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WICHTIGSTEN WISSENSCHAFTLICHEN ENTDECKUNGEN
Lichtspektrum. Geschichte und Wesen der wissenschaftlichen Entdeckung
Verzeichnis / Die wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen Descartes Bereits 1629 fand er den Strahlengang in einem Prisma und in verschieden geformten Gläsern heraus. Er erfand sogar Mechanismen zum Polieren von Glas. Der schottische Professor Gregory baute auf der Grundlage der Theorie der Hohlspiegel ein Modell eines für seine Zeit bemerkenswerten Teleskops. Somit hatte die praktische Optik schon damals einen bedeutenden Grad an Perfektion erreicht und war eine der Wissenschaften, die die damalige wissenschaftliche Welt am meisten beschäftigten. Bis 1666, wenn Newton mit der optischen Forschung begann, hat sich die Brechungstheorie seit Descartes kaum weiterentwickelt. Über die Farben des Regenbogens und die Farben der Körper gab es sehr verworrene Theorien und Vorstellungen: Fast alle Wissenschaftler jener Zeit beschränkten sich auf die Aussage, dass diese oder jene Farbe entweder eine „Mischung von Licht mit Dunkelheit“ oder eine Kombination aus anderen darstellt Farben. Es versteht sich von selbst, dass eine so offensichtliche Tatsache wie die schillernde Färbung, die beobachtet wird, wenn Objekte durch ein Prisma oder durch schlechtes optisches Glas betrachtet werden, allen, die sich mit der Optik befassen, nur zu gut bekannt war. Aber jeder war der festen Überzeugung, dass alle Arten von Strahlen, wenn sie durch ein Prisma oder durch eine Lupe gehen, auf genau die gleiche Weise gebrochen werden. Färbung und schillernde Ränder wurden ausschließlich auf die Rauheit der Oberfläche des Prismas oder Glases zurückgeführt. Zunächst arbeitete Newton hart daran, Lupen und Spiegel zu polieren. Diese Arbeiten führten ihn empirisch in die Grundgesetze der Reflexion und Brechung ein, mit denen er bereits aus den Abhandlungen von Descartes und James Gregory theoretisch vertraut war. Newton beginnt eine Reihe von Experimenten, die später der große Wissenschaftler selbst ausführlich in seinen Schriften beschrieb. „Zu Beginn des Jahres 1666, also als ich damit beschäftigt war, asphärische optische Gläser zu schleifen, nahm ich ein dreieckiges Glasprisma heraus und beschloss, damit das berühmte Phänomen der Farben zu testen. Dazu verdunkelte ich mein Zimmer und verdunkelte es Ich habe ein kleines Loch in die Fensterläden gemacht, damit ein dünner Sonnenstrahl hindurchtreten kann. Ich habe ein Prisma am Eingang des Lichts angebracht, damit es an der gegenüberliegenden Wand gebrochen werden kann. Zuerst der Anblick des Die daraus resultierenden hellen und lebendigen Farben amüsierten mich, aber nach einer Weile, als ich mich dazu zwang, sie genauer zu betrachten, war ich überrascht von ihrer länglichen Form, die ich nach den bekannten Brechungsgesetzen rund erwarten würde An den Seiten beschränkten sich die Farben auf gerade Linien, und an den Enden verblasste das Licht so allmählich, dass es schwierig war, ihre genaue Form zu bestimmen; sie schien sogar halbkreisförmig zu sein. Beim Vergleich der Länge dieses Farbspektrums mit seiner Breite stellte ich fest, dass es etwa fünfmal größer ist. Das Missverhältnis war so ungewöhnlich, dass es in mir mehr als die übliche Neugier weckte, den Wunsch herauszufinden, was seine Ursache sein könnte. Es ist unwahrscheinlich, dass die unterschiedliche Dicke des Glases oder die Grenze zwischen Hell und Dunkel einen solchen Lichteffekt hervorrufen könnte. Und ich beschloss zunächst, genau diese Umstände zu studieren und versuchte, was passieren würde, wenn Licht durch unterschiedlich dicke Gläser oder durch unterschiedlich große Löcher geleitet würde oder wenn ein Prisma im Freien installiert wäre, damit das Licht vorher gebrochen werden könnte verengt durch das Loch. . Aber ich habe festgestellt, dass keiner dieser Umstände wesentlich ist. Das Farbmuster war in allen Fällen gleich. Dann dachte ich: Könnten Glasfehler oder andere unvorhergesehene Unfälle der Grund für die Farbausdehnung sein? Um dies zu testen, nahm ich ein anderes Prisma, ähnlich dem ersten, und platzierte es so, dass das Licht, das durch beide Prismen ging, auf entgegengesetzte Weise gebrochen werden konnte, wobei das zweite Prisma das Licht in die Richtung zurückbrachte, aus der das lenkte es zuerst ab. Und so, dachte ich, würden die gewöhnlichen Wirkungen des ersten Prismas durch das andere zerstört, während die ungewöhnlichen durch die Mehrfachbrechung verstärkt würden. Es stellte sich jedoch heraus, dass der vom ersten Prisma in eine längliche Form gestreute Strahl vom zweiten Prisma so deutlich umgelenkt wurde, als wäre er durch nichts hindurchgegangen. Was auch immer die Ursache der Dehnung ist, sie ist also nicht auf zufällige Unregelmäßigkeiten zurückzuführen. Als nächstes ging ich zu einer praktischeren Betrachtung darüber über, was einen Unterschied im Einfallswinkel von Strahlen hervorrufen kann, die von verschiedenen Teilen der Sonne kommen. Und aus Erfahrung und Berechnungen wurde mir klar, dass der Unterschied in den Einfallswinkeln der Strahlen, die von verschiedenen Teilen der Sonne kommen, nach ihrem Schnittpunkt keine Divergenz um einen merklich größeren Winkel als den vorherigen verursachen kann konvergiert, der Wert dieses Winkels beträgt nicht mehr als 31 32 Minuten; daher muss ein anderer Grund gefunden werden, der das Auftreten eines Winkels von zwei Grad neunundvierzig Minuten erklären könnte. Dann begann ich zu vermuten, ob die Strahlen, nachdem sie das Prisma passiert hatten, krummlinig waren, und ob sie nicht entsprechend ihrer mehr oder minderen Krümmung zu verschiedenen Teilen der Wand tendierten. Mein Verdacht verstärkte sich, als ich mich daran erinnerte, dass ich oft einen Tennisball gesehen hatte, der, wenn er mit einem Schläger schräg geschlagen wurde, eine ähnliche gekrümmte Linie beschrieb. Denn der Kugel wird in diesem Fall sowohl eine Kreis- als auch eine Translationsbewegung mitgeteilt. Die Seite des Balls, auf der die beiden Bewegungen übereinstimmen, muss die angrenzende Luft mit mehr Kraft als die andere Seite drücken und drücken und wird daher proportional mehr Luftwiderstand und Reaktion hervorrufen. Und genau aus diesem Grund, wenn die Lichtstrahlen kugelförmige Körper wären (Descartes Hypothese) und wenn sie sich schräg von einem Medium zum anderen bewegen würden, würden sie eine kreisförmige Bewegung annehmen, sie müssten einen größeren Widerstand durch den Äther erfahren, der sie abwäscht alle Seiten von dieser Seite. , wo die Bewegungen konsistent sind, und würde sich allmählich zur anderen Seite beugen. Bei aller Plausibilität dieser Annahme habe ich jedoch bei der Überprüfung keine Krümmung der Strahlen festgestellt. Und außerdem (was für meinen Zweck ausreichend war) beobachtete ich, dass der Unterschied zwischen der Länge des Bildes und dem Durchmesser des Lochs, durch das das Licht fiel, proportional zum Abstand zwischen ihnen war. Allmählich diesen Verdacht ausräumend, kam ich schließlich zu dem Experimentum Crucis, das wie folgt aussah: Ich nahm zwei Bretter und stellte eines davon direkt hinter das Prisma des Fensters, so dass das Licht durch ein kleines Loch darin folgen konnte zu diesem Zweck und fiel auf das andere Brett, das ich in einer Entfernung von etwa 12 Fuß platzierte, und auch ein Loch wurde darin gemacht, damit etwas Licht hindurchfallen konnte. Hinter diesem zweiten Brett habe ich dann ein weiteres Prisma so platziert, dass das Licht, nachdem es durch diese beiden Bretter getreten ist, durch das Prisma hindurch folgen konnte und darin erneut gebrochen wurde, bevor es auf die Wand traf. Danach nahm ich das erste Prisma in die Hand und drehte es langsam hin und her, ungefähr um die Achse, so dass verschiedene Teile des auf das zweite Brett fallenden Bildes nacheinander durch das Loch darin gehen konnten und ich beobachten konnte wo die Wand Strahlen zweites Prisma geworfen wurde. Und ich sah, indem ich diese Orte veränderte, dass das Licht, das zu dem Ende des Bildes tendierte, zu dem die größte Brechung durch das erste Prisma stattfand, im zweiten Prisma eine viel größere Brechung erfuhr als das Licht, das zum anderen Ende gerichtet war. Und damit war der wahre Grund für die Länge dieses Bildes entdeckt, der nicht anders sein kann als die Tatsache, dass das Licht aus Strahlen unterschiedlicher Brechung besteht, die unabhängig von ihrem unterschiedlichen Auftreten entsprechend auf verschiedene Teile der Wand fallen mit ihren Brechungsgraden ... " Verschiedene unbegründete „Verdächtigungen“ – so nannte Newton seine Hypothesen – brachten ihn schließlich auf die Idee, das folgende Experiment durchzuführen. So wie er zu Beginn seiner Analyse einen dünnen Strahl weißer Sonnenstrahlen isolierte, kam ihm nun die Idee, einen Teil der gebrochenen Strahlen zu isolieren. Dies war der zweite und wichtigste Schritt in der Spektrumanalyse. Newton