Johann Kern, Stuttgart, jo_k@gmx.net
Ошибки Ньютона при определении хода лучей в призме привели к тому, что свет стало возможным считать волной. В последующие столетия это привело к каскаду ошибок как в физике, так и в астрономии.
Подавляющий авторитет Ньютона мешает СМИ публиковать статьи о его ошибках и о необходимости их исправления в учебниках.
В статье [1], рассказывая о судьбоносной для физики ошибке Ньютона, я ссылался на цитаты, приводимые в книге акад. Вавилова. Читая только текст Вавилова, мне было трудно понять, как Ньютон мог построить ход лучей в призме, основываясь только на своих вычислениях и не заметить свою ошибку при проведении своих многочисленных экспериментов. То, что Вавилов не может мне в этом помочь, было ясно. Но мне стало любопытно узнать, в чём же он ошибался. Поэтому мне не оставалось ничего другого, как обратиться непосредственно к «Лекциям по оптике» [2] Ньютона.
По их содержанию создаётся впечатление, что в те времена знали о том, что с помощью призмы можно получить радужные цвета, но о том, каков ход лучей в призме, шли споры. Ньютон, завоевав определённый авторитет в среде учёных, получил возможность читать лекции по оптике студентам и мог, таким образом, распространять свои научные взгляды. При его жизни его лекции не были напечатаны. Но после его смерти и почти 25-летнего пребывания на посту президента Королевского Общества, когда его авторитет в научных кругах стал непререкаем , его лекции посчитали необходимым напечатать.
Ньютон очень не любил критику своих трудов, и, тем более, споров об авторстве. Основным спорщиком по этим вопросам был Роберт Гук. Ньютон якобы несколько десятков лет ждал смерти Гука, чтобы опубликовать свою «Оптику». Но почему он, став президентом Королевского общества, и будучи им столько лет, не опубликовал свои лекции?
В книге [2] собственно лекции начинаются со страницы 19. Сами лекции по задумке автора, похоже, должны были представлять для тогдашней оптики нечто революционное. Первый раздел «Лекций» носит название «Преломляемость лучей различна». Смысл этого названия становится ясным, когда мы на 3-й странице «Лекций» [2, стр. 21] читаем текст, поясняющий его рис. 1:
«По общепринятому мнению, лучи с одинаковым падением должны иметь все и одинаковое преломление, например, по линии FR . Я, однако, открыл обратное , именно, что лучи после преломления расходятся один от другого так, что одни как бы преломляются по линии FP , другие по линии FQ, FR, FS и неисчислимые другие — по промежуточным пространствам, одни сюда, другие туда, смотря по тому, к большему или меньшему преломлению способен луч. Помимо того, я обнаружил , что лучи FP, наиболее преломляемые, производят пурпуровые цвета, лучи же FT , наименее преломляемые — красные; лучи FQ, FR, FS — промежуточные, производят и промежуточные цвета, т. е. синий, зелёный, жёлтый».
Рис. 1
Посмотрите на рис. 1. Вот в этом, в различной преломляемости лучей при входе в призму, и была революция, или, другими словами, открытие Ньютона. Из этого же рисунка следует, что Ньютон представлял солнечные лучи состоящими из набора независимых друг от друга монохромных лучей.
Если математики пишут ошибочную работу, то главную ошибку они делают обычно в самом её начале. Так как я уже знал истинный ход лучей в призме, то сразу увидел, что вот это его «открытие» и есть его главная ошибка. Мне и в голову не приходило, что она найдётся так легко и так сразу.
«Лекции» можно было бы дальше и не читать. Но мне хотелось получить какое-то более общее впечатление, ведь акад. Вавилов писал о них с таким восторгом.
Рисунком 1 ход лучей в призме был уже предопределён. Остальное было делом расчётов и экспериментов по определению коэффициентов преломления монохроматических лучей (лучей различного цвета). Но, тем не менее, я стал читать дальше.
Сразу же после рис. 1 на той же стр. 21 почти в самом низу страницы на полях слева находится заголовок: «Простым опытом доказывается удлинение солнечного преломленного изображения».
При этом имеется ввиду, что круглый входной пучок солнечных лучей после прохода через призму, на достаточном расстоянии от неё превращается в удлинённую световую полоску с закруглёнными краями. Это иллюстрируется Ньютоном на фиг. 2. В более простой форме этот рисунок представлен здесь ниже (рис. 2).
Рис. 2.
Из некоторой области O солнечные лучи через круглое отверстие F падают на призму, преломляются в ней, и на некотором расстоянии от неё на экране превращаются в удлинённую полоску света, края которой обозначены буквами P и T .
Ньютон говорит: «Отсюда кажется несомненным заключение, что из лучей с равным падением одни претерпевают большее преломление, чем другие». Если не вникать в подробности хода лучей и в распределение их окраски, то это всё понятно и правильно.
Но на стр. 22, также слева на полях, мы находим ешё один заголовок: «Случай, когда лучи равнопреломляемые дают круглое изображение». Далее идёт фиг. 3, на которой снова видна призма. Интересно, как он смог с помощью призмы выделить равнопреломляемые лучи, да ещё и построить из них круглое изображение?
Справа от указанного заголовка идёт текст: «По распространённому учению о преломлениях существует положение призмы, при котором изображение Солнца должно казаться круглым. Это я показываю так…». Дальнейший текст Ньютона поясняет уже упомянутая фиг. 3, которая опять-таки упрощённо, но в этот раз с небольшим дополнением представлена здесь ниже (рис. 3).
Рис. 3
Обратите, пожалуйста, внимание на то, что начальный ход лучей и положение призмы по сравнению с рис. 2 практически не изменились. Поэтому, казалось бы, не должен измениться ход лучей и после преломления в призме?..
Но Ньютон так не считает.
По мнению Ньютона, здесь происходит следующее: круглый пучок света, края которого обозначены буквами t и p , падает на призму, преломляется в ней, и затем проходит (проектируется?) через малое круглое отверстие F и на противолежащей стене превращается в круглое пятно, края которого обозначены буквами P и T .
Чтобы быть точнее, привожу подлинные слова Ньютона:
«в нём сделано малое круглое отверстие F , через которое преломленные лучи проходят к прямо противоположной стене для образования на ней изображения PT ».
На мой взгляд, подобное абсолютно невозможно. Через отверстие F могут идти лучи от какого-нибудь светлого пятна, но никак не преломленные лучи. Преломленные лучи могут идти только туда, куда им положено идти вследствие преломления . Их примерный ход на рис. 3 должен быть примерно таким же, как и на рис. 2. Он предопределён правилами преломления световых лучей, но никак не положением отверстия F . Примерное направление крайних лучей преломленного светового пучка, в соответствие с этими правилами, показано мной на рис. 3 стрелками и буквами a и b .
Может ли кто-нибудь объяснить, по какой причине преломленные лучи на рис. 3 могут развернуться и направиться в сторону отверстия F ?..
Я нахожу только единственное объяснение этому «капризу» световых лучей:
Профессор Исаак Ньютон, читающий студентам лекции по оптике, настолько хорошо «разбирается» в своём предмете, что даже не понимает разницу между преломленными лучами и лучами, отражёнными от какого-либо светлого пятна. Но ведь это немыслимо?
Ещё до начала изучения «Лекций» можно было спокойно говорить о том, что Ньютон не знал хода лучей в призме, так как было известно, что ход лучей в призме, при разложении света, был показан им неправильно. Но чтобы он мог позволить себе такие ляпсусы , я бы никогда не поверил.
Этому тем более нельзя поверить, когда очевидно, что Ньютон знал, как световые лучи проходят через оптические линзы, и даже мог показать, каким образом возникают цветовые искажения.
Как подобное — профессионализм и невежество — может уживаться в одном и том же человеке?
При просмотре «Лекций» я обращал внимание в основном на описание экспериментов Ньютона. Мне было интересно, как он при проведении своих экспериментов мог не заметить то, что его видение хода лучей в призме неправильно. Я нашёл достаточно много мест, которые удивляли меня тем, что его понимание существа дела как бы разделяется на осознанное и неосознанное . Самые простые примеры этого я показываю здесь ниже.
1. На стр. 60 встречается следующая фраза: «Затем на расстоянии двадцати футов или больше от призмы лучи нужно принять на какую-нибудь бумагу...»
Эта фраза говорит о том, что Ньютон отлично знал , что вблизи от призмы радугу не увидишь .
Рис. 4. Ход лучей в призме по Ньютону
Но взгляните на рис. 4, который можно найти в любом учебнике физики. По нему радуга должна быть видна на экране не только вдали от призмы, но и в том случае, если экран расположить сразу за призмой. Разделение якобы уже имеет место. Радуга здесь, сразу за призмой, возможно и небольшая, но зато должна быть очень яркой . Ньютон же советует отойти на «двадцать футов или больше от призмы». Это более 6 метров!
Рис. 5. Никто так сильно не искажает реальность, как художник, стремящийся к достоверному изображению события
Посмотрите на рис. 5. Хотя это только картины художников, но и на них радуга видна только вдали от призмы. Судя по приведённой выше фразе, Ньютон в подсознании отлично знал, что схема по рис. 4 неправильная . В непосредственной близости от призмы никакой радуги не увидишь! Но явно он этого нигде не высказал — даже самому себе. Ведь это противоречило бы его «открытию»!
Не кажется ли вам, что в этом проявляется своего рода раздвоение личности ?
Рис. 6. «Разложение» лучей света происходит только на выходе из призмы. Буквами r и v
помечены крайние световые лучи в разложении, красные и фиолетовые.
А теперь взгляните на рис. 6, где показан действительный ход лучей света в призме [3]. Из него явно следует, что разделение всех лучей, идущих от призмы, будет иметь место только на некотором расстоянии. Вблизи от призмы разложения соседних входящих лучей перемешаются.
2. Далее, на стр. 61 «Лекций» находится фиг. 21, во всём идентичная расположенному здесь ниже рисунку 7, с тем отличием, что я пририсовал пластинку 1, которую удобно мысленно перемещать по поверхности призмы и перегораживать цветные лучи — один за другим.
Рис. 7. Разложение света по Ньютону Здесь w означает белый, r – красный, а v – фиолетовый лучи
(для простоты рисунка промежуточные цвета радужного спектра не показаны).
Ньютон мог бы перемещать пластинку 1 по поверхности призмы и попытаться отделить одну часть цветных лучей от других, что он позже сделал в более сложно поставленном опыте. Но по рис. 7 проделать это было бы гораздо проще. Увидев, что на самом деле это не получается, он бы понял, что ход лучей на этом рисунке неправильный. Но он этого простого способа разделения цветных лучей на части не заметил, и его ошибка осталась незамеченной.
Мне показалось, что Ньютон при проведении экспериментов видел перед собой всегда только свою непосредственную цель, но схемы хода лучей в призме по рис. 4 у него в голове никогда не было .
3. На стр. 149 находим следующее: «Ибо на опыте получается, что преломления второй призмы одинаковы, ставится ли она вблизи первой призмы, прежде чем свет, пропускаемый ею, разойдётся в цвета , или вдали за первой призмой, где свет выходит окрашенным ».
Из этой фразы снова следует, что Ньютон знал , что сразу за призмой свет ещё не разделён , но вдали он уже может быть окрашенным. Этим он снова утверждает, что схема по рис. 4 неправильна. Но и здесь это знание выражается подсознательно, без связи с ходом лучей по рис. 4 ?
Ход лучей по рис. 4, похоже, находится у него где-то на какой-то запылённой полке, поэтому во время проведения экспериментов он никогда не может ею воспользоваться.
