Первый блин, как всегда, комом — даже у Ньютона?!
(О сущности света).
Я уже много лет пропагандирую идею о том, что математики принесли физике больше вреда. чем пользы. И вот — ещё одно доказательство, и опять это связано с Ньютоном. В оптике мы уже 300 лет находимся в тупике. Выход из него нам перекрывает непомерный авторитет Ньютона.
Мнимое открытие Ньютона, которое позволило ему вычислить ход лучей в призме
Если мы вернёмся ближе к истоку наших знаний по оптике, то можем вспомнить, что по крайней мере с 17-го столетия и до сих пор говорят о двойственности света, а именно о том, что, возможно, свет является потоком частиц (корпускулами), а возможно - волновым явлением. То есть, уже в те времена было получено противоречие, которое не разрешено до сих пор.
В начале 17-го столетия произошло знаменательное событие. Снеллем был уточнён закон преломления света, который получил очень простое математическое выражение:
sin θ1/sin θ2 = n,
где θ1 - угол падения, θ2 - угол преломления, а n - показатель преломления среды, в которую входит луч (из воздуха). На рис. 1 показана современная трактовка этого закона для любых сред.
Рис. 1. Преломление света на границе раздела двух сред с показателями преломления n1 и n2 (на рисунке n2 > n1 )
Сам Снелль не публиковал результаты своих исследований. Мы имеем здесь редкий случай, когда должное ему воздали другие.
Этот закон получил название закона Снелля или Снеллиуса. Разумеется, всем захотелось, чтобы этот закон был применим везде и всегда, в том числе и для случая выхода луча из стекла в воздух. Такой случай мы имеем при прохождении солнечного луча через призму.
Сейчас трудно понять, над какими задачами бились тогдашние исследователи. Естественно, что многие занимались одними и теми же исследованиями параллельно. Например, чешский ученый МАРЦИ Ян (Johannes Marcus Marci, Jan Marek Marci, 13.2.1595 - 10.4.1667) в 1648 году открыл дисперсию света [1]. В 1666 году разложение белого света в спектр (дисперсию света, если не по русски) переоткрыл молодой И. Ньютон [2], которому было тогда 23 года.
В то время тогдашние учёные, похоже, считали, что луч солнечного света при вхождении в призму не разлагается. Но тогда он не должен был бы разлагаться и при выходе из призмы. В воздухе у лучей любого цвета скорость одинакова и потому у единственного луча света нет никаких оснований при выходе из призмы расходиться веером. Без дополнительных предположений ход лучей в призме надо бы представлять так, как показано на рис. 2. Но мы-то знаем, что при прохождении через призму свет разлагается.
Рис. 2. Возможный ход лучей в призме. Буквами r и v oбозначены крайние цвета в разложении, r - красный, v - фиолетовый цвет. Промежуточные цвета буквами не обозначены.
В соответствии с этим рисунком выход лучей из призмы нельзя представить как преломление света, так как мы имеем на выходе много лучей, а объяснить как преломление мы можем только выход одного луча. И вследствие этого разложение света при проходе через призму становилось непонятным.
Если Ньютон тогда действительно был единственным в Англии, кто знал о разложении света призмой, то перед ним встала проблема объяснить это явление. И он с ней успешно справился.
Судя по лекциям Ньютона [3], он в то время сделал блестящее открытие. Он понял (предположил), что солнечный свет должен изначально состоять из механической смеси лучей различного цвета, каждый из которых обладает своим собственным углом преломления. Вследствие этого солнечный луч в соответствие с законом Снелля должен начинать разлагаться уже при входе в призму. Повторное преломление этих лучей при выходе из призмы только завершает начатый процесс разложения света, он становится очень простым и понятным (см. рис.3).
Рис. 3. Ход лучей в призме по Ньютону
Хотя мы и не видим ход лучей как внутри призмы, так и вне её, нам всё становится очевидным. Наш разум (вернее, разум Ньютона) сделал для нас невидимый ход лучей видимым.
Исходя из этого процесса, получаемую на стене радугу можно отлично объяснить. А следовательно, в правильности открытия Ньютона сомневаться не приходилось. Что-либо перепроверять означало бы только пустую потерю времени.
С тех пор этот рисунок с небольшими вариациями тиражируется во всех учебниках уже в течение более трёх столетий. Возможно, именно это открытие молодого Ньютона позволило ему, недавнему студенту, заменить на профессорском посту прежнего лектора, так кстати уходившего на другую работу.
Почему, будучи экспериментатором, Ньютона не заметил свою теоретическую ошибку?
