(Łatwowierny Newton, czyli jak światło jest rozkładane przez pryzmat)
Nie ma ludzi bardziej łatwowiernych, mniej spostrzegawczych i z gorszą pamięcią niż uśmiech (wspaniałych) fizyków. Kiedy Galileusz zaczął eksperymentalnie badać prawa mechaniki, na podstawie swoich eksperymentów, musiał wywrócić do góry nogami wiele poglądów wielkich starożytnych Greków. Ale nie należy myśleć, że w naszych czasach nie jest to już możliwe. Wielcy popełniali błędy i nadal je popełniają. A nowo wybite Galilei popełniają błędy dokładnie tam, gdzie są najmniej oczekiwane.
Kilka przeoczonych faktów
Młody Newton rzekomo kiedyś obserwował rozkład promieni słonecznych za pomocą pryzmatu. Robiąc to, użył promieni wpadających przez szczelinę w dachu. Od tego czasu wszyscy zapewniają, że rozkład można uzyskać jedynie za pomocą wąskiej wiązki światła. Każdy profesor fizyki potwierdzi ci to. Miliony ludzi, w tym profesorowie, obserwowali rozkład światła w wolnym czasie, używając zwykłego akwarium, w którym nie ma ograniczenia szerokości wiązki światła, ale mimo to pojawia się doskonała „tęcza”. Oczywiście nikt nie zauważa, że jest to sprzeczne z podręcznikami.
Newton, jak wiecie, był zwolennikiem korpuskularnej teorii światła (ciałko to w języku rosyjskim cząstka). W jego teorii było kilka błędów, a ktoś Huygens (Christian, 1629-1695) ominął go na przełomie, przypisując właściwości fal światła.
Zarówno według Newtona, jak i Huygensa światło powinno rozkładać się dokładnie wewnątrz pryzmatu, co oznacza, że w słoneczny dzień w płytkiej wodzie morskiej z lekkimi falami wody należy obserwować na dnie, jeśli nie tęczowe, przynajmniej kolorowe paski. Rzeczywiście obserwuje się pasy skupienia światła, ale są białe, nie kolorowe.
Kiedy demonstrują rozkład światła przez pryzmat, wszyscy demonstranci wiedzą, że tęczowy pasek można uzyskać tylko w pewnej odległości od pryzmatu, w pobliżu, pasek światła pośrodku jest biały, tylko jego krawędzie są kolorowe. Jest to sprzeczne z teorią, ale nikt nie zauważa tej sprzeczności.
Film promocyjny:
Promienie nie dają cienia ?
Na początku lat 90-tych przyszły autor monografii „Rozwiązanie wiecznych tajemnic natury” (Johann Kern. Rozwiązanie wiecznych tajemnic natury, St. Petersburg, Wydawnictwo Politechniki, 2010, [email protected]) zdarzyło się zobaczyć tęczowy pasek (tęczowy) z akwarium. Z niewiadomego powodu chciał określić szerokość dopływającego paska światła, tworzącego tęczowy pas za akwarium. Uzbroił się w linijkę i szybko zabrał się do pracy. Bardzo szybko zauważył, że władca w jakiś sposób wpłynął na tęczę. Nie mógł jednak określić położenia krawędzi linijki odpowiadającej jednej lub drugiej granicy paska światła, który tworzy tęczę. Był tym nieco zdziwiony, ale po chwili postanowił znaleźć granice tęczowego paska wychodzącego z akwarium. Znowu pech. Ponownie zobaczył, że władca „w jakiś sposób” wpływa na tęczę, ale nie definiuje żadnego,żadna inna granica wyłaniającego się pasa nie mogła. Podświadomie doskonale rozumiał, że tego „nie powinno być”, ale „było”. Linijka nałożona na powierzchnię akwarium nie dawała cienia w obszarze tęczowego paska.
Podążając śladami lub naśladując przykład Galileusza
Jego upór doprowadził go do zbudowania specjalnego trójkątnego „akwarium” lub trójkątnego pryzmatu wodnego i zaczął dokonywać kolejnych odkryć. Najpierw upewnił się, że szerokość wiązki naprawdę nie musi być ograniczona i uzyskał doskonałą tęczę z promieni padających na całą ścianę jego pryzmatu wodnego. Następnie zaczął doświadczać dokładnie wąskich promieni słonecznych i stwierdził, że w pryzmacie wody nie ma rozkładu światła. Jako ekran, na który padały promienie, użył wąskiej plastikowej płytki w białym kolorze, którą można było przesuwać w całej objętości pryzmatu wodnego. Wewnątrz pryzmatu światło było tylko białe. To już wskazywało, że teorie Newtona i Huygensa były błędne. Ale bał się to powiedzieć nawet sobie. Być może, przekonywał siebie, chodzi o to, że wszystko to tylko mu się wydaje,i że kolorowych pasków nie widać z zewnątrz, skoro wychodzące z nich światło w jakiś sposób znów się zbiera i staje się białe? Ale wkleił białe paski papieru na ściany swojego akwarium w miejscu, w którym padały promienie, na przemian z wewnątrz i na zewnątrz, i upewnił się, że pozostały białe.
To było ciekawe. Ale najważniejszej rzeczy, od której zaczął, dlaczego nie mógł znaleźć granicy ani napływającego paska światła, ani granicy wychodzącej tęczy, nie mógł zrozumieć. Minęło co najmniej 10 lat, podczas których wielokrotnie widział tęczę stworzoną przez zwykłe prostokątne akwarium. Dawno zapomniał o swoich eksperymentach optycznych z trójkątnym akwarium, które przez długi czas gromadziło kurz w szafie, a potem pękła jedna ze ścian i została wyrzucona. Ale nie, nie, w słoneczny dzień przybliżał linijkę lub ołówek do ściany akwarium i za każdym razem był przekonany, że „nie dają cienia”, a „powinny”. Rozwiązanie (wyjaśnienie przyczyny) nie nadeszło.
Teraz jest tylko zaskoczony. Wiedział doskonale, że światło wewnątrz pryzmatu nie ulega rozkładowi. I wiedział, że przechodzące przez pryzmat światło rozłożyło się na kolory tęczy. Jaki był tego wniosek? Jedyne: światło rozkłada się na wyjściu z pryzmatu. Ale nie wyciągnął takiego wniosku. Nie zauważyłem nawet wtedy, gdy patrząc w stronę słońca w tęczę z akwarium, zobaczyłem zielone, czerwone, niebieskie igły rozpryskujące się z jednego punktu. Oczywiście, on, zwykły śmiertelnik, jest wybaczalny. Wielki Galileusz, który znał swoje pierwsze prawo lepiej niż ktokolwiek inny i wierzył, że Ziemia porusza się wokół Słońca, również nie domyślał się istnienia (uniwersalnej) grawitacji. Ale jedno wynika z drugiego - bez żadnych pośrednich wniosków. Trzeba było tylko pomyśleć o tym, że Ziemia z jakiegoś powodu porusza się po okręgu wokół Słońca. Na podstawie jego pierwszego prawa wynikało z tego, że pewna siła powinna działać na Ziemię od strony Słońca. To prawo miał odkryć on, Galileusz. Ale on o tym nie wiedział.
Nowa wiedza i nowa zagadka
Kiedy Johan Kern kończył przygotowania do publikacji swojej rosyjskiej wersji książki „Rozwiązanie odwiecznych tajemnic natury”, nagle zaświtał. Tak, on sam nie wie, co skłoniło go do podjęcia decyzji. Pozostaje tylko powiedzieć, że przyszedł sam. Wniosek, który mógł i powinien był zostać wyciągnięty ponad dziesięć lat temu, pojawił się nagle bez powodu, samoczynnie. Nagle zdał sobie sprawę, że światło rozkłada się dokładnie wtedy, gdy opuszcza pryzmat, i rozkłada się w każdym punkcie powierzchni wyjściowej. W każdym punkcie powierzchni wyjściowej generowane są rozbieżne kolorowe promienie. I dlatego nie dają cienia z przedmiotu nałożonego na wyjściową powierzchnię promieni. W związku z tym nie dają cienia z obiektu nałożonego na powierzchnię wejściową promieni słonecznych.
