Научная революция XVII века

Ответ Гуку, так же как и другие рукописи Ньютона, появившиеся между 1672 и 1676 гг., показывают, что он тщательно взвешивал аргументы за и против каждой гипотезы. Можно легко себе представить, что, когда Ньютон неуверенно отклонил волновую теорию, он меньше всего полагал, что его мнение окажет такое сильное влияние и впоследствии почти целое столетие волновая теория будет отвергаться. Когда Ньютон экспериментировал с цветами тонких пленок, он ясно видел, как эти явления могут быть объяснены с помощью волновой теории. «Так как колебаний, которые производят голубой и фиолетовый, предполагаются более короткими, чем те, которые производят красный и желтый, они должны отражаться от пластинки меньшей толщины; этого достаточно, чтобы объяснить все обычные явления для этих пластинок или пузырей, а также для всех естественных тел, чьи части подобны многочисленным фрагментам таких пластинок. Это, по-видимому, есть наиболее простые, истинные и необходимые условия этой гипотезы; и они согласуются вполне с моей теорией, настолько, что если критик сочтет необходимым их применить, ему не нужно будет для этого случая опасаться отказа от нее (гипотезы), но как он будет защищать ее от других трудностей — этого я не знаю» [8, с. 145].

Для Ньютона непреодолимым барьером для принятия волновой теории была ее неспособность объяснить прямолинейное распространение света. Он говорит: «Для меня кажется невозможным само по себе фундаментальное предположение, а именно, что волны или колебания какой-либо жидкости могут, как лучи света, распространяться по прямой линии без постоянного и весьма странного распространения и изгибания во всяком направлении до неподвижной среды, где они ею обрываются. Я бы ошибался, если бы и эксперимент, и демонстрация не говорили бы о противном» [8, с. 146]. Если бы свет состоял из колебаний, то он, как и звук, «изгибался бы в сторону тени».

С другой стороны, эмиссионная теория предлагала простое объяснение. Светящееся тело излучает потоки мельчайших частиц, которые вызывают изображение, ударяясь о ретину. Преломление объяснялось предположением, что летящие частицы начинают притягиваться к поверхности раздела, когда они близко к ней подходят, так что компонента скорости, нормальная к поверхности, увеличивается. Когда частица проходит из более плотной среды в менее плотную, эта компонента уменьшается, в то время как горизонтальная компонента остается неизменной в обоих случаях. Таким образом объясняется изгибание лучей. В результате скорость получается большей в более плотной среде.

Тот факт, что в прозрачных средах существует и отражение и преломление, с точки зрения эмиссионной теории было очень трудно объяснить. Как может поверхность в одно время отражать, а в другое — преломлять ударяющуюся о нее частицу? Чтобы объяснить это, Ньютон выдвинул свою теорию «приступов» легкого отражения и легкого прохождения, сообщаемого частицами всепроникающим эфиром. Прохождение летящих частиц приводит эфир вблизи поверхности раздела в возбуждение, которое выражается в попеременном сжатии и разрежении эфира. Летящие частицы, достигающие поверхности в момент сжатия, отбрасываются назад, а если частицы достигают границы в момент разрежения, сопротивление их движению уменьшается и они проходят сквозь нее. Так Ньютон объяснял, каким образом поверхность стекла или воды частично отражает и частично преломляет лучи света, состоящие из летящих частиц. Заметим, что эмиссионная теория Ньютона предполагает наличие не только летящих частиц, представляющих свет, но также и эфира, т. е. той самой среды, которая использовалась и для построения волновой теории.

Ньютон дал также объяснение радуги, правильное представление о котором было дано ранее архиепископом Антонием де Домини в книге, опубликованной в 1611 г., а также Декартом и Гюйгенсом.

Ньютон производил также эксперименты с дифракцией (изгибанием) света. Открытие этого явления было сделано Франческо Мария Гримальди (1618—1663), профессором математики иезуитского колледжа в Болонье. Оно было описано в его книге «Физико-математика света», вышедшей в 1666 г. Гримальди проводил опыты с лучом света, проходящим сквозь малое отверстие в темной комнате. Тень от стержня, помещенного в световом конусе, падала на белую поверхность. К своему удивлению, он обнаружил, что тень шире, чем ее расчетные размеры. Более того, она окаймлялась одной, двумя, а иногда несколькими цветными полосами. Заменив стержень непрозрачной пластинкой с маленьким отверстием в ней, он обнаружил, что освещенный круг оказался больше, чем он должен был бы быть по предположению, что лучи распространяются прямолинейно. Эти и другие эксперименты доказали, что свет слегка загибается за край отверстия. Гримальди назвал новое явление «дифракцией».

Гримальди проводил свои опыты весьма тщательно, но оказался не способен сказать что-либо существенное о теории явления. Ньютон повторил опыты Гримальди, несколько их видоизменив, и попытался объяснить их с помощью эмиссионной теории.