Fizyka
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
 Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Fizyka > Wielkie wykłady - Ewolucja fizyki 
  Indeks
Wielkie wykłady
Jak powstawała
Ewolucja fizyki

Triumfy poglądu
mechanistycznego

Upadek poglądu
mechanistycznego

Dwa płyny elektryczne
Płyny magnetyczne
Pierwsza poważna
Prędkość światła
Światło jako subst.
Zagadka barwy
Co to jest fala?
Falowa teoria światła
Podłużne czy . . .
Eter a pogląd . . .
Streszczamy
Pole i teoria
względności

Kwanty
  Źródło
Albert Einstein, Leopold Infeld
EWOLUCJA FIZYKI
Rozwój poglądów od najważniejszych pojęć do teorii względności i kwantów

W przekładzie Ryszarda Gajewskiego


  Zagadka barwy
 
Zagadka barwy
 
P
ierwsze wyjaśnienie bogactwa barw w świecie zawdzięczamy znów geniuszowi Newtona. Oto jak opisuje on jedno ze swych doświadczeń:
W roku 1666 (kiedy to zajmowałem się szlifowaniem szkieł optycznych o kształcie innym niż kulisty) sporządziłem sobie trójkątny pryzmat szklany, aby za jego pomocą badać znane zjawiska barw. W tym celu zaciemniłem pokój, a w okiennicy wykonałem mały otworek, aby wpuścić dogodną ilość światła słonecznego, po czym umieściłem przed tym wejściem pryzmat, tak by światło mogło się w nim załamywać i padać na przeciwległą ścianę. Była to zrazu bardzo przyjemna rozrywka – oglądać wytworzone przez pryzmat żywe i soczyste barwy.
Światło słoneczne jest „białe”. Po przejściu przez pryzmat wykazuje ono wszystkie barwy widzialnego świata. Sama przyroda odtwarza to zjawisko w pięknym barwnym układzie tęczy, a próby jego wytłumaczenia sięgają dawnych czasów. Przypowieść biblijna głosząca, iż tęcza jest symbolem przymierza Boga z człowiekiem, jest też w pewnym sensie „teorią”. Nie wyjaśnia ona jednak zadowalająco, dlaczego tęcza od czasu do czasu powtarza się i dlaczego zawsze związana jest z deszczem. Pierwszy szturm nauki na zagadkę barwy znajdujemy w wielkim dziele Newtona, który też wskazał pierwsze rozwiązanie.
       Jedna krawędź tęczy jest zawsze czerwona, druga fioletowa. Między nimi układają się wszystkie pozostałe barwy. A oto, jak Newton wyjaśnił to zjawisko: każda barwa jest już zawarta w świetle białym. Wszystkie one zgodnie przebywają przestrzeń międzyplanetarną i atmosferę, dając w efekcie światło białe. Światło białe jest jak gdyby mieszaniną korpuskuł różnego rodzaju, należących do różnych barw. W doświadczeniu Newtona pryzmat rozdziela je w przestrzeni. Według teorii mechanistycznej załamanie jest spowodowane działaniem na cząstki światła sił pochodzących od cząsteczek szkła. Siły te są różne dla korpuskuł należących do różnych barw – najmocniejsze dla fioletu, najsłabsze dla czerwieni. Każda barwa załamie się więc po innej drodze i w świetle opuszczającym pryzmat barwy będą rozdzielone. W przypadku tęczy rolę pryzmatu odgrywają kropelki wody.
       Substancjalna teoria światła jest coraz bardziej skomplikowana niż była poprzednio. Mamy już nie jedną substancję świetlną, lecz wiele substancji, każda należąca do innej barwy. Jeśli jednak teoria zawiera ziarnko prawdy, jej konsekwencje muszą być zgodne z doświadczeniem.