Конечно, зная об ошибке, легко говорить о том, что он по молодости был слишком самонадеян, и не догадался проверить соответствие теории практике. Но меня гораздо более интересует вопрос о том, почему его ошибку никто не мог заметить целых 300 лет. Ведь за это время разложение света по Ньютону изучало множество людей, которых мы считаем гениями. Но на это ответить так же трудно, как на вопрос, почему после Птолемея понадобилось полтора тысячелетия до прихода Коперника.
Ньютон был не только теоретиком, но и экспериментатором. Это обстоятельство могло бы способствовать тому, чтобы неминуемо обнаружить, что его открытие является ошибкой. Судя по его лекциям [3], создаётся впечатление, что Ньютон-экспериментатор отлично знал, что лучи света вне призмы ведут себя совсем не так, как они должны были бы вести себя в соответствии с его столь простой и логичной схемой. Возможно ли, что Ньютон нас просто-напросто обманывал?!
Этой мысли особенно легко поверить на фоне многочисленных историй, говорящих о том, что он всегда был готов присвоить себе авторство идей, принадлежащих другим. Он был честолюбец, и чтобы прославиться, все средства были для него хороши. Критики своих идей он не терпел. Признаться самому в том, что он ошибся?! Об этом не могло быть и речи.
Но не будем слишком подозрительными. Да, судя по его лекциям, он отлично знал, что вблизи от призмы радугу увидеть невозможно. Но по рис. 3 отличная радуга должна быть видна на любом расстоянии экрана от призмы. Кроме того, Ньютон утверждал, что входящий в призму луч должен быть узким, сам же он применял достаточно широкие пучки света, не менее дюйма. В статье [4] приведены многие другие противоречия, которые заставляют поверить, что Ньютон знал о том, что его ход лучей по рис. 3 неправилен. Но надо считаться и с тем, что он много лет читал лекции студентам и должен был ежедневно считаться с вероятностью того, что его обман будет обнаружен. В постоянном ожидании такого события жить просто немыслимо. Но есть одна возможность, чистого медицинского характера, которая позволяет поверить тому, что Ньютон не был настолько испорченным человеком, как нам может показаться.
Как известно, Ньютон несколько лет страдал психическим расстройством [5]. Я не хочу никому навязывать своё мнение, но мне кажется вполне допустимым, что Ньютон уже в то время (в 23 года) был психически болен и поэтому Ньютон-теоретик нисколько не контактировал с Ньютоном-экспериментатором [4]. Ошибка Ньютона-теоретика, предположительно, осталась Ньютоном-экспериментатором незамеченной. Он был абсолютно уверен в правильности своей догадки. На основе своего мнимого открытия он развил “Новую теорию света и цветов”, которую доложил в 1672, а затем в 1675 г.
Мне кажется, что Ньютон из-за своего психического состояния мог вполне искренне заблуждаться до самого конца своей жизни. Если же психиатры думают противоположное, то Ньютона надо признать непревзойдённым мистификатором своего времени в мире науки.
Если бы Ньютон заметил свою ошибку, он смог бы сделать несколько настоящих открытий, связанных с прохождением солнечных лучей сквозь призму.
Противоречия теории с действительным ходом лучей и с теорией света и цветов, а также их последствия
Из теории Ньютона следует, что для получения радуги луч, входящий в призму, должен быть узким. Насколько узким - ни один из учебников не указывает. Когда в конце 90-х годов прошлого столетия я впервые увидел радугу, полученную случайно с помощью аквариума для рыбок, я обратил внимание на то, что ширина входящего луча ничем не ограничивается. Радуга, тем не менее, была отличной. Хотя со дня окончания школы к тому времени прошло около 30-и лет, я вспомнил, что по учебнику этого не должно быть [6]. Я проделал несколько опытов, и убедился, что практически все теоретические выводы не соответствуют действительности. Великий Ньютон - ошибался?! Допустим. Но ведь с тех пор прошло более 300 лет! Неужели за это время ни один из знаменитых физиков не заметил этой ошибки?!
Я был в шоке, и не верил сам себе. Но какой бы проверочный эксперимент я ни провёл, я каждый раз получал противоречие со школьными учебниками. В конце концов я написал статью, которую именно так и назвал: "Нет ничего более ошибочного, чем то, чему все верят" [7]
Мною была построена большая призма-аквариум и я смог проследить ход лучей непосредственно внутри призмы. Оказалось, что он соответствует рис. 2. В этом случае никаких противоречий с проверочными опытами не наблюдается. Но по рис. 2 процесс выхода лучей из призмы нельзя назвать преломлением. Наиболее разумно, на мой взгляд, назвать этот процесс преобразованием световых лучей. Отсюда следует, что закон Снелля не всегда применим. Не всегда то, что кажется нам преломлением, является им.
