Когда появляются призраки

Почему же стеклянная призма разлагает белый свет на различные цветные лучи? Ответ был найден в 1667 году, когда опытами по разложению солнечных лучей занялся знаменитый английский ученый Ньютон.

Ньютон изучал свойства света много лет подряд. Однажды он поставил такой же опыт, что и Марци. В солнечный день в своей небольшой комнате Ньютон установил на расстоянии одного шага от окна экран (раму с натянутым на нее белым полотном), затем закрыл окно ставнем, в котором заранее просверлил отверстие величиной с горошинку. Солнечный луч прошел через отверстие в комнату и упал на экран в виде небольшого солнечного зайчика. Тогда Ньютон поставил на пути луча стеклянную призму ребром книзу. Луч прошел через призму, изменил свое направление (он как бы преломился в сторону широкой части призмы), и на экране вместо белого пятна появилась длинная полоса, окрашенная в цвета радуги.

Она была в несколько раз больше белого «зайчика».

Ученый повторил свой опыт много раз. Он поворачивал призму так, что луч света проходил то через узкую, то через широкую ее часть. Брал призмы из разных сортов стекла. Менял форму щели, через которую проходил в комнату луч солнца. Но, несмотря на все эти изменения, многоцветная полоса не исчезала и цвета располагались в ней все в том же порядке, что и в радуге.

Тогда исследователь проделал новый опыт. На пути солнечного луча он поставил не одну призму, а две, но так, что одна из них была ребром книзу, а другая кверху. Теперь многоцветная полоса на экране пропала, и опять появился солнечный зайчик.

Великий ученый заинтересовался этим явлением и стал размышлять. Белый солнечный луч, рассуждал он, без стеклянной призмы дает на экране обыкновенное белое пятно. Проходя через призму, луч превращается в широкую радужную полосу. Но если за первой призмой поставить перевернутую другим концом вторую, то радужная полоса исчезает, на экране снова видно обыкновенное белое пятно. В чем же дело?

Не значит ли это, что сам солнечный луч состоит из многих цветных лучей, только слившихся в один белый? И когда такой луч проходит через призму, то он и разлагается на свои составные части — цветные лучи. Луч как бы раздвигается подобно вееру или хвосту павлина, и тогда становятся видны все его скрытые цвета. Поэтому и ширина радужной полосы больше белого солнечного зайчика.

Но стоит на пути разложенного солнечного света поставить другую призму, ребром кверху, как все цветные лучи снова сдвигаются и на экране появляется обыкновенное белое пятно.

Ответ был найден: белый солнечный свет — свет сложный. Он содержит в себе много цветных лучей, а их смесь дает белый свет.

Но и теперь, сделав такое заключение, Ньютон не был еще полностью уверен, так ли это на самом деле. Надо было проверить свою мысль.

Ученый проделал еще один опыт. Он насадил призму, которая стояла на пути солнечного луча, на ось и начал ее вращать. Цветные полосы на экране стали перемещаться с места на место: оранжевая полоса заняла место красной, за ней на это же место встала желтая, потом зеленая и т. д. А когда вращение призмы ускорилось, все цвета на экране слились в один — белый.

Теперь уже сомнений не было: белый свет содержит в себе разноцветные лучи и в то же время может казаться белым.

Но почему же все-таки луч белого света, проходя через кусок стекла, имеющего форму клина, разлагается на свои составные части? Почему этого не происходит в других случаях, например когда луч света проходит через оконное стекло или когда свет преломляется, входя в воду?

Ответ на этот вопрос был найден, когда Ньютон проделал следующий опыт. На экране, там, где находилась радужная полоса, он сделал отверстие, такое маленькое, что через него проходил лишь один красный луч, а позади отверстия поставил второй экран.

На этом экране появилось красное пятно. Тогда на пути красного луча, между первым и вторым экраном, ученый установил вторую стеклянную призму. Красный луч прошел через эту призму, слегка преломился, но не изменил своей окраски: на экране было видно то же красное пятно. Значит, красный свет — это уже свет простой.

Первая призма была насажена на ось и могла поворачиваться. Медленно поворачивая призму, ученый подводил к отверстию на экране оранжевый, желтый и другие лучи; все они поодиночке проходили через отверстие, через поставленную за ним вторую призму и падали на второй экран. И все цветные лучи не изменили своей окраски: они были простые.

Но вот что было интересно: когда исследователь стал отмечать кружком те места на втором экране, куда падали по очереди цветные лучи, то он увидел, что каждый луч находил здесь свое определенное место. Так, красный луч преломлялся в призме совсем немного; оранжевый отклонялся уже больше и поэтому ложился на экране не на место красного, а рядом с ним; желтый отклонялся еще больше и располагался на экране за оранжевым и так далее до последнего — фиолетового, который преломлялся в призме больше всех.

Так вот в чем секрет призмы! Разложение белого света стеклянной призмой объясняется тем, что отдельные цветные лучи преломляются в ней неодинаково: одни больше, другие меньше. Поэтому-то они и становятся видны после того, как белый луч пройдет сквозь призму. Наоборот, в других стеклах, например в оконном, все цветные лучи, составляющие белый свет, преломляются в одинаковой степени, и вы видите поэтому тот же белый луч.

Отсюда ясно и то, почему разноцветные полоски всегда располагаются в одном и том же порядке — от красного до фиолетового: ведь в стеклянной призме меньше всего преломляется красный луч, а больше всего — фиолетовый, значит, и положение цветов всегда будет одинаковым.

Латинское слово «спектрум» означает «видение», «призрак». Многоцветная полоса разложенного белого света, ярким видением падающая на экран, и была названа спектром.

Так можно получить радугу в комнате.

Вот с таким же разложением белого солнечного света на разноцветные лучи связано и образование небесной радуги.

Конечно, в воздухе нет никаких стеклянных призм. Но их и не нужно. Роль таких призм с успехом выполняют дождевые капли.

Предположите, что вы видите увеличенную каплю дождя, висящую в воздухе. Один из мириадов лучей света, идущих от солнца, встречает на своем пути эту каплю. Он проходит внутрь капли и при этом преломляется. Дойдя до задней поверхности капли, солнечный луч отражается от нее и выходит из капли, снова преломившись. При этом двойном преломлении света в капле различные цветные лучи преломляются неодинаково. Белый луч света разлагается в спектр.

Таким образом, в дождевой капле происходят сразу три явления: преломление света, его отражение и разложение света на составные цвета. Что же происходит дальше?

Из капли, на которую упал белый солнечный луч, выходят разноцветные лучи спектра. При этом все они преломляются в капле дождя неодинаково: одни меньше, другие больше. Меньше всего в капле дождя преломляются лучи красного цвета, а больше всего — фиолетовые лучи. Поэтому в глаза наблюдателя может попасть от каждой капли лишь какой-нибудь один цветной луч, например голубой. Все остальные лучи, преломившиеся в этой капле, упадут на землю в другом месте, они пройдут выше или ниже глаз наблюдателя.

Зато от другой капли мы увидим луч другого цвета, третья капля пошлет нам в глаза третий цветной луч и т. д.

В то же время в воздухе будет находиться много и таких капель, от которых мы не увидим ни одного отраженного луча.

Можно ли сказать, как будут располагаться все такие капли в воздухе?

Можно. Возьмем ряд капель, расположенных в воздухе одна над другой. В каждой из этих капель отражаются и преломляются лучи солнца. От каждой из них на землю падают разноцветные лучи.