       Występujący w doświadczeniu Newtona układ barw zawartych w białym świetle słonecznym nazywa się widmem słońca, albo dokładniej jego widmem widzialnym. Opisane powyżej rozszczepienie się światła białego na części składowe nazywa się dyspersją światła. Jeśli podane wytłumaczenie jest słuszne, to przy odpowiednim ustawieniu drugiego pryzmatu powinno być możliwe ponowne zmieszanie rozdzielonych barw. Proces ten powinien być akurat przeciwny do poprzedniego – z barw uprzednio rozdzielonych powinniśmy otrzymać światło białe. Newton wykazał doświadczalnie, że istotnie można w ten prosty sposób otrzymywać dowolnie wiele razy białe światło z jego widma i na odwrót, widmo z białego światła. Doświadczenia te przemawiały wyraźnie na korzyść teorii, w której korpuskuły związane z każdą barwą zachowują się jak niezmienne substancje. Newton pisał więc:
[...] barwy te nie powstały na nowo, a tylko uwidoczniły się w wyniku rozdzielenia; jeśli je bowiem znów całkowicie zmieszać i na siebie nałożyć, utworzą z powrotem tę samą barwę, którą tworzyły przed rozdzieleniem. Dlatego też zmiany wywołane nakładaniem się różnych barw nie są rzeczywiste, gdy bowiem zmienione promienie znów rozdzielimy, będą one miały zupełnie te same barwy, co przed zmieszaniem: podobnie – dokładna mieszanina dwóch piasków, żółtego i niebieskiego, wydaje się gołym okiem zielona, choć barwy cząstek składowych w rzeczywistości nie zmieniają się, a tylko mieszają. Gdy bowiem te cząstki ogląda się pod dobrym mikroskopem, widzi się je pomieszane, żółte i niebieskie.
Przypuśćmy, że wyodrębniliśmy bardzo wąski pasek widma. Znaczy to, że tylko jednej z licznych barw pozwalamy przejść przez szczelinę, a pozostałe zatrzymują się na ekranie. Wiązka przepuszczona będzie się składała ze światła jednorodnego, to znaczy takiego, którego nie można już rozszczepić na dalsze składowe. Fakt ten jest konsekwencją teorii i można go sprawdzić doświadczalnie. Takiej wiązki światła o jednej barwie nie można już w żaden sposób dalej rozdzielić. Istnieją proste sposoby otrzymywania źródeł światła jednorodnego. Na przykład rozżarzony sód wysyła jednorodne światło żółte. Bardzo często wygodnie jest do różnych doświadczeń optycznych używać światła jednorodnego – łatwo zrozumieć, że wynik jest wówczas znacznie prostszy.
       Wyobraźmy sobie, że nagle staje się coś bardzo dziwnego: nasze Słońce zaczyna wysyłać tylko światło jednorodne określonej barwy, na przykład żółte. Wielka rozmaitość barw na Ziemi zniknęłaby natychmiast. Wszystko byłoby albo żółte, albo czarne! Przewidywanie to jest konsekwencją substancjalnej teorii światła, która wyklucza możliwość powstawania ze światła jednorodnego nowych barw. Jego słuszność można potwierdzić doświadczalnie: w pokoju, w którym jedynym źródłem światła jest rozżarzony sód, wszystko jest albo żółte, albo czarne. Bogactwo kolorów w świecie odzwierciedla rozmaitość barw, z których składa się białe światło.
       We wszystkich tych przypadkach substancjalna teoria światła zdaje się doskonale spełniać swe zadanie, choć konieczność wprowadzenia tylu substancji, ile jest barw, jest nieco niemiła. Również założenie, iż wszystkie korpuskuły świetlne mają w próżni taką samą prędkość, wydaje się bardzo sztuczne.
       Można sobie wyobrazić, że inny zespół założeń, inna – zupełnie odmienna – teoria spełniałaby swe zadanie równie dobrze, wyjaśniając wszystko, co potrzeba. Istotnie, wkrótce staniemy się świadkami narodzin innej teorii, opartej na zupełnie innych pojęciach, a mimo to objaśniającej tę samą dziedzinę zjawisk optycznych. Zanim jednak sformułujemy podstawowe założenia tej nowej teorii, musimy odpowiedzieć na pewne pytanie zupełnie nie związane z tymi rozważaniami optycznymi. Musimy powrócić do mechaniki i zapytać:
góra strony
poprzedni fragment następny fragment
Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach