Ньютон звернувся до досліджень квітів
Ньютон звернувся до досліджень квітів, які спостерігаються під час спроб удосконалення телескопів. Прагнучи отримати лінзи якомога кращої якості, Ньютон переконався, що головним недоліком зображень, одержуваних у телескопі, є наявність пофарбованих у райдужні кольори країв зображень.
В 1666 Ньютон зробив в Кембриджі досвід розкладання білого кольору призмою - досвід, який познайомив нас з істинною природою кольору. Через маленький круглий отвір у віконниці вікна у затемнену кімнату проникав промінь світла, а його шляхи Ньютон ставив скляну тригранну призму і пучок світла переломлювався у призмі. На екрані, що стояв за призмою, з'являлася різнокольорова смуга, яку Ньютон назвав "спектром" (від грецького "спектрум" - дивлюсь). Див рис.1
реконструкція на малюнку Ньютона.
З часів Ньютона прийнято розрізняти в спектрі сім основних кольорів:
червоний,помаранчевий,жовтий,зелений,блакитний,синій,фіолетовий.
Звичайно, поділ спектру саме на сім колірних зон є чисто умовним. Насправді, око розрізняє в спектрі величезну кількість проміжних відтінків, оскільки послідовність кольорів спектра безперервна, і кожен колір переходить у сусідній плавно та поступово.
Описане спостереження Ньютона показує, щопромені різного кольору по-різному заломлюються призмою. Цей важливий висновок Ньютон перевірив багатьма дослідами. Найважливіший їх полягав у визначенні показника заломлення променів різного кольору, виділених із спектра. Для цього в екрані, де виходить спектр, прорізався отвір, переміщуючи екран. Можна було випустити через отвір вузький пучок променів того чи іншого кольору. Досліди виявили, що такий виділений пучок, заломлюючись у другійпризмі, що вже не розтягується в смужку. Такому пучку відповідає певний показник заломлення, значення якого залежить від кольору виділеного пучка. Залежність показника заломлення від кольору одержала назву «дисперсія кольору» (від латів. dispergo – розкидаю).
Ньютон встановив також, що можна навпаки, змішавши сім кольорів спектру, знову одержати білий колір. Для цього він помістив на шляху розкладеного призмою кольорового пучка (спектру) двоопуклу лінзу, яка знову накладає різні кольори один на інший; сходячись, вони утворюють на екрані білу пляму. Якщо помістити перед лінзою (на шляху кольорових променів) вузьку непрозору смужку, щоб затримати якусь частину спектра, то пляма на екрані стане кольоровою.
Описані досліди показують, що для вузького кольорового пучка, виділеного зі спектру, показник заломлення має цілком певне значення, тоді як заломлення білого світла можна дуже грубо охарактеризувати одним якимось значенням. Зіставляючи подібні спостереження, Ньютон зробив висновок, що існуютьпростікольори, що не відрізняються при проходженні через призму, іскладні, що являють собою сукупність простих, що мають різні показники заломлення. Зокрема, біле сонячне світло є такою сукупністю кольорів, яка за допомогою призми розкладається на спектральні (прості). Таким чином, в основних дослідах Ньютона полягали два важливі відкриття:
1) світло різного кольору (довжина хвилі) характеризується різними показниками заломлення в даній речовині (дисперсія);
2) білий колір є сукупність простих кольорів.
У чому полягає основна відмінність між кольорами спектра? Ньютон стверджував, що різні кольори складаються з часток різного розміру: червоні промені - з найбільших частинок,фіолетові - з найменших. З іншого боку Томас Юнг припускав, що кольори відповідають хвилях різної довжини, причому в червоних променях хвилі найдовші, у фіолетових – найкоротші. Ці два пояснення видаються настільки важливими, що необхідно трохи детальніше зупинитися на них. У науці пояснюємо явища у вигляді аналогій коїться з іншими явищами. Ми можемо уявляти собі промінь світла, як потік частинок, що викидаються джерелом світла. Подібно до куль, що викидається кулеметом. Ці частинки надзвичайно малі, отже вони можуть тривалий час випускатися джерелом світла, не викликаючи у ньому скільки-небудь помітної втрати ваги. Вони поширюються прямими лініями, що дуже простої природно пояснює прямолінійність променів світла. Частинки відбиваються дзеркалом подібно до того, як гумовий м'яч відскакує від підлоги та більярдну кулю від борту. Коли частки вдаряють у сітківку ока, вони викликають відчуття світла.Цей спосіб пояснення світлових явищ називається теорією закінчення (або корпускулярною теорією).Ньютон у першій частині своєї «Оптики» каже: «У цій книзі я не маю наміру пояснювати властивості світла гіпотезами, але припускаю лише встановлювати їх і перевіряти міркуванням та досвідом». Відповідно до цього наміру Ньютон дуже обережний у своїх твердженнях, вільних. Наскільки це можливо від гіпотез. Він постійно вживає слово «промінь», подумки уявляючи його собі як потік частинок, причому скло призми притягує частинки променя, що падає на нього, і це тяжіння є причиною відхилення променя від початкового напрямку; дрібні частинки притягуються сильніше великих і відчувають. Отже, більше відхилення, що є причиною освіти спектра. Приймаючи теорію закінчення, Ньютон висловлював сумніви вїї вірність. Він запитує себе: «Чи не виробляють різні промені коливання різної частоти, які, відповідно до їх частоті, викликають відчуття різних кольорів, подібно до того, як коливання повітря викликають відчуття різних звуків, відповідних їх частоті?» Ньютон у цьому питанні не стає на думку чистої хвильової теорії, але передбачає компроміс – поєднання теорії закінчення і хвильової: «Світлові корпускули, ударяючись про речовину, викликають у ньому хвилі».
Трохи великих відкриттів користувалися такою шаною і були оцінені їх сучасниками настільки, як відкриття Ньютона. Коли у 1727 році у віці 84 років
На рубежі 19 століття Томас Юнг встановив принципінтерференціїсвітла, за яким можна, склавши світло зі світлом, отримати темряву, тобто взаємно погасити світло. Юнг досліджував різні додатки принципу інтерференції і дійшов висновку, що світло має поширюватися хвильовим рухом. Пояснити смуги інтерференції з погляду закінчення виявилося цілком неможливим. Він вирахував також середню довжину хвилі світла різних кольорів. Його результати наведено в наступній таблиці. Вони представляють інтерес, як перші визначення довжини світлових хвиль, які будь-коли були зроблені. Слід зазначити, що його цифри цілком придатні для сучасного вживання: