Йохан Керн / Johann Kern. Путаница с сущностью света

Путаница с сущностью света нашла своё отражение уже в библии. Там Всемогущий был ошарашен тем, что свет позволяет видеть окружающие нас предметы и отделил свет от тьмы: God saw that the light was good, and he separated the light from the darkness. Т.е. по библии тьма, как и свет, имела сущность. Это мнение, возможно, именно благодаря библии, просуществовало вплоть до времён Ньютона. Уже во времена создания библии люди считали, что цвета света являются следствием смешения света и тьмы (в связи с тем, что небо окрашивается в различные цвета в момент смены дня и ночи. Не правда ли – казалось бы, совершенно логичный вывод?). Мы же сейчас считаем, что тьма есть отсутствие света.

Во времена Ньютона, благодаря его огромной популярности («английская» революция сделала его президентом Королевской академии наук), свет стали считать потоком корпускул (частиц). Однако Гюйгенс (Huygens, Christian, 1629-1695), ища теоретическое объяснение формулы преломления света на границе двух сред, сумел обосновать её, приписав свету волновые свойства.

Ферма (Fermat, Pierre, 1601-1665) получил ту же самую формулу, исходя из того, что свет распространяется по кратчайшему пути. Предположение Ферма является явно мистическим, так как в неявном виде приписывает свету наличие разума.

Разумеется, объяснение Гюйгенса более привлекательно, так как нам кажется, что мы узнали нечто новое о сущности света, что свет является волной, имеет волновые свойства. Объяснение Ферма любопытно, но оно представляет интерес больше для мистиков.

Гюйгенс посрамил тогда самого Ньютона, считавшего свет потоком частиц. Ньютон не догадался критически перепроверить метод Гюйгенса, по-видимому, загипнотизированный, как и все остальные, правильностью полученного результата. Но закон преломления света, теоретически объяснённый тогда Гюйгенсом, можно получить и несколько проще и без предположения, что мы имеем дело с волновым явлением.

Возьмём три параллельных луча света AB, CD и EF в одной плоскости и на равном расстоянии друг от друга (рис. 1). Проведём перпендикуляр ВР к этим лучам и предположим, что в некоторый момент времени t = 0 эти три луча как раз пересекли линию ВР в точках B, G и H. Точка B при этом одновременно принадлежит прямой BF, являющейся линией раздела между двумя оптическими средами, например, между воздухом и водой. В момент времени t = 1 луч CD также достигнет линию раздела сред BF в точке D. Через вдвое больший отрезок времени, в момент t = 2, линию раздела BF достигнет и луч EF в точке F. Луч же CD в момент времени t = 1 преломится на границе раздела сред в точке D и к моменту времени t = 2 пройдёт в более плотной среде расстояние до дуги kl. (Радиус дуги kl меньше расстояния между точками G и D, которое луч прошёл за то же время, так как скорость движения в более плотной среде меньше, чем в воздухе.) Луч же AB преломится на границе раздела сред в точке B уже в момент времени t = 0 и к моменту времени t = 2 пройдёт в более плотной среде вдвое большее расстояние до дуги mn. Чтобы определить направление движения лучей в более плотной среде, мы проведём из точки F касательную к дугам kl и mn, которая коснётся дуг в точках I и J. Прямые DI и BJ дадут направление движения лучей в более плотной среде. Они параллельны друг другу, так как все параллельные лучи преломляются одинаково. Они перпендикулярны линии FJ, так как линия FJ является касательной.

Таким образом, мы получили ход лучей, не ставя никаких требований к лучам света, за исключением вполне естественных: скорости всех лучей одного цвета внутри одной среды одинаковы. Эти лучи можно считать и потоком частиц. По нашему рисунку величины лучей GD и DI соответствуют скорости света в одной из сред, т.е. GD = V1, а DI = V₂. Назвав теперь угол DBG углом α, а угол IFD углом ß, мы получим V₁ = BD sin α и V₂ = FD sin ß, откуда, учитывая, что BD = FD, следует:

где α - угол падения лучей, а ß - угол преломления. Мы получили закон преломления лучей света на границе двух сред, но при этом не обязаны считать, что свет обладает волновыми свойствами.

Итак, мы имеем минимум три различных математических метода получения закона преломления света. По одному из них свет можно считать разумным, по другому – волной, по третьему потоком частиц. Какое же из этих представлений правильное?

К сожалению, Ньютон был первопроходцем, он заметил только самое бросающееся в глаза, а именно только сам факт разложения света, которое он заметил благодаря случаю, играя с небольшими стеклянными призмами. Вследствие этого он не мог заметить, что свет разлагается не внутри призмы, а только при выходе из неё. Кроме того, он не заметил, что если перегораживать выходящий луч света непосредственно вблизи призмы, то это никак не сказывается на цветовые составляющие радуги на экране.

Кроме того, никто не оценил тот факт, что хорошее разложение появляется только на экране при его достаточном отдалении от призмы.

Все эти факты говорят против того описания разложения света, которое дал Ньютон. Гюйгенс же только «объяснил» на свой лад то, что якобы увидел Ньютон. У него не было никаких шансов обнаружить ошибку в описании Ньютона, так как он подошёл к вопросу чисто теоретически.

Из этого вовсе не следует, что Ньютон и Гюйгенс были поверхностными исследователями природы. Тысячи, если не миллионы профессоров в течение нескольких веков демонстрировали ученикам и студентам разложение света с помощью призмы, и тоже не заметили никаких ошибок в описании Ньютона.

Как всегда, помог случай. Кому-то при наблюдении радужной полоски, возникшей на стене рядом с аквариумом, вздумалось измерить ширину входящего в аквариум солнечного луча. Если вы помните, по учебнику этот луч должен был бы быть УЗКИМ. Но он им явно не был.

И тут началось. Оказалось, что ничто, ну явно ничто не соответствовало тому, что должно было иметь место в соответствии с теорией. Но чтобы не увеличивать в длину наш рассказ, мы просто сошлёмся на статью «Нет ничего более ошибочного, чем то, чему все верят» , которая посвящена описанию экспериментального определения хода лучей при разложении солнечного света с помощью призмы-аквариума.

Оказалось, что свет, разлагающийся на цветовые составляющие в действительности только при выходе из призмы, не подчиняется ни законам распространения волны, ни законам движения частиц. Он является чем-то иным.

Ньютон недостаточно точно исследовал разложение света, а потому и неправильно описал его. Точно также, как Ньютон не проверил выводов Гюйгенса, Гюйгенс не проверил экспериментов Ньютона, или же проверил их поверхностно.

По-видимому, надо сделать заключение, что метод получения определённой математической зависимости ничего не говорит о сущности физического явления. К такому выводу исследователи могли придти уже не однажды. Например, астрономы времён Птолемея умели отлично вычислять положения планет, хотя имели весьма превратное представление об устройстве мироздания.

Если явление описано недостаточно правильно, то тут никакая математика помочь не может.

Другими словами, Гюйгенс тогда ничего не доказал. Но его выводов тогда никто не проверил, их приняли за правильные только по той причине, что на основе его рассуждений „теоретически“ было получено не только правильное выражение для формулы преломления света на границе двух сред, но и обойдена известная трудность корпускулярной теории света, приводившая к непреодолимому противоречию. После этого, естественно, появилось множество других доказательств волновых свойств света. Не будь этой «победы» Гюйгенса над Ньютоном, все эти доказательства появились бы гораздо позже, а может, не появились бы вообще.

По книге Йохан Керн (Johann Kern) «Разгадка вечных тайн природы», часть 7 «Тайны света»

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.