4. На стр. 182 встречается фраза: «Пусть ABC (Fig. 84) есть призма, которая принимает лучи, проходящие в тёмное помещение, через отверстие F, шириною в один дюйм. .. »
Можете ли вы пучок света шириной в один дюйм (2,54 см) назвать узким лучом?
Ньютон (подспудно? подсознательно?) отлично знает , что такой пучок вполне приемлем. Да, он приемлем — для рис. 6. Но этого никак нельзя сказать в отношении схемы по рис. 4 или же по рис.1. По логике этих рисунков все цвета окажутся перемешанными.
Противоречит это и словам акад. Вавилова о Ньютоне : «...он разбирает причину необходимости узкого отверстия для получения спектра, опираясь на опыты …». (Точное место этой цитаты будет указано ниже).
Кстати, как при необходимости узкого отверстия можно объяснить появление радуги на небе, ведь там ширина потока света, падающего на дождевую каплю, также ничем не ограничена?.. Декарт, изучая возникновение радуги на модели дождевой капли, тоже не ограничивал ширину потока солнечного света.
Но всех этих противоречий «правоверная» оптика по Ньютону не замечает. Неззя!
5. На стр. 186 находим фразу: «Пусть EFG (фиг. 87, стр. 187) есть оконный ставень, пробуравленный в F , а снаружи поставлена призма ABC , перехватывающая свет солнца, входящий в отверстие F , и преломляющая его к f ». Свет на фиг. 87 показан проходящим через всю входную поверхность призмы , т. е. по теории Ньютона разложение не могло бы возникнуть, т. к. луч, входящий в призму, не является узким. Кроме того, через отверстие F проходит только небольшая часть света, преломленного призмой. Эта часть проходит в средней части поверхности полностью освещённой призмы и должна быть белой. Эта часть потока белого света уже прошла призму и находится уже за ней. Но радуга от неё всё-таки возникает. Это подтверждает, что преобразованный свет каждой цветности возникает в каждой точке выходной поверхности призмы — в соответствии с рис. 6. Но никак не в соответствии с рис. 4. Но оба эти противоречия со схемой по рис. 4 Ньютон опять не заметил! Только и остаётся снова повторить, что Ньютон в подсознании правильно представляет поведение света, но именно в подсознании . Несоответствие этого поведения с рис. 4 он осознанно нигде не замечает!
6. В соответствии с рисунком на фиг. 98, стр. 207 Ньютон пропустил (спроектировал) свет, уже прошедший через призму, через небольшое отверстие на экран. Этим он якобы добился того, что с помощью небольшой преграды H (стр. 208), манипулируя ею вблизи поверхности призмы, он может погасить, в частности, тот или иной цвет на экране. При этом он опять не замечает, что в соответствии с рис. 7, передвигая пластинку 1, также должно быть возможно погасить часть спектра — нечто подобное тому, что он делает здесь на фиг. 98 гораздо более сложным путём. К счастью для душевного спокойствия Ньютона! Иначе он бы понял, что ход лучей в призме совсем не такой, каким он его представляет, и его великое открытие (рис. 1) не соответствует действительности.
7. На стр. 269 [2] находится фраза акад. Вавилова, уже приведённая выше: «...он разбирает причину необходимости узкого отверстия для получения спектра, опираясь на опыты …». Сейчас, когда мы уже показали отсутствие подобной необходимости , слова Вавилова о том, что Ньютон делает это, «опираясь на опыты», могут показаться нам издёвкой. Вспомните хотя бы упомянутое выше «отверстие F, шириною в один дюйм. .. »! Но слова Вавилова одновременно подтверждают тот факт, что несоответствие реальности схемы хода лучей по рис. 4 до сих по не замечено официальной наукой . Ошибка тиражируется в миллионах, если не в миллиардах, повторений во всех учебниках.
Я не хочу в чём-либо убеждать читателя, пусть читатель сам делает свои окончательные выводы. Но можем ли мы после сказанного выше быть безоговорочно убеждены в том, что Ньютон не только всегда очень точно проводил свои опыты, но и всегда очень точно их обдумывал , принимая во внимание все возможные обстоятельства?
Почему Ньютон в подсознании правильно оценивает ход лучей, но не может связать это в своей голове с ошибочной схемой хода лучей в призме? Мне невольно вспоминается сообщение Вавилова [4] о том, что Ньютон несколько лет страдал психическим расстройством , мешавшем ему общаться со своими знакомыми. Быть может, в гораздо меньшей мере, он страдал им всегда? Вспомним его нежелание критики его научных сообщений. Оно привело к тому, что он несколько десятилетий не публиковал свою «Оптику» и ждал «благоприятного момента» — смерти Гука. В книге [5], которая, как и все, восхваляет Ньютона, тем не менее, находится фраза «...пропажу рукописей Роберта Гука связывают с именем председателя ЛКО Исаака Ньютона». Но пропали, как известно, не только рукописи Гука, пропал и его портрет.
Я не хочу давать никаких медицинских оценок психике Ньютона, но чтение его «Лекций по оптике» вынуждает о многом задуматься.
Исследователи 17-го и последующих веков хотели постичь сущность света и метались между корпускулами и волной. Ньютон в своих исканиях находил преимущества то одного, то другого видения проблемы. Но своей ошибкой в определении хода лучей в призме он не уменьшил шансов ни того, ни другого взгляда на сущность света.
Никто не видел того, что призма могла бы помочь отказаться и от того и от другого взгляда. Оптики отдавали предпочтение тонким линзам из-за меньших искажений при изображении светящейся точки. По той же причине они стремились остаться вблизи оси симметрии линз. Призма не позволяла ни того, ни другого. В каком-то смысле она была приближением к половине сечения очень толстой линзы. К половине! О какой симметрии тут вообще можно было говорить?
Поэтому оптики до сих пор не смогли поладить с призмой в смысле определения хода лучей при разложении света.
Разложение света - это то, что меньше всего нужно оптику. Но это красивое явление природы, нашедшее выражение в радуге, и потому известно всем. Его стремились объяснить во все времена. Другое всем известное явление — преломление света на границе двух сред, ставшее благодаря Снелю довольно точным «инструментом» оптики. Декарт, изучив преломление и отражение света в модели капли воды, сумел объяснить радугу. Изучение преломления света в линзах продвинуло вперёд оптику.
Но обнаружение противоречий хода лучей в призме с практическими наблюдениями [3] и попытка их теоретического объяснения привела к тому, что в призме должны иметь место два явления — преломление лучей на первой границе перехода, и преобразование света — на второй границе [1]. Но если эти два явления имеют место в призме, то они должны иметь место и в линзах? Ведь каждая линза мысленно представляет из себя набор большого числа колец, сечения которых своего рода призмы. В этом суть линзы Френеля.
В линзах преобразование света на втором переходе очень мало выражено, и потому его отличие от простого преломления пока не было замечено. В призме же это отличие оказалось решающим, без него нельзя объяснить действительный ход лучей (рис. 6) в призме.
При определении коэффициента преломления исходят из правильности рис. 1 Ньютона, по которому солнечные лучи представляют собой набор монохроматических (одноцветных) лучей. Но эксперимент [3], приведший к непротиворечивому ходу лучей в призме (рис. 6), показывает, что это не так. Но, так как всё определялось исходя из справедливости рис. 1, то и всё остальное оказалось сплошным каскадом ошибок.
Главной ошибкой Ньютона было его убеждение в том, что почти все науки являются науками математическими. Именно это помешало ему взглянуть на призму глазами физика. Нельзя отрицать, что во многих науках возможно применение математики. Но это не означает, что эти науки должны идти на поводу у математики и всё видеть её глазами. Как раз наоборот. Физика (или любая другая наука) только тогда будет физикой, если будет применять математику как вспомогательное средство. Когда физическая сущность рассматриваемой проблемы ещё не выяснена, математика бессильна и может только завести в тупик.
