Глаз и солнце. (О свете, Солнце и зрении)

Мы знаем, что звук через посредство воздуха, который представляет собой тело невидимое и неосязаемое, распространяется вокруг места, где он был произведен, движением, которое последовательно передается от одной части воздуха к другой, и что движение это распространяется одинаково быстро во всех направлениях, вследствие чего должны образовываться как бы сферические поверхности, которые все расширяются и в конце концов поражают наше ухо. Несомненно, что и свет доходит от светящегося тела до нас каким-нибудь движением, сообщенным веществу, находящемуся между ним и нами, ибо мы уже видели, что это не может быть вызвано переносом вещества от этого тела к нам. Поскольку вместе с тем свет употребляет для своего прохождения некоторое время – вопрос, который мы сейчас рассмотрим, – из этого следует, что движение, сообщенное веществу, постепенно и, следовательно, распространяется так же, как и при звуке, сферическими поверхностями и волнами: я называю эти поверхности волнами по сходству с волнами, которые можно наблюдать на воде, в которую брошен камень, и которые изображают собой указанное постепенное распространение кругами, хотя оно и происходит от другой причины и в плоской поверхности.

Чтобы убедиться в том, что распространение света происходит не мгновенно, прежде всего посмотрим, не существуют ли такие опыты, которые убеждали бы нас в противном. Что касается опытов, которые можно произвести здесь на Земле с помощью огней, расположенных на больших расстояниях друг от друга, то хотя они и доказывают, что свету не надо заметного времени, чтобы пройти эти расстояния, но все же эти расстояния слишком малы и позволяют сделать лишь тот вывод, что переход света совершается чрезвычайно быстро. Декарт, полагавший, что переход света совершается мгновенно, не без основания опирался на значительно лучший опыт с лунными затмениями, но этот опыт, как я покажу далее, все же не убедителен. Для того чтобы понять все значение этого опыта, я его предложу в несколько ином виде, чем Декарт.

Рис. 51

Пусть А (рис. 51) – местонахождение Солнца, BD – часть орбиты, или годичного пути Земли, ABC – прямая линия, которая, допустим, пересекает путь Луны, представленный кругом CD с центром в точке С. Но если свет требует, например, часа времени, чтобы пройти пространство между Землей и Луной, то отсюда следует, что после того, как Земля придет в точку В, даваемая ею тень, или перерыв в свете, еще не достигнет точки С, но придет туда часом позже. Это значит, что только через час после того, как Земля придет в точку В, Луна, пришедшая в точку С, начнет там затемняться; но нужен еще другой час, для того чтобы это затемнение, или перерыв в свете, достигло Земли. Предположим, что за эти два часа Земля пришла в Е. Земля, находясь в Е, увидит затемненную Луну в С, откуда она ушла за час перед этим, и в то же время увидит Солнце в А. В самом деле, ввиду того, что я вместе с Коперником предполагаю Солнце неподвижным, и ввиду того, что свет распространяется по прямым линиям, Солнце должно всегда казаться там, где оно есть. Но, говорят, наблюдения свидетельствуют, что затемненная Луна всегда наблюдается на эклиптике, в месте, противоположном Солнцу, между тем как здесь она должна казаться позади от этого места на угол GEC, дополняющий угол АЕС до двух прямых. Значит, это противоречит опыту, так как угол GEC был бы сильно заметен, равняясь приблизительно 33°. В самом деле, согласно нашим вычислениям, изложенным в трактате «О причинах явлений, видимых при наблюдениях Сатурна», расстояние BA между Землей и Солнцем приблизительно равно 12 000 земных диаметров и в 400 раз больше, чем ВС, – расстояние до Луны, равное 30 диаметрам. Значит, угол ЕСВ будет приблизительно в 400 раз больше, чем BAЕ, который равен 5 мин, т. е. пути, который проходит Земля по своей орбите в 2 часа; таким образом, угол ВCE равен почти 33°, так же как и CEG, который будет больше на 5 мин.

Но нужно заметить, что в этом рассуждении скорость света предполагается такой, что свету нужен один час времени, чтобы пройти путь отсюда до Луны. Если же предположить, что для этого нужна лишь одна минута времени, то будет ясно, что угол CEG составит только 33 мин, а если нужно всего только 10 с времени, то этот угол не будет и 6 мин. Но в таком случае его не легко будет заметить при наблюдении затмений, и следовательно, отсюда нельзя сделать вывод в пользу мгновенного движения света.

Правда, тем самым мы допускаем существование странной скорости, которая была бы в 100 000 раз больше скорости звука. <…> Все же это предположение не должно казаться чем-то невозможным, так как здесь дело идет вовсе не о переносе тела с такой скоростью, но о последовательном движении, переходящем от одних тел к другим. Поэтому при размышлении об этих вещах я беспрепятственно предположил, что истечение света происходит постепенно; действительно, с помощью этого предположения все эти явления могли быть объяснены, тогда как, если придерживаться противоположного взгляда, все было непонятно. И мне всегда казалось, и многим другим вместе со мной, что даже Декарт, который поставил своей целью вразумительное объяснение всех вопросов физики и который, несомненно, гораздо лучше успел в этом, чем кто-либо до него, даже Декарт по поводу света и его свойств не высказал ничего, что не было бы полно трудностей для понимания или даже непостижимо.

Но мысль, которой я пользовался когда-то как гипотезой, получила недавно благодаря остроумному доказательству Рёмера, по всей видимости, значение прочной истины. <…> Оно основано, так же как и предшествующее, на небесных наблюдениях и не только доказывает, что свет для своего прохождения требует времени, но и показывает вместе с тем, сколько времени ему нужно на это, а также, что скорость света, по крайней мере, в 6 раз больше той, о которой я только что говорил. <…> Постепенное движение света оказывается, таким образом, подтвержденным, а отсюда следует, как я уже сказал, что это движение, так же как и звук, распространяется сферическими волнами.

Но если в этом отношении движения света и звука сходны, то во многих других отношениях они расходятся; так, они различаются: начальным возбуждением причиняющего их движения, материей, в которой это движение распространяется, и способом, которым оно передается. В самом деле, известно, что возбуждение звука производится внезапным сотрясением всего тела или значительной его части, что возмущает весь смежный с ним воздух. Но движение света должно зарождаться от каждой точки светящегося тела; тогда, как это лучше выяснится из последующего, смогут быть видными все отдельные части светящегося тела. И я думаю, что это движение может лучше всего послужить для объяснения, если предположить, что те из светящихся тел, которые, как пламя и, по-видимому, Солнце и звезды, являются жидкими, состоят из плавающих в значительно более утонченной материи частиц; эта материя приводит их в весьма быстрое движение и заставляет ударяться о частицы окружающего их эфира, причем эти последние значительно меньше первых. Что же касается твердых светящихся тел, как уголь или раскаленный на пламени металл, то у них рассматриваемое движение вызывается сильным сотрясением частиц металла или дерева, причем те частицы, которые находятся на поверхности, также ударяются о частицы эфирной материи. Впрочем, движение, возбуждающее свет, должно быть значительно более резким и быстрым, чем то, которое производит звук; ведь мы не замечаем, чтобы содрогание звучащего тела могло произвести свет, точно так же как движением руки в воздухе нельзя получить звук.

Если теперь исследовать, какой может быть та материя, в которой распространяется движение, исходящее от светящихся тел, и которую я называю эфирной, то будет видно, что это не та материя, которая служит для распространения звука. В самом деле, последняя является просто воздухом, который мы чувствуем и вдыхаем; и если воздух откуда-нибудь удалить, то та, другая, материя, которая служит для света, все же будет там находиться. Это доказывается заключением звучащего тела в стеклянный колокол, из которого затем удаляют воздух с помощью прибора, данного нам Бойлем, прибора, с которым он сделал столько прекрасных опытов. При производстве опыта, о котором я говорю, нужно позаботиться о том, чтобы поместить звучащее тело на вату или на перья для того, чтобы оно не могло сообщить своего дрожанья стеклянному колоколу, заключающему его, а также прибору, а этим до сих пор пренебрегали. Тогда, после того как будет удален весь воздух, больше совершенно не слышно звука металла, хотя по нему и ударяют.

Из этого следует не только то, что не проходящий через стекло воздух является материей, с помощью которой распространяется звук, но также и то, что свет распространяется не в самом воздухе, но в какой-то другой материи. Действительно, после того как воздух удален из колокола, свет, как и прежде, продолжает проходить сквозь него. Это последнее обстоятельство еще яснее доказывается знаменитым опытом Торичелли. В этом опыте стеклянная трубка, из которой удалена ртуть и в которой не остается воздуха, пропускает свет так же, как если бы в ней был воздух; а это показывает, что в трубке находится какая-то материя, отличная от воздуха, и что эта материя должна проходить сквозь стекло или сквозь ртуть, или через оба эти непроницаемые для воздуха вещества. Если в этом же опыте произвести пустоту, поместив над ртутью немного воды, то можно аналогично заключить, что указанная материя проходит сквозь стекло или сквозь воду, или через то и другое.

Что же касается упомянутого мною различия способов передачи движения звука и света, то можно в общем понять, как происходит движение звука, если принять в соображение, что воздух обладает свойством сжимаемости и может быть приведен к значительно меньшему объему, чем тот, который он обычно занимает, а также что по мере того, как его сжимают, он стремится расшириться; в самом деле, эти свойства, вместе с проницаемостью, которая сохраняется, несмотря на сжатие, показывают, по-видимому, что воздух состоит из маленьких телец, плавающих и быстро передвигающихся в состоящей из еще значительно меньших телец эфирной материи. Таким образом, причиной распространения звуковых волн является усилие, производимое этими маленькими взаимно ударяющимися телами, стремящимися удалиться друг от друга, когда, находясь на перифериях волн, они оказываются более сжатыми, чем в других местах.

Но чрезвычайная скорость и другие свойства света не позволяют допустить подобного распространения движения, и я хочу здесь показать, как, по моему мнению, оно должно происходить. Для этого надо объяснить имеющееся у твердых тел свойство передавать движение одно другому.

Если взять несколько одинаковых по величине шаров, сделанных из какого-нибудь очень твердого вещества, и если их расположить по прямой линии так, чтобы они касались друг друга, то при ударе таким же шаром по первому из них окажется, что движение как бы в одно мгновение передается до последнего шара, который и отделяется от всего ряда, причем не заметно, чтобы при этом сдвинулись остальные шары. Вместе с ними остается неподвижным даже шар, которым ударили. Здесь наблюдается передача движения с чрезвычайно большой скоростью, которая тем больше, чем тверже вещество, из которого сделаны шары.