Johann Kern, Stuttgart, jo_k@gmx.net
Свет всегда окружает нас со всех сторон. Мы буквально купаемся в свете. И тем не менее, очень мало знаем о нём. Заблуждения в отношении свойств света начались ещё в древности и сохранились до сих пор.
Чтобы не быть голословными, начнём с самого простого и „хорошо“ известного – с коэффициентов преломления.
- Конечно, существуют, - ответит каждый. - Их значения известны с большой точностью для различных сортов стекла.
Это верно. И в то же время они для любого сорта стекла не всегда применимы.
Возьмём всем известный случай разложения света призмой. Ниже оно показано иллюстрациями по [1,2] сперва пространственно, а затем в плоскости в соответствии с существующей теорией по существующим учебникам.
Рассечём теперь мысленно призму плоскостью, параллельной входной так, чтобы сохранить максимально возможную длину расходящихся линий видимого спектра и рассмотрим полученную плоско-параллельную часть. Как нам известно, все выходящие из неё лучи света должны быть параллельны входному лучу.
- Следовательно, мы получим узкую плоско-параллельную полоску спектра радуги?
- Должны были бы получить. Но не получим. Посмотрите в окно. Разве вы видите где-нибудь радужные полоски на границе между тёмными и светлыми изображениями предметов?
- Ответ прост: оконное стекло слишком тонкое, чтобы мы могли увидеть слишком узкие радужные полоски.
- Увы, нет. Какими бы ни были маленькими призмы, мы тотчас замечаем разложение света, но каким бы ни был толстым плоско-параллельный слой стекла, никакого разложения мы не заметим. Вы можете проверить это сами, если у вас дома есть аквариум. Пропустите через две его параллельные стенки луч света под любым возможным углом падения. Вы никогда не будете наблюдать никакого разложения света.
Подойдите теперь к этому вопросу с точки зрения коэффициентов преломления света. У вас всё выйдет в полном соответствии с только что изложенным. В соответствии с логикой при достаточно толстом стекле мы должны были бы получить хорошо наблюдаемую радугу, но этого ещё никому не удавалось наблюдать.
Вывод? В случае плоско-параллельного слоя все коэффициенты преломления для лучей любого цвета одинаковы?
Но это же смешно! Откуда лучи света могут знать, что они вошли не в призму, а в плоско-параллельный слой?
«Всё это было бы смешно, когда бы не было так грустно» - мог бы сказать Лермонтов как раз по этому поводу. Но он сказал это по совсем другому, не имеющему отношения к науке. Но практики, не считая стекольщиков, никогда не имеют дела с плоско-параллельным слоем. Поэтому для них коэффициенты преломления всегда применимы. Теоретикам же, ввиду их бессилия объяснить подобное, настолько грустно, что они стараются никогда не вспоминать об этом прискорбном случае. Ни в одном из учебников.
В этом случае теряет силу не только различие величины коэффициентов преломления, но и волновая теория света.
Похоже, что в физике происходит нечто подобное тому, что происходит в политике. О некоторых вещах люди то ли не желают говорить, то ли говорить это просто нельзя.
Теперь мы расскажем о том, как родилась волновая теория света. Её приписывают в основном Гюйгенсу. Не верьте этому. Ниже будет показано, что основным виновником её появления был Ньютон. Да, да, тот самый Ньютон, которого принято называть противником волновой теории. Заметьте себе: мы не называем его автором. Только виновником её появления.
Нет людей более легковерных, менее наблюдательных и с худшей памятью, чем некоторые великие физики
. Когда Галилей стал экспериментально изучать законы механики, ему на основе своих экспериментов пришлось многие воззрения великих древних греков перевернуть с ног на голову. Это означает, что великие греки всё видели как-то не так, как следует. Но не надо думать, что такое уже невозможно в наши дни. Великие ошибались и продолжают ошибаться. А новоявленные галилеи натыкаются на ошибки как раз там, где их менее всего ожидают.