bemerkte, dass seiner Erfahrung nach der violette Teil des Spektrums immer oben, der blaue unten und so weiter bis zum unteren roten Teil des Spektrums lag, und versuchte, die Strahlen einer Farbe zu isolieren und sie getrennt zu untersuchen. Newton nahm ein Brett mit einem sehr kleinen Loch, legte es auf die dem Bildschirm zugewandte Oberfläche des Prismas, drückte es gegen das Prisma, bewegte es auf und ab und erreichte so ohne Schwierigkeiten beispielsweise die Isolierung einer einzelnen Farbe , nur rote, Strahlen, die durch das kleine Loch auf der Tafel gehen. Ein neuer, noch dünnerer Strahl reiner roter Strahlen wurde weiter untersucht. Indem rote Strahlen durch das zweite Prisma geleitet werden. Newton sah, dass sie erneut gebrochen wurden, aber dieses Mal war alles fast beim Alten. Newton glaubte sogar, dass es genau dasselbe sei, das heißt, er betrachtete monochromatische Strahlen als völlig homogen. Nachdem er das Experiment mit gelben, violetten und allen anderen Strahlen wiederholt hatte, verstand er schließlich das Hauptmerkmal, das bestimmte Strahlen von Strahlen anderer Farben unterscheidet. Als er durch dasselbe Prisma mal rote, mal violette usw. durchstrahlte, gelangte er schließlich zu der Überzeugung, dass weißes Licht aus Strahlen unterschiedlicher Brechungsfähigkeit besteht und dass der Grad der Brechung eng mit der Qualität der Strahlen, nämlich ihrer Farbe, zusammenhängt . Es stellte sich heraus, dass rote Strahlen am wenigsten brechbar sind und so weiter, bis die am brechbarsten sind – violett. Newton formulierte die Schlussfolgerungen der größten Entdeckung wie folgt: „1. So wie sich Lichtstrahlen im Grad ihrer Brechung unterscheiden, unterscheiden sie sich auch in ihrer Tendenz, diese oder jene bestimmte Farbe anzunehmen. Farben sind keine Lichtqualitäten, die aus Brechungen oder Reflexionen in natürlichen Körpern resultieren (wie üblicherweise angenommen wird). aber es sind natürliche und angeborene Eigenschaften, die in verschiedenen Strahlen unterschiedlich sind ... 2. Gleicher Brechungsgrad entspricht immer gleicher Farbe, und gleiche Farbe entspricht immer gleichem Brechungsgrad. Und der Zusammenhang zwischen Farben und Brechung ist sehr genau und klar: Entweder stimmen die Strahlen in beiden Punkten genau überein, oder sie stimmen darin nicht proportional überein. 3. Die Farbmuster und der Grad der Abweichung, die jeder besonderen Art von Strahlen innewohnen, werden weder durch Brechung oder Reflexion von natürlichen Körpern noch durch irgendeine andere Ursache, die ich beobachten könnte, verändert. „Newtons Theorien ermöglichten die Entwicklung der Physik als exakte Wissenschaft“, schreibt Vladimir Kartsev in seinem Buch. „Sie begann sich immer mehr der Mathematik anzunähern und sich immer weiter von der Philosophie zu entfernen. Ein Brief, der Experimente und Schlussfolgerungen beschreibt, gesendet von Newton an den Herausgeber von Philosophical Transactions sollte sich vor der Veröffentlichung einer Prüfung bei der Royal Society unterziehen, um dort gehört und diskutiert zu werden. Dies geschah am 8. Februar 1672... ... Es war Newtons erster wissenschaftlicher Artikel. Die ungewöhnliche Resonanz, die ein so kleines Werk erhielt, sein enormer Einfluss auf das Schicksal von Newton und das Schicksal der Wissenschaft insgesamt, zwingen unsere Zeitgenossen, einen genaueren Blick auf das Neue zu werfen, das es in die Welt der wissenschaftlichen Forschung gebracht hat. Dieser Artikel markiert das Aufkommen einer neuen Wissenschaft – der Wissenschaft der neuen Zeit, einer Wissenschaft, die frei von unbegründeten Hypothesen ist und nur auf fest etablierten experimentellen Tatsachen und auf eng damit verbundenen logischen Überlegungen basiert. Jetzt, am Ende des XNUMX. Jahrhunderts, ist es schwierig, die Sensationslust und Ungewöhnlichkeit dieses kleinen Artikels von Newton zu würdigen. Aber die tiefsten Köpfe des XNUMX. Jahrhunderts erkannten schnell in einem kleinen Buchstaben "verrückte Ideen", was am Ende zu einer Explosion von etablierten und gewohnheitsmäßigen Ideen führte, die wiederum erst kürzlich über die aristotelische Metaphysik triumphierten. Die Entdeckung der unterschiedlichen Strahlenbrechung diente als Ausgangspunkt für eine Reihe wissenschaftlicher Entdeckungen. Die Weiterentwicklung der Newtonschen Idee hat in neuerer Zeit zur Entdeckung der sogenannten Spektralanalyse geführt. Autor: Samin D. K.
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