Można to jasno wyjaśnić w następujący sposób. Przez 300 lat tor promieni w pryzmacie był przedstawiany jak na poniższym rysunku:
Tutaj w oznacza biały, r - czerwony, a v - promienie fioletowe (dla uproszczenia nie pokazano pośrednich kolorów widma tęczy).
Gdyby droga promieni była rzeczywiście taka, jak pokazano na rysunku, to za pomocą płyty 1, przesuwanej wzdłuż płaszczyzny pryzmatu, można by nałożyć część widma tęczy i obserwować tylko część jej kolorów. Jednak każdy może sprawdzić, czy to nie działa. Przesuwając płytę 1, kolor tęczy może być tylko bardziej wyblakły (lub całkowicie wygaszony), ale nie można osiągnąć tego, że niektóre kolory w widmie znikną.
Na podstawie tego prostego eksperymentu możemy wywnioskować, że ścieżka promieni wygląda tak:
Białe promienie pozostają białe wewnątrz pryzmatu, ale z każdego punktu na przeciwległej płaszczyźnie pryzmatu wychodzą promienie czerwone, pomarańczowe, żółte, zielone, niebieskie, niebieskie i fioletowe, każdy z nich pod własnym kątem (na rysunku tylko czerwony r i fioletowy v promienie, promienie o najmniejszych i największych kątach odchylenia). W rezultacie za pomocą płytki 1 można wyblaknąć kolory tęczy, można wygasić całą tęczę, ale nie można oddzielnie wygasić żadnego z kolorów tęczy. I nie da się uzyskać cienia z krawędzi ruchomej płyty 1. A wszystko to tylko dlatego, że wszystkie kolory tęczy rodzą się w każdym punkcie zewnętrznej płaszczyzny „wyjścia”.
Gdyby prędkość promieni o różnych kolorach w powietrzu była inna, można by wytłumaczyć podobną ścieżkę promieni. Ale wiemy, że prędkość wszystkich promieni światła w powietrzu jest taka sama. Dlatego taka ścieżka promieni zaprzecza wszystkim istniejącym teoriom światła. Światło nie jest ani falą, ani cząstkami (cząstkami). Absolutnie niezależnie od tego, że istnieje wiele dowodów na to, że światło ma właściwości falowe, wyciągnięty powyżej wniosek, że światło nie jest ani falą, ani cząstkami, wciąż można zmienić.
W matematyce często wspomina się o liczbie pojedynczej, tj. punkty szczególne lub szczególne. Cała powierzchnia wyjściowa pryzmatu jest zbiorem podobnych punktów osobliwych. Dzieje się w nich coś, co prowadzi do rozpadu światła na składowe koloru. Proces ten jest nową tajemnicą, „przedstawioną” nam w zamian za znalezioną dokładniejszą wiedzę o tym, jak następuje rozkład światła za pomocą pryzmatu, za wiedzę o tym, jak obiekt blokujący promienie światła nie może dać cienia.
Ta nowa reprezentacja ścieżki promienia przez pryzmat idealnie pasuje do tytułu książki i najwyraźniej powinna była ozdobić jej część eksperymentalną. W związku z tym druk książki został zawieszony, a opis powyższego otwarcia został w niej zamieszczony jako załącznik.
Udoskonalenie drogi promieni w pryzmacie powinno prowadzić do dokładniejszego określenia współczynnika załamania światła, a tym samym do dokładniejszego obliczenia przyrządów optycznych.
Johann Kern. [email protected]