Молодой Ньютон когда-то якобы наблюдал разложение солнечных лучей с помощью призмы. При этом он пользовался лучами, падающими сквозь щель в крыше. С тех пор все уверяют, что получить разложение света можно только с помощью узкого луча. Это вам подтвердит любой профессор физики. Миллионы людей, в том числе и профессора, наблюдали на досуге разложение света с помощью обычного аквариума для рыб, где никакого ограничения пучка света по ширине не предусмотрено, но, тем не менее, возникает отличная «радуга». Разумеется, никто при этом не замечает, и даже профессора, что это противоречит учебникам.
Ньютон, как известно, был сторонником корпускулярной теории света (корпускула – это, по-русски, частичка). В его теории были кое-какие недостатки, и некто Гюйгенс (Huygens, Christian, 1629-1695) обошёл его на повороте, приписав свету волновые свойства.
Как по Ньютону, так и по Гюйгенсу, свет должен был бы начать разлагаться именно внутри призмы, а это означает, что в солнечный день на морском мелководье при лёгком волнении воды надо бы наблюдать на дне если не радужные, то хотя бы цветные полоски. Полоски концентрации света действительно наблюдаются, но белые, не цветные.
Когда демонстрируют разложение света призмой, все демонстраторы знают, что радужную полоску можно получить только на некотором удалении от призмы, вблизи неё полоска света посредине белая, цветные только её края. Это противоречит теории, но и этого противоречия никто не замечает.
В начале 90-х годов прошлого столетия будущему автору монографии «Разгадка вечных тайн природы» [4] довелось увидеть радужную полоску (радугу) от аквариума. По неизвестной причине ему захотелось определить ширину впадающей полоски света, образующей за аквариумом радужную полоску. Он вооружился линейкой и бодро приступил к делу. Очень быстро он заметил, что линейка «каким-то образом» влияет на радугу. Но определить положение линейки, соответствующее той или другой границе полоски света, образующей радугу, он не смог. Он был этим несколько озадачен, но через некоторое время решил найти границы выходящей из аквариума радужной полоски. Опять незадача. Он опять видел, что линейка «каким-то образом» влияет на радугу, но определить ни одну, ни другую границу выходящей полоски не мог. Подсознанием он отлично понимал, что этого «не должно быть» (по теории), но оно «было». Линейка, приложенная к поверхности аквариума, не давала тени в районе радужной полоски.
Надо было понять, в чём тут дело. Его упрямство довело его до строительства специального треугольного «аквариума» или треугольной водяной призмы, и он начал делать одно открытие за другим. Во-первых, он убедился, что ширину луча действительно не надо ограничивать, и получил отличную радугу от лучей, падающих на всю стенку его водяной призмы. Затем он стал испытывать именно узкие лучи солнечного света и обнаружил, что никакого разложения света внутри водяной призмы нет. В качестве экрана, на который падали лучи, использовалась узкая пластмассовая пластинка белого цвета, которую можно было перемещать в любую точку внутри всего объёма водяной призмы. Внутри призмы свет был только белым. Уже это говорило о том, что теории Ньютона и Гюйгенса неправильны. Но такое страшно сказать даже самому себе. Возможно, убеждал он себя, всё дело в том, что всё это ему только кажется, и что цветные полоски снаружи нельзя увидеть, так как свет от них, выходя из воды, снова как-то собирается и становится белым? Но он наклеил белые полоски бумаги на выходную стенку своего аквариума-призмы в месте падения лучей поочерёдно как изнутри, так и снаружи, и убедился, что они в обоих случаях остаются белыми.
Это было любопытно. Но самого главного, того, с чего он начал, почему он не мог найти границу ни впадающей полоски света, ни границу выходящей радуги, он так и не смог понять. Прошло не менее 10-и лет, в течение которых он неоднократно видел радугу, создаваемую обычным прямоугольным аквариумом. Он давно забыл о своих оптических экспериментах с трёхгранным аквариумом, но нет-нет в солнечный день он приближал к стенке домашнего аквариума линейку или карандаш, и каждый раз убеждался в том, что они «не дают тени», а ведь «должны». Решение (объяснение причины) не приходило.
Теперь он этому только удивляется. Он отлично помнил о том, что свет внутри призмы не разлагается. И знал о том, что свет, пройдя призму, оказывается разложенным в цвета радуги. Какой из этого следовал вывод? Единственный: свет разлагается на выходе из призмы. Но этого вывода он не сделал. Не сделал даже тогда, когда, заглянув в сторону солнца в радугу из аквариума, увидел зелёные, красные, синие иголки, брызжущие из одной точки.
Конечно, ему, простому смертному, это простительно. Великий Галилей, лучше всех других знавший открытые им законы, и веривший в то, что Земля движется вокруг Солнца, тоже не догадался о наличии (всемирного) тяготения. А ведь одно следует из другого – без каких-либо промежуточных умозаключений. Нужно было только подумать о том, что Земля по какой-то причине движется по окружности вокруг Солнца. На основе одного из его законов механики из этого следовало, что на Землю со стороны Солнца должна действовать определённая сила, сила притяжения со стороны Солнца. Закон о притяжении небесных тел должен был открыть именно он, Галилей. Но он о нём не догадался.
Когда автор заканчивал подготовку к изданию своего русского варианта книги «Разгадка вечных тайн природы», его вдруг озарило. Да, именно так. Он сам не знает, что натолкнуло его на решение. Только и остаётся сказать, что оно пришло само. Вывод, который можно и нужно было сделать более десяти лет тому назад, вдруг явился безо всяких причин, сам по себе. Он вдруг понял, что свет разлагается именно при выходе из призмы, причём разлагается он в каждой точке выходной поверхности. В каждой точке выходной поверхности образуются расходящиеся цветные лучи. И именно поэтому они не дают тени от предмета, прикладываемого к выходной поверхности лучей. И поэтому они не дают тени и от предмета, приложенного к входной поверхности солнечных лучей. Этот вывод показался ему настолько важным, что он приостановил издание книги, чтобы добавить в неё соответствующую главу. Благо, найденное объяснение отлично подходило под название книги.
Уже 300 лет ход лучей в призме представляют (по Ньютону), как на следующем рисунке:
Здесь w означает белый, r – красный, а v – фиолетовый лучи (для простоты рисунка промежуточные цвета радужного спектра не показаны).
Если бы ход лучей действительно был таким, как показано на рисунке, то с помощью пластинки 1, перемещаемой вдоль плоскости призмы, можно было бы перекрыть часть радужного спектра и наблюдать только часть его цветных лучей. Однако каждый может проверить, что подобное не получается. Цвета радуги при перемещении пластинки 1 можно сделать только более блёклыми (или погасить совсем), но нельзя добиться того, чтобы при этом исчезла часть цветного спектра.
Исходя из этого простого эксперимента, можно сделать вывод, что ход лучей на самом деле такой:
Белые лучи w остаются внутри призмы белыми, но из каждой точки на противоположной наружной плоскости призмы выходят красные, оранжевые, жёлтые, зелёные, голубые, синие и фиолетовые лучи, причём каждый из них под своим собственным углом (на рисунке показаны только красные r и фиолетовые v лучи, лучи с наименьшим и с наибольшим углами отклонения). Вследствие этого, перемещая пластинку 1, можно сделать цвета радуги более блёклыми, можно погасить всю радугу, но нельзя погасить ни один из цветов радуги отдельно. И нельзя получить тень от края перемещаемой пластинки 1. И всё это только вследствие того, что все цвета радуги рождаются в каждой точке наружной «выходной» плоскости.
Если бы в воздухе скорости лучей различного цвета были бы различными, то подобный ход лучей можно было бы объяснить. Но нам известно, что скорость всех лучей света в воздухе одинакова. Поэтому подобный ход лучей противоречит всем существующим теориям света. Свет не является ни волной, ни корпускулами (частичками). Совершенно независимо от того, что существует множество доказательств того, что свет имеет волновые свойства, сделанного выше вывода о том, что свет не является ни волной, ни корпускулами, изменить всё-таки нельзя.
В математике частенько упоминаются сингулярные, т.е. особенные или своеобразные точки. Вся выходная поверхность призмы является собранием подобных сингулярных точек. В них происходит нечто, приводящее к разложению света на цветовые составляющие. Этот некий процесс является новой загадкой, «подаренной» нам взамен на найденное более точное знание о том, как происходит разложение света с помощью призмы, на знание о том, как предмет, преграждающий лучи света, может не давать тень.
