легко проверяются при соблюдении условий проведения опытов по описанию Ньютона, выводы великого физика признаны современной наукой в качестве знаний, полученных опытным путем. Для понимания замеченных в экспериментах Ньютона неточностей приводим на   рис.1 его схему опытов с двумя призмами.

 

Рис.1  ( [Рисунок 118 из «Оптики»  Ньютона (год издания 1721 год). «Пояснение. Пусть S  представляет Солнце, F - отверстие в окне, ABC - первую призму, DH - вторую призму, Y - круглое изображение Солнца, образуемое непосредственно пучком света, когда призмы убраны, РТ - удлинённое изображение Солнца, образуемое тем же пучком при прохождении только через первую призму, когда вторая призма убрана, pt - изображение, получаемое при перекрестных преломлениях обеих призм вместе»]

Как известно, Ньютон полученную картину цветных полос назвал дисперсией. В полученной им дисперсии он выделил цвета КРАСНЫЙ, ОРАНЖЕВЫЙ, ЖЕЛТЫЙ, ЗЕЛЕНЫЙ, ГОЛУБОЙ, СИНИЙ, ФИОЛЕТОВЫЙ. Эти цвета он назвал монохроматическими цветами и полагал, что "Все цвета относятся безучастно к любым границам тени, и поэтому различие цветов одного от другого не происходит от различных границ тени, вследствие чего свет видоизменялся бы различным образом, как думали до сих пор философы".

Пропустив разложенный первой призмой световой поток через вторую призму Ньютон полагал, что для всех выделенных им цветовых составляющих соблюдается закономерность – эти цветные составляющие имеют разный коэффициент преломления.

При отмеченных Ньютоном обстоятельствах, которые как бы проявляются в повторяемых кем-либо указанных опытах, необходимо было бы согласиться с его выводами:

– световой поток состоит из семи монохроматических составляющих, включая красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый;

– каждая из перечисленных составляющих имеет свой коэффициент преломления.

При этом отметим, что Ньютон с особой категоричностью отмечал, что полученную им дисперсию он осуществлял на весьма узком отверстии (вероятно, не больше диаметра булавки).

Данные экспериментов Ньютона с призмой интерпретировались физиками вплоть до середины 19 века как  доказательства корпускулярной гипотезы светового потока. В 20 веке ученые пересмотрели свое отношение к этим опытам в связи с экспериментами Френеля, Юнга и гипотезой Максвелла об электромагнитной природе светового потока. Но, как отмечал Эйнштейн, «…иистория поисков теории света никоим образом не окончена. Приговор XIX столетия не был последним и окончательным. Для современных физиков вся проблема выбора между корпускулами и волнами существует вновь, теперь уже в гораздо более глубокой и сложной форме. Примем поражение корпускулярной теории света до тех пор, пока мы не обнаружим, что характер победы волновой теории проблематичен» [2, С.364].

Результаты новых экспериментов с призмой создают непреодолимые препятствия для их объяснения с позиций волновой гипотезы светового потока, но вполне легко объясняются с позиций корпускулярной гипотезы.  

В новых экспериментах вместо круглого отверстия была использована вертикальная щель по рис.2.

 

Рис. 2. Новая схема опытов

Ширину щели  можно изменять с помощью подвижных непрозрачных створок «а» и «б» черного (темного) цвета. Створки  размещаются вертикально на стекле окна. Наблюдая эту щель днем через одну часть (левую или правую, показано штриховой и сплошной стрелками) горизонтально расположенной призмы, мы пронаблюдаем любопытное явление [3].

Это явление заключается в том, что у образующих щель внутренних граней створок образуется по паре цветных полос. Одну пару составляют вертикальные полосы красного и желтого цвета. Другую пару составляют полосы бирюзового и фиолетового цвета. При этом с увеличением расстояния между призмой и щелью, ширина цветных полос увеличивается, а границы между желтой полосой и бирюзовой сближаются. Сближение границ желтой и бирюзовой полос  можно осуществить поворотом призмы вокруг вертикальной оси. При достаточном удалении створок друг от друга между желтой и бирюзовой полосами явно наблюдается полоса белого светового потока (рис.3 слева).

При сдвигании створок «а» и «б» границы между полосами желтого и бирюзового цвета приближаются друг к другу, что ведет  к уменьшению ширина полосы белого цвета вплоть до нуля при некоторой ширине щели. Дальнейшее сужение щели приводит к пересечению (наложению) желтой и бирюзовой полос. При этом площадь пересечения желтой и бирюзовой полос окрашивается  в зеленый цвет (рис.3, виды II  и  IV).

 

Рис.3. Наблюдаемая картина по схеме опыта по рис.2

При изменении угла обзора (со сплошной стрелки на штриховую стрелку) пары цветных полос меняются местами.  Но при этом  по-прежнему в средней части пересечения желтой и бирюзовой полос имеет место быть полоса зеленого цвета.