Если в призме имеет место не разложение света, а его преобразование, то не является обоснованной и «теория света и цветов» Ньютона. Тут уместно вспомнить, что Гёте при своих опытах получил цвета, которых нет в «разложении света» Ньютона. Это также говорит о том, что процесс прохождения света через призму не является разложением спектра.
Все открытия, основанные на эксперименте, делаются только случайно. Теоретически их предсказать невозможно. Мною был получен «спектр разложения света» при прохождении света через призму из плекса (рис. 4) [8].
Рис. 4. «Спектр», доказывающий, что «спектры» не являются спектрами, т. е., разложениями. Он получен с помощью призмы из плекса.
У него оказалось невероятное чередование цветов. Никто никогда до этого не видел, что в «спектре» дважды появлялся зелёный цвет. Этот опыт опроверг утверждения учебников о том, что все спектры в основе своей одинаковы. Кроме того, полученный результат доказывал, что прохождение солнечного света через призму не является разложением. Разложения не могут иметь различный порядок следования цветов. Последовательность цветов в спектре может быть только монотонной. Никаких прыжков, никакого нарушения чередования цветов быть не может.
Я опять-таки предположил, что это надо назвать преобразованием. И естественно, этот рисунок является доказательством того, что «теория света и цветов» Ньютона неправильна. В нём не только присутствуют цвета, которых нет у Ньютона, но и совершенно иной порядок следования лучей различного цвета. Это явно подтверждает мысль о том, что здесь имеет место разложение, а преобразование в зависимости от материала призмы. Можно поверить, что различные материалы по разному преобразовывают свет, но трудно поверить, что они по разному его разлагают.
Коэффициенты преломления в оптике определяются по методике в соответствии с «открытием» Ньютона, и потому, естественно, являются ошибочными. Ошибка эта небольшая, но она есть. Причём эта ошибка принципиальная. Закон Снелля, возможно, и правильный, но не всегда может применяться. Не всё, что считалось преломлением света, было им [7].
В соответствие с рис. 2 при прохождении света через призму нарушается ещё одно правило, которое до сих пор считалось основополагающим. Луч света, идущий через призму в одну сторону, не может пройти тем же путём обратно. Возможно, более правильным будет сказать, что луч света вообще не проходит через призму, а только преобразовывается в ней. В противном случае надо будет сказать, что он проходит через неё бесчисленным числом путей.
Из "открытия" Ньютона следует, что лучи разного цвета внутри стекла или воды должны иметь различную скорость. Увы, это не так, и, естественно, никогда не было подтверждено экспериментально.
На основе ошибки Ньютона возникло множество неправильных воззрений. Трудно поверить, что все они появились только на основе неправильного определения хода лучей в призме, на основе мнимого открытия Ньютона.
Из-за того, что теперь нельзя считать. что свет в призме разлагается, стала непонятной физическая сущность процесса спектрометрии. Мы не знаем, что означает цвет, не знаем его физическую сущность. Но это не означает, что мы должны следовать ложной теории, которая якобы всё объясняет. Неправильное объяснение, оставаясь незамеченным, создаёт впечатление, что в данной области науки нет проблем, всё известно. Поэтому не происходит поиск с целью решения существующей проблемы. Если бы ошибку Ньютона обнаружили в то время, мы, наверное, давно продвинулись гораздо дальше в наших знаниях о сущности света. Но наши воззрения в области света из-за мнимого открытия Ньютона во многом застряли на уровне 17-го века.
Ньютон уже в то время стал большим авторитетом. А так как ошибки авторитетов никто не замечает, то ошибка Ньютона осталась незамеченной до наших дней и привела к большим отрицательным последствиям в оптике и астрономии [9].
Литература:
1. https://www.eduspb.com/node/804
2. https://www.eduspb.com/node/2339
3. Astro-cabinet.ru Исаак Ньютон
4. Вклад Ньютона в оптику — это вклад в кризис современной физики и астрономии? - 27 мая 2021 г.
5. С.И. Вавилов. Исаак Ньютон http://vivovoco.ibmh.msk.su/VV/BOOKS/NEWTON/
6. Прав ли был Ньютон? - Разлагает ли призма солнечный свет на цветовые составляющие?, 31 июля 2010 г.
8. Всегда ли «Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан»? - 19 мая 2019.
9. Вклад Ньютона в оптику — это вклад в кризис современной физики и астрономии? - 27 мая 2021 г.