Итак, если бы Ньютон дал правильное описание разложения света призмой, то Гюйгенс не смог бы создать волновую теорию света. Поэтому Ньютон является виновником её появления.
Если говорить о теории света, то естественно ожидать её применимость во всех известных случаях. Если мы говорим о соответствии действительности теории света, то по ней мы должны уметь предсказывать поведение света в прозрачном веществе во всех случаях. Если мы этого не можем, то это означает, что принятая теория неверна.
В статье [5] описывается прохождение света через прямоугольную зеркальную призму. При этом исходное светлое пятно или полоса раскладывается на три изображения — на основное белое и минимум 2 радужных изображения по обеим соронам на некотором удалении от основного.
Получаемая картина полностью идентична той, которую мы получаем при разложении света с помощью оптической решётки. Но, в отличие от случая с оптической решёткой, каждое из этих изображений проходит по своему собственному пути, каждый из которых может быть отдельно перекрыт до входа в призму. В довершение ко всему, радужные изображения исчезают при приближении линии рассматривания изображения к одному из торцов призмы!
В этом эксперименте нарушается буквально всё, что мы знаем о свете. Свет даже не проходит через призму по определённому пути, а проходит через призму как таковую. Только так можно объяснить, почему радужные изображения не проходят через призму вблизи торцов. Об объяснении этого явления с помощью волновой теории или путём применения коэффициентов преломления можно даже и не мечтать.
Разделение пути света на три направления наблюдается при этом и для монохроматического света.
Выше говорилось о прохождении света через стекло или воду. В них свет хотя бы проходил через прозрачный материал. Но оказывается, что существуют прозрачные материалы, в которые луч света входит, но не выходит из них.
В статье [6] описывается поведение зелёного луча лазера при прохождении через различные материалы. При прохождении через призму траектория луча внутри призмы хорошо видна. То же самое имеет место при прохождении через плексиглас, но не для всех плексигласов. Автор впустил луч лазера в стенку короткой трубы (диаметр 80 мм, длина 126 мм, толщина стенки 3 мм). В ней след луча лазера оказался не виден. Мало того, он входил в стенку трубы (по направлению параллельно оси трубы), но не выходил из неё.
«Хорошо видна была яркая входная точка, довольно ярко светились оба торца трубы, на стене была видна тёмная дуга тени от прозрачной стенки трубы, но луч из куска трубы не выходил. Автор даже пытался с (противоположного) торца заглянуть внутрь стенки трубы: он увидел очень яркую, прямо-таки ослепляющую дугу — но не точку [6]». То есть, сквозь стенку видно ослепляющую дугу, она прозрачна, но луч не проходит, то есть она непрозрачна?!
Этот эффект, возможно, могли бы применить подельники, ювелиры, для моделирования изображения звезды или Солнца в качестве украшения. Всё дело в том, устроят ли их необходимые размеры. При прохождении света поперёк трубы (через две стенки трубы) автор ничего особенного не заметил. Даже вблизи края трубы, где проходимая лучом толщина материала увеличивается, наблюдалось только изгибание и расширения луча света в воздухе за трубой по мере его отдаления, но не исчезновение луча. Так что необходимая толщина, для того, чтобы свет не выходил, по-видимому измеряется сантиметрами, а то и десятком сантиметров.
Автору удалось даже наблюдать постепенное исчезновение луча внутри материала. «Автор стал искать, нет ли под рукой других предметов из плекса. Нашлась линейка от рейсшины (длина 33 см, ширина 46 мм, толщина 5 мм, края линейки скошены и имеют толщину примерно 0,5 мм). Этой линейкой пользовались в те времена, когда ещё существовали чертёжные доски. В этой линейке хорошо был виден начальный кусок траектории луча лазера, но постепенно он становился всё более нечётким, и луч из неё также не выходил».
Наибольшая неожиданность ожидала автора при наблюдении прохождения луча лазера внутри стекла столешницы параллельно поверхности стола. В этой ситуации траектория луча изменила свой цвет, мало того, она приобрела причудливую форму.