Из приведенных на рис. 3 результатов экспериментов следует, что дисперсионная картины содержит полосу зеленого цвета, который не является монохроматическим. Его возникновение определяется пересечением полос желтого и бирюзового цвета. Т.е. зеленый цвет в световом потоке не является монохроматическим. Вводя понятие «носитель цветов» в световом потоке, результат эксперимента позволяет утверждать – возникновение в мозгу человека образа зеленого цвета является следствием одновременного воздействия на чувствительные элементы глаз носителей желтого и бирюзового цвета.

Но если в образование зеленого цвета  участвуют два носителя, то он является  бихроматическим. Это должно влиять на результаты опытов с двумя призмами П1 и П2 (рис. 4). И это было получено в точном соответствии с ожиданием. 

 

Рис.4. Результаты опытов с двумя призмами

Необходимо отметить, что на рис. 4 при изменении обзора через второе крыло второй призмы окраска участков на концах красной, зеленой и фиолетовой полосок меняются местами.

Из этих опытов следует:

– цвет зеленой полосы не является монохроматическим. Зеленый цвет является следствием образования в головном мозге одновременного воздействия на чувствительные элементы глаз носителей желтого и бирюзового цветов;

– цвет красной полосы не является монохроматическим. Красный цвет является следствием одновременного воздействия на чувствительные элементы глаз носителей желтого и лилового цветов (на рис. 4 – нижняя полоса дисперсионной картины);

– цвет фиолетовой полосы не является монохроматическим. Фиолетовый цвет является следствием одновременного воздействия на чувствительные элементы глаз носителей лилового и бирюзового цветов (на рис. 4 – верхняя полоса дисперсионной картины);

– цвет желтой полосы, как и цвет бирюзовой полосы,  является монохроматическим.

– полоски красного, зеленого и фиолетового цветов от первой призмы при пропускании через втору призму уменьшаются по длине на линейную величину соответствующих двух цветов, образующихся на концах этих полосок.

ВЫВОДЫ:

1. Гипотеза Нютона о цветных составляющих светового потока, по которой солнечный свет состоит из семи монохроматических цветов (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый) не соответствует действительности.

2. Индивидуальных (моно)  носителей красного, зеленого и фиолетового цветов в природе не существует. Эти цвета являются следствием воздействия на чувствительную систему глаз не менее двух носителей.

3.В природе существуют три носителя – носитель бирюзового, носитель желтого и носитель лилового цветов. Многообразие цветных оттенков определяется комбинацией соответствующих количеств  носителей бирюзового, лилового и желтого  цветов  (Бог Любит Жизнь).

4. Ограничение числа носителей светового потока числом 3 позволяет утверждать, что белый цвет светового потока определяется одновременным воздействием на глаз равных долей носителей  бирюзового, лилового и желтого цветов.

Библиографический список:

1. Ньютон И. Оптика, или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света. Серия: Классики естествознания, кн. 17, М.-Л. ГИЗ, 1927 г., 374 с.
2. Альберт Эйнштейн. Собрание научных трудов. Т. IV. М.: Наука, 1967. – С 357 - 543.
3. Скворцов В. Молодой Ньютон и солнечный свет/Республика Башкортостан. № 230, 2.12.2009.




Рецензии:

22.06.2017, 15:44 Сухарев Илья Георгиевич
Рецензия: Рецензия на статью ОПЫТЫ НЬЮТОНА С ПРИЗМОЙ: СУЩНОСТЬ И СЛЕДСТВИЯ (автор Тарханов Олег Владимирович к.т.н. Академик МИА, ООО ИКЦ "Системы и технологии", Главный научный сотрудник). Главное следствие опытов Ньютона есть вывод, что белый свет Солнца содержит в себе спектр волн различных частот. Для опыта использовалось свойство зависимости угла преломления от частоты волны, проходящей через границу раздела двух сред с разной плотностью. Пропуская свет через призму, где имело место двойное лучепреломление, на экране можно было видеть цветовую гамму. Он, как признанный автор этого опыта, выделил 7 основных цветов. К слову сказать, будь он дальтоником, их было бы меньше. Но это совершенно неважно для смысла опыта, названного дисперсией, то есть разложением светового пучка волн на частотные составляющие. Подобный опыт может быть произведен, например, в диапазоне СВЧ с диэлектрической радиопрозрачной призмой и смысл его останется прежним без выделения каких-либо цветовых гамм. Опыты автора статьи можно условно разделить условно на 2 темы. Первую можно условно назвать наблюдением калйдоскопических эффектов, а вторую - свойством зрения воспринимать смешанные цвета как цвет, отличающийся от исходных. Первый опыт весьма положительно влияет как на детей, так и на взрослых, а вторым опытом профессионально пользуются художники и изготовители систем сведения лучей кинескопов. То есть, речь идет об эффектах известных. Публикацию не рекомендую.

5.07.2017, 17:24 Мирмович-Тихомиров Эдуард Григорьевич
Рецензия: Если большую часть ответов автора на рецензии и отзывы адаптировать к формату статьи в виде ли обсуждения и дискуссии, в другом виде, то рецензент выражает положительную реакцию на статью и рекомендует её к опубликованию. С уважением к автору!



Комментарии пользователей:

2.07.2017, 14:06 Мирмович-Тихомиров Эдуард Григорьевич
Отзыв: Уважаемый Олег Владимирович! Возможно, Вы просто хотели обосновать некую фундаментальность формулы RGB в IT и эту триаду спараллелить с нашими палочками и колбочками? А замахнулись-то вначале на дуализм. С т.н. "дуализмом" то всё просто. Вы любитель бильярда? Упругие, обтекающие, подкручивающие удары в шероховатом и гладком поле. Поставьте на место шаров из слоновой кости гидродинамический сферообразный (шарообразный) объект. Вот вам и дифракция, и дуализм, и всяческие квантовые с туннельными переходами барьеров. Пока нет времени разобраться в смысле фундаментальности Вашей статьи. Может, дискуссия здесь с сомнениями Ильи Георгиевича этому поспособствует! А пока в рецензируемый формат ничего написано не будет, дабы возможного ребёнка из ванны не выкинуть.


3.07.2017, 9:12 Тарханов Олег Владимирович
Отзыв: ОТВЕТ НА КОММЕНТАРИЙ Мирмович-Тихомирова Эдуарда Григорьевича Уважаемый Эдуард Григорьевич! Спасибо за прочтение статьи и мысль «А пока в рецензируемый формат ничего написано не будет, дабы возможного ребёнка из ванны не выкинуть». Судя по вопросам, вероятно, Вас интересует движимые мною мои желания в отношении «RGB, IT, колбочек и палочек» перед проведением описанного в статье опыта? Ответ на вопрос: «Такого желания у меня не было». Относительно истории желания опубликовать статью в журнале 1. В 2009 г. я продемонстрировал опыт, проведенный мной несколько десятков лет до того, заместителю редактора «Советской Башкирии». Он оказался выпускником технического вуза и хорошо был знаком с опытами Ньютона. Усмотрев разные результаты в двух реальных опытах, В. Скворцов счел возможным опубликовать в газете продемонстрированный ему опыт. С тех пор прошло восемь лет. Вполне естественно, что я отдавал себе отчет о следствиях результатов опыта с изменяемым линейным размером отверстия. Новый опыт, в котором этот размер можно было изменять от любых больших размеров до много меньших, чем у иголочного отверстия Ньютона, свидетельствовал – молодой Ньютон ошибся в определении количества цветов. Но главное, что и не могло быть определено в опыте Ньютона, это характер зеленой составляющей спектра. Этому мешал малый размер отверстия, при котором нельзя было исследовать сведение желтой и изумрудной составляющей до приграничного соприкосновения и последующего постепенного их пересечения. Новый опыт, опровержения мне неизвестно, демонстрирует, что эта «зеленая» составляющая не является монохроматической. Расширяя эксперимент уже по найденному Ньютоном пути (использование второй призмы), удалось исключить монохроматизм красной и фиолетовой составляющей. В статье это также описано. Остальное изложено в статье не в виде утверждений, а в виде описания опытов и следствий эксперимента. Естественно, что я неоднократно демонстрировал самой разной аудитории опыт с призмой и регулируемой, так сказать, щелью. При этом, как ученики школы, так и студенты Вузов и преподаватели, подтверждали, что они (на вопрос – «какие цветные полосы видите?») не видят иных цветов, кроме легко наблюдаемых (по паре у краев разных створок и зеленого после перекрытия желтой и бирюзовой полос). Т.е. среднее зрение участников рассмотрения эксперимента, как и автора опыта, было вполне «здоровым» - без «дальтонических» отклонений. Мнение Ньютона о неприемлемости гипотез и мнение Эйнштейна о шаткости дуализма стало решающим для написания статьи. Да и возраст подпирает. Конечное, я знал и знаю силу «любви» убежденных в дуализме. Но, как говорится, «шила в мешке не утаишь» и «Платон мне друг, но истина дороже». 2. Относительно шаров. К сожалению, эффект Комптона не подтверждает дуализм фотона. 3. Учитывая изложенное, полагаю, что мною, как выпускником инженерно-физического факультета, двигало и движет простое желание – через сорок лет после проведения эксперимента представить этот эксперимент на суд читателя и физической общественности. При этом я учитывал, что живой Гук довел Ньютона до крайней степени осторожности – «Оптику» Ньютон опубликовал после смерти Гука, который тридцать лет «ел» Ньютона живьем. Но мы, как сообщество ученых, играем роль, так сказать, коллективного «ГУКА». К сожалению, это факт. Последователей Ньютона, Планка и Эйнштейна не хватает. Это же надо – Ньютону хлопали за эксперимент, который не вполне корректен, а тут – закапывают очевидное при весьма легковесных намеках. Конечное, «тяжесть» дуализма – весьма и весьма неподъемная. Описанный эксперимент – всего лишь веха.


