Дисперсія та розсіювання світла - Все для чайників
Показник заломлення залежить від кута падіння світлового пучка, але залежить від його кольору. Це було відкрито Ньютоном. Займаючись удосконаленням телескопів, Ньютон звернув увагу, що зображення, дане об'єктивом, з обох боків пофарбовано. Він зацікавився цим і перший «досліджував розмаїтість світлових променів і особливості кольорів, яких до того ніхто навіть не підозрював» (слова з напису на могилі Ньютона). Райдужне фарбування зображення, що дається лінзою, спостерігали, звичайно, і до нього. Було помічено також, що райдужні краї мають предмети, що розглядаються через призму. Пучок світлових променів, що пройшли через призму, забарвлюється по краях.
Основний досвід Ньютона був геніально простим. Ньютон здогадався направити на призму світловий пучок малого поперечного перерізу. Пучок сонячного світла проходив у затемнену кімнату через маленький отвір у віконниці. Падаючи на скляну призму, він заломлювався і давав на протилежній стіні подовжене зображення з райдужним чергуванням квітів Наслідуючи багатовікову традицію, згідно з якою веселка вважалася з семи основних квітів, Ньютон, теж виділив сім кольорів: фіолетовий, синій, блакитний, зелений, жовтий та червоний. Саму райдужну смужку Ньютон назвав спектром. Закриваючи отвір червоним склом, Ньютон спостерігав на стіні тільки червону пляму, закриваючи синю — синю тощо. Звідси випливало, що не призма забарвлює біле світло, як передбачалося раніше. Призма не змінює світла, лише розкладає його на складові. Біле світло має складну структуру. З нього можна виділити пучки різних кольорів, і лише спільна їхня дія викликає в нас враження білого кольору. Справді, якщо за допомогою другої призми, поверненої на 180° щодо першої, зібрати всі пучкиспектра, то знову вийде біле світло. Виділивши ж якусь частину спектра, наприклад зелену, і змусивши світло пройти ще через одну призму, ми вже не отримаємо подальшої зміни забарвлення.
Інший важливий висновок, до якого прийшов Ньютон, був сформульований ним у трактаті по «Оптиці» таким чином: «Світлові пучки, що відрізняються за кольором, відрізняються за рівнем заломлюваності» (для них скло має різні показники заломлення). Найбільш сильно заломлюються фіолетові промені, найменше — червоні. Залежність показника заломлення світла від його кольору зветься дисперсією (від латинського слова dispergo — розкидаю).
Надалі Ньютон удосконалив свої спостереження спектру, щоб отримати чистіші кольори. Адже круглі кольорові плями світлового пучка, що пройшов через призму, частково перекривали один одного. Замість круглого отвору використовувалася вузька щілина, освітлена яскравим джерелом. За щілиною розташовувалась лінза, що дає на екрані зображення у вигляді тонкої білої смужки. Якщо шляху променів помістити призму (рис. 197), то зображення щілини розтягнеться в спектр.
Так як показник заломлення залежить від швидкості світла в речовині, то, очевидно, червоне світло, яке менше заломлюється, має найбільшу швидкість, а фіолетовий - найменшу. Саме тому призма розкладає світло. У порожнечі швидкості променів різного кольору однакові. Якби це було не так, то, наприклад, супутник Юпітера Іо, який спостерігав Ремер, здавався б червоним у момент його виходу з тіні, а перед зануренням у тінь — фіолетовим. Але цього немає.
Знаючи, що біле світло має складну структуру, можна пояснити дивовижне різноманіття фарб у природі. Якщо предмет, наприклад аркуш паперу, відбиває всі промені різних кольорів, що падають на нього, товін здаватиметься білим. Покриваючи папір шаром червоної фарби, ми не створюємо світла нового кольору, але затримуємо на аркуші деяку частину наявного. Відбиватимуться тепер тільки червоні промені, решта ж поглинеться шаром фарби. Трава і листя дерев здаються нам зеленими тому, що з усіх сонячних променів, що на них падають, вони відображають лише зелені, поглинаючи інші. Якщо подивитися на траву через червоне скло, що пропускає лише червоні промені, то вона здаватиметься майже чорною.
Явище дисперсії, відкрите Ньютоном,— перший крок розуміння природи кольору. Глибина розуміння дисперсії прийшла після того, як була з'ясована залежність кольору від частоти (або довжини) світлової хвилі.