Посмотрите на фото. К сожалению, оно мало соответствует тому, что видно просто глазами. Но нечто невероятное всё-таки видно. Во первых, луч как-бы распадается на фрагменты. Особенный интерес представляет верхняя часть луча, которая похожа на жгут, свитый из двух разноцветных прядей. Вдоль траектории этой части луча меняется периодически не только яркость, но и цвет. Луч как бы состоит из расположенных последовательно по его длине различного цвета остроугольных параллелограммов. Это абсолютно необъяснимо.
Остаётся только привести фразу, уже сказанную в [6]:
«если вообще можно ожидать изменение цвета луча, то только изменение цвета, идущее поперёк луча, как это имеет место при разложении белого света в призме. О каком «луче» можно говорить, когда изменение цвета идёт вдоль луча? Такого в природе, казалось бы, просто быть не может. Но вот вы видите такое чудо-юдо на фотографии. Опять-таки можно было бы представить, что две пряди свились в подобие верёвочки, но световые лучи не могут изгибаться и что-либо обвивать. Но здесь нет даже этого. С обоих боков луча видны параллелограммы попеременно меняющегося цвета. Скажите пожалуйста, как луч может периодически изменять свой цвет вдоль луча, если не предполагать за ним фона, состоящего из меняющихся по цвету полос? Такого просто быть не может, такое даже представить невозможно. Такое можно только нарисовать. Но мы видим - фотографию».
В натуре указанный «свитый из двух прядей луч» кажется близким к коричневому. Но для того, чтобы просто сойти с ума, достаточно уже того, что показано на снимке.
По поводу этого «луча» можно сказать только то, что уже сказано выше о прохождении света через зеркальную призму: свет не проходит через прозрачный материал прямолинейно и на данном участке, он проходит через прозрачный материал как таковой. В этой ситуации можно хотя бы предположить, что с траекторией луча могут происходить подобные метаморфозы. Разумеется, когда-нибудь выяснится, что здесь всё очень просто, но на данном этапе возможность объяснения кажется немыслимой.
Прохождение зелёного луча лазера внутри тонкого слоя стекла было испробовано на многих образцах плоского тонкого стекла и везде показало более или менее одинаковый характер. После прохождения стекла цвет луча становится опять зелёным.
Создание теории света на основе изложенных экспериментальных фатов кажется просто невозможным. О том, что они могут соответствовать волновой теории, даже смешно говорить. А ведь при этом не изложены многие другие факты, давно известные из учебников.
В заключение можно привести ещё один пример, который только соприкасается со случаем прохождения света через прозрачные материалы. Этот пример описан в статье [7]. Оказалось, что при скользящем соприкосновением луча лазера с поверхностью призмы она как бы вспыхивает светом, идущим изнутри призмы. Но луч лазера при этом только соприкасается с поверхностью призмы и не входит внутрь её. Поэтому говорить о прохождении света через призму как-бы нельзя. Призма как бы побуждается к свечению одним только прикосновением луча. В статье предполагается, что свет при этом распространяется в призме «поперёк луча», за счёт возбуждения поперечных колебаний. Предполагается, что имеет место своего рода резонанс.
Этот случай приведён для дополнительного подтверждения уже сделанных выводов о том, что свет распространяется не только прямолинейно, но и, похоже, поперёк направления луча, или, может быть, даже лучше сказать - «неизвестно как».
Нет ничего удивительного в том, что в конце 17-го века свет пытались представить в виде чисто механических колебаний. Тогда не знали практически ничего другого. Когда наш мир познакомился с электричеством и магнетизмом и поверил в могущество этих явлений, свет стал изображаться в виде электромагнитных колебаний. Это вполне естественно. Всё незнакомое или недостаточно понятное мы можем себе представлять только с помощью уже известного и понятного. Но можно ли свет объяснить с помощью механических явлений? Или с помощью электромагнитных? Возможно, что он ни то и ни другое.
Для того, чтобы продвинуться вперёд в каком-либо вопросе, ещё древние греки выдвигали предположения. И затем смотрели, будет ли это предположение соответствовать уже известному. Это был, так сказать, мысленный эксперимент. Назывался он методом от противного. Сделав неправильное предположение, греки приходили к абсурду.
Попробуем и мы сделать некое предположение, чтобы примирить друг с другом экспериментальные факты для случаев плоско-парллельного слоя и случая призмы.
Уже в статье [8] автор пришёл к выводу, что преломление света и разложение света на цветовые составляющие являются двумя независимыми явлениями. Затем, в статье [9] это было более подробно доказано.
Представим себе, что любая поверхность прозрачного материала представляет для света своего рода фильтр или преобразователь. До встречи с поверхностью свет обладает каким-то набором свойств, а после прохода поверхности он часть своих свойств теряет и/или приобретает новые. Какие именно, мы не уточняем. Это может зависеть от свойств прозрачного материала. Одним словом, свет, проходя из воздуха через прозрачную поверность оптически более плотного вещества, как-то изменяется. Новое изменение происходит, когда свет снова выходит в воздух.
Если мы вспомним вышеприведённый эксперимент с водяной призмой, то мы можем сказать, что на первом переходе (при входе в прозрачное вещество) свет (параллельные лучи света) не изменяет своего цвета и не разлагается на цветовые составляющие. Мы знаем также, что свет при этом может менять своё направление. То есть он обладает свойством преломления. Мы также предполагаем, что если свет далее встречает другую поверхность, параллельную первой, и опять выходит в воздух, то он сохраняет такие имеющиеся свойства, как цвет, но опять изменяет направление своего движения, принимая прежнее направление движения в воздухе.
Если же свет при своём движении после первой поверхности встречает другую, наклонённую к первой, то эта новая поверхность будет опять выступать в роли фильтра или преобразователя. Из эксперимента с (водяной) призмой мы знаем, что свет при этом может не только изменять своё направление, но и разлагаться на цветовые составляющие (цвета радуги).
Этим предположением мы можем примирить результаты (ранее известных) экспериментов с плоскопараллельным слоем и с призмой. Теперь мы можем логично изложить и то, и другое с одной точки зрения. В этом случае коэффициент преломления света всегда один и тот же для всех цветовых составляющих. Проходя через плоско-параллелный слой свет дважды изменяет своё направление и дальше движется в прежнем направлении. В случае призмы дополнительно действует фильтр второй поверхности, наклонной к первой. Вследствие этого свет может разлагаться на цветовые составляющие. Или, другими словами, для каждой цветовой составляющей дополнительно изменяется угол преломления, принимающий для каждого цвета своё собственное значение.
То есть, у нас действует не один фактор — угол преломления, а два независимых фактора — два фильтра плоскостей перехода от одной оптической плотности к другой.
Конечно, хотелось бы сказать, что угол преломления на первом переходе связан с изменением скорости лучей света в прозрачном материале по сравнению со скоростью света в воздухе. Но тогда и второй переход надо бы объяснять с этих же позиций. К сожалению, это объяснение проходит только для плоскопараллельного слоя.
Из данной статьи видно, что для логичного объяснения общеизвестных явлений в плоскопараллельном и неплоскопараллельном слое необходимо рассматривать два независимых фактора: фильтрующие (преобразующие) свойства плоскостей перехода.
И хотя никакого объяснения поведения света не даётся, но мы хотя бы не впадаем в противоречия, рассматривая два различных случая: случай призмы и случай плоско-параллельного слоя. Кроме того, мы убеждаемся, что действительно действуют два независимых фактора. А это означает, что мы в понимании света всё-таки немного продвинулись вперёд.
Предложенное объяснение позволяет иногда даже учитывать особенности прозрачного материала. Сам вид объяснения при этом не меняется. Просто сами факторы перехода от одной поверхности к другой могут быть различными для различных материалов.
Из сделанного выше предположения можно прийти к выводу, что достаточно иметь два непараллельных перехода, и мы уже получим разложение света на цветовые составляющие. Однако это не совсем так. Это является необходимым условием, но не достаточным. Из статей [8] и [9] видно, что для этого ещё необходимо, чтобы источник света находился не вплотную к призме, а на достаточном отдалении, или, другими словами, входящие в призму лучи света должны в достаточной мере быть параллельными.
Общий вывод по этой статье примерно такой: прозрачные тела не просто пропускают (проводят) свет, они могут его и преобразовывать.
|
|
 |
