Ньютон. Закон всемирного тяготения

Другая великая научная книга Ньютона заметно отличается от «Математических начал натуральной философии»; она носит название Opticks: or a Treatise of the Reflexions, Refractions, Inflexions and Colours of Light («Оптика, или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света»). «Математические начала натуральной философии» – это завершенный синтез знания о земной и небесной механике, написанный математическим языком настолько сложным, насколько и закрытым, и поэтому понимаемый лишь специалистами. «Оптика», напротив, может считаться экспериментально несовершенной работой и даже неудавшейся, написанной без какой-либо математической поддержки. Однако она со всеми своими недочетами доступна даже тем, кто не имеет больших познаний в предмете. Наибольшее внимание привлекает ее часть, посвященная природе света и цвета, однако книга содержит большое количество разнообразных размышлений, которые делают понимание оптики более широким. Это разделы, посвященные линзам и конструкции телескопа или изучению зрения человека, включая работу зрительного нерва. Также в книге есть положения, практически никак не связанные с оптикой, например о пищеварении или циркуляции крови, принципах морали в философии или вопросах библейской истории, а также описание снов одержимых.

Хотя «Оптика» появилась только в 1704 году, почти через два десятилетия после «Математических начал натуральной философии», изучение природы света и цвета было одним из самых первых интересов английского гения. Его творческая работа в сфере оптики закончилась примерно в 1670 году, после этого он в основном разъяснял свои теории и результаты экспериментов: и в 1672 году, когда представил свою первую работу в этой сфере в «Философских трудах» Королевского общества, и в последнее десятилетие XVII века, когда занимался составлением «Оптики».

Представления Декарта о свете как вибрации частиц сделали среди ученых XVII века распространенной корпускулярную теорию света.

ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ

В ньютоновской физике свет состоит из частиц, корпускул, и распространяется по прямой линии, а не в виде волн. Сегодня считается, что свет имеет одновременно как корпускулярную, так и волновую природу. В материальных средах свет всегда движется по прямой линии, хотя на границе сред его скорость меняется, что вызывает эффект преломления. На рисунке представлены разные ситуации, которые можно наблюдать, когда луч света, двигающийся по траектории, пересекающей однородную среду, достигает поверхности, которая отделяет данную среду от внешней. Если угол падения перпендикулярен поверхности, разделяющей обе среды, луч света продолжит беспрепятственно двигаться по своей траектории (от n₁ к n₂ ). Если угол падения θ₁ немного больше, луч пересечет поверхность; хотя новая траектория не будет идеально совпадать с предыдущей, она образует новый угол θ₂ с перпендикуляром. Оба угла соотносятся по закону Снеллиуса: n₁ sin(θ₁) = n₂ sin(θ₂), где n₁ и n₂ – индексы преломления обеих сред, зависящие от скорости, с которой движется свет, когда их пересекает. Таким образом, можно вывести, например, что если среда оказывает значительное сопротивление прохождению света, она будет иметь высокий индекс преломления и, значит, угол падения θ₁ будет меньше, чем угол преломления θ₂ . Этот феномен мы всегда наблюдаем, опуская трубочку в стакан с водой: кажется, будто она становится толще. По этой же причине бассейны всегда кажутся более глубокими, чем на самом деле. На рисунке