Все достижения человечества произошли и происходят на основе наблюдательности .
Архимед выскочил из ванны не с криком «Вычислил!», а с криком «Нашёл!»(Эврика!) Он догадался (заметил), что лодка должна весить ровно столько, сколько весит вытесненная ею вода.
Не математика привела Коперника к его открытию, а осознание того, что геоцентрическая система ошибочна.
Не математика привела к тому, что Кеплер понял, что окружность не может быть траекторией планеты, а осознание того, что эта форма траектории приводит к систематической ошибке в наблюдениях.
Не математика привела к открытию закона тяготения, а осознание того, что планета не может улететь от Солнца только вследствие того, что она постоянно притягивается Солнцем [6].
А если все эти идеи доказывали с помощью вычислений, с помощью математики, то это не причина, а следствие. Вычислять проще, чем проводить эксперимент. Эксперимент не всегда возможен.
«Впервые основные положения гелиоцентрической системы мира - в которой Земля вращается вокруг собственной оси и вокруг Солнца - Коперник изложил в 1515 г. в сочинении под названием "Малый комментарий" [5]. То есть, он мог воспользоваться глобусом и свечой и многое доказать хотя и на основе модели, но экспериментально. Но он потратил после этого ещё почти 30 лет и всё доказал математически. Доказать закон тяготения можно было обычным вращением гайки на бечёвке. Гайка не может улететь, потому что бечёвка держит её и тянет в сторону центра вращения. Чем не доказательство того, что планеты должны притягиваться Солнцем? К математике пришлось обратиться только по той причине, что по чьей-то идее «для верности» хотели получить траекторию именно в форме эллипса, форму, найденную незадолго до этого Кеплером. Вот тогда это точно доказательство!
Математики, перепутав причину и следствие, приписали все эти достижения человеческого разума величию своей науки. Ньютона сделали недосягаемым и непререкаемым. Представляете, как бы выглядел Ньютон, если бы он доказал закон о всемирном тяготении при помощи вращения гайки на бечёвке длиной в 2-3 фута? Назвал бы его кто-нибудь великим? Но он написал целую книгу и доказал не закон о всемирном тяготении , а то, что под действием центральной силы планета будет двигаться по эллипсу, то, что ранее было найдено Кеплером путём вычисления траектории Марса. Всё остальное стало делом рекламы. Из человека сделали сверхчеловека.
Узнал бы мир о маятнике Фуко, если бы он показал его у себя на кухне с маятником в виде гирьки и на подвеске длиной в 30 см.? Нет, но он заказал огромный полированный шар весом не менее 100 кг., сделал подвеску длиной в 30 метров и стал показывать его в соборах (рис. 8). Это уже стало событием.
Рис. 8
Результатом ошибки Ньютона в своих «Лекциях» явился всем нам известный ход лучей в призме (рис. 4), знакомый нам «с младых ногтей» и опубликованный в бесчисленных учебниках и популярных изложениях преломления лучей в призме.
Он вошёл в науку как безусловно правильный и имел очень большие отрицательные последствия, отразившиеся даже на нашем восприятии вселенной [7].
Ньютон, как и все, был только человеком и мог сделать ошибку. Это понятно. Труднее поверить в то, что за 3 с лишним века эту ошибку никто не заметил. А заметить противоречия, связанные с ходом лучей по рис. 4, было очень легко [3]. Остаётся «конспирологическая» идея о том, что это кому-то нежелательно. Возможно, как раз тем, кто уже целый век ежедневно публикует очередные подтверждения СТО и ОТО?
Ошибки «великих неприкасаемых» надо начинать исправлять, если мы не хотим вскоре снова оказаться в религиозном «тёмном» средневековье. Ни смартфоны, ни яркое освещение спасти от этого не могут.