3.07.2017, 14:04 Мирмович-Тихомиров Эдуард Григорьевич
Отзыв: Продолжая диспут вокруг Ваших опытов... 1. В IT цвета RGB, как Вам известно (и всем), считаются фундаментальными, не фрактально аддитивными, и их сложение или суперпозиция порождает все другие цвета. Но сами цвета - это результат взаимодействия как минимум трёх элементов природы: частоты f с её разной для разных f дисперсией df + взаимодействие с собственными частотами наших очей + нервные и мозговые преобразования в наши ощущения (где и редкое место дальтонизму, не изученным пока цветовым вариациям аутистического спектра и т.д.). Вы же утверждаете своими опытами, что первичным, фундаментальным и "универсальной константой" в нашей вселенной являются не эти три частоты, и не частота (микродиапазон) жёлтого цвета (величину приводить не буду), а зелёного. Это так? 2. Целиком согласен. И это отдельный разговор. Есть такие удары в бильярде, когда биток полностью обтекает шар-мишень и движется против любых законов Ньютона и дуализма. А уж о способных к деформации частицах типа мыльных пузыриков и говорить нечего. Непрерывность и волновая природа - это проекция наших интерпретаций на основе наших "недознаний" чего-то. К непрерывности и вечности относится только всеобщее вращение и эффекты квазитурбулентности, порождающие более мелкие структуры вращения вплоть до микро и т.н. элементарных частиц. 3. В спорах Р. Гука, Г. Лейбница и даже Дж. Беркли, я на их стороне, а не на стороне И. Ньютона. Если Вы про мои "весьма легковесные намёки", то я именно не закапываю ни свои глаза на материал, ни его самого в какую-нибудь яму, а проявляю к нему интерес перед рецензией.


4.07.2017, 15:34 Тарханов Олег Владимирович
Отзыв: ОТВЕТ НА ОТЗЫВ от 3.07.2017 Мирмович-Тихомирова Эдуарда Григорьевича Уважаемый Эдуард Григорьевич! 1. Позвольте очередное разъяснение по статье начать с части Вашего третьего пункта. Ваше отношение к статье мне представляется вполне логичным и …правильным, учитывая «тяжесть дуализма». К «намекам» в виде утверждений без обоснований и не имеющим места быть я описал свое отношение в ответе на рецензию Сухарева Ильи Георгиевича. 2. Относительно «IT цвета RGB» и Вашего мнения относительно частот носителей. 2.1. Приходится согласиться с тем, что у носителей светового потока гипотетичным (не могу обосновать другого) и пока единственным признаком их отличий друг от друга является частота. Не могу выдвигать обоснованных на практике утверждений и о природе частоты световых составляющих. 2.2. Касательно взаимодействия выявленных в опыте носителей, отвечающих за цветные реакции головного мозга, то относительно Ваших размышлений о следствиях взаимодействия выявленных носителей с нашими органами оптических преобразований, то с этим, за неимением другого, приходится согласиться. 2.3. Касательно фундаментальности "универсальной константы" в опоре на некие параметры носителя желтого цвета или носителя зеленого цвета, то я полагаю, что если и есть такая «универсальная константа», то ее природа связана с тремя носителями, а не с одним из них. Причем, природу связи (в неформальном смысле, как, например, у Планка) предстоит еще определить. Прямо из проведенных опытов, на мой взгляд, эта природа не следует. Весьма важны сведения о веществах в чувствительных элементах глаз и сущности взаимодействия носителей с этими веществами. Но этих сведений у меня пока нет. В тоже время, индивидуальных носителей Green, Red и Blue, как следует из описанного в статье опыта, в природе нет. В этом и есть ошибочность теории и несовершенство практики ргбистов. 3. Полагаю, что у нас достаточно оснований считаться с мнениями трех, указанных Вами ученых. Возможно, Ньютону больше «повезло» в плане его сугубо изобретательских «откровений» (отверстие малого диаметра), применение второй призмы и молчания на протяжении тридцати лет. На отверстии большего диаметра (около трех диаметров отверстия по Ньютону и близком размещении призмы от отверстия) его ждало бы разочарование – непрерывного спектра он не получил бы. Но имел бы всего четыре цветных полосы, по две пары которых (красный – желтый и бирюзовый – фиолетовый) были бы разделены полосой белого света, а не зеленого. Тарханов О.В.


Оставить комментарий


 
 

Вверх