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LE PRINCIPALI SCOPERTE SCIENTIFICHE
Spettro di luce. Storia ed essenza della scoperta scientifica
Elenco / Le scoperte scientifiche più importanti Cartesio già nel 1629 scoprì il percorso dei raggi in un prisma e in vetri di varie forme. Ha anche inventato meccanismi per la lucidatura del vetro. Il professore scozzese Gregory costruì un modello di un telescopio notevole per l'epoca, basato sulla teoria degli specchi concavi. Così, anche allora, l'ottica pratica aveva raggiunto un notevole grado di perfezione ed era una delle scienze che più occupavano il mondo scientifico di allora. Nel 1666 quando Newton iniziato la ricerca ottica, la teoria della rifrazione è avanzata molto poco dai tempi di Cartesio. C'erano teorie e concetti molto incoerenti sui colori dell'arcobaleno e sui colori dei corpi: quasi tutti gli scienziati di quel tempo si limitavano ad affermare che questo o quel colore rappresenta o una "mescolanza di luce con l'oscurità" o una combinazione di altri colori. Inutile dire che un fatto così ovvio come la colorazione iridescente, osservata quando gli oggetti vengono visti attraverso un prisma o attraverso un povero vetro ottico, era fin troppo noto a tutti coloro che si occupano di ottica. Ma tutti erano fermamente convinti che tutti i tipi di raggi, quando passano attraverso un prisma o una lente d'ingrandimento, vengono rifratti esattamente allo stesso modo. La colorazione e i bordi iridescenti erano attribuiti esclusivamente alla ruvidità della superficie del prisma o del vetro. All'inizio, Newton ha lavorato duramente per lucidare lenti d'ingrandimento e specchi. Queste opere lo introdussero empiricamente alle leggi fondamentali della riflessione e della rifrazione, con le quali era già teoricamente familiare dai trattati di Cartesio e Giacomo Gregorio. Newton inizia una serie di esperimenti, che in seguito il grande scienziato stesso descrisse in dettaglio nei suoi scritti. "All'inizio del 1666, cioè quando ero impegnato a molatura di vetri ottici non sferici, ho tirato fuori un prisma triangolare di vetro e ho deciso di usarlo per testare il famoso fenomeno dei colori. A tal fine ho oscurato la mia stanza e ho praticato un piccolo foro nelle persiane in modo che un sottile raggio di sole potesse attraversarlo.Ho posizionato un prisma all'ingresso della luce in modo che potesse essere rifratto alla parete opposta.In primo luogo, la vista del i colori accesi e vibranti che ne risultavano mi divertivano, ma dopo un po', costringendomi a guardarli più da vicino, rimasi sorpreso dalla loro forma allungata, secondo le note leggi della rifrazione, mi sarei aspettato che fossero rotondi. ai lati, i colori erano limitati a linee rette, e alle estremità lo sbiadimento della luce era così graduale che era difficile determinare esattamente quale fosse la loro forma, sembrava addirittura semicircolare. Confrontando la lunghezza di questo spettro di colori con la sua larghezza, ho scoperto che è circa cinque volte più grande. La sproporzione era così insolita da suscitare in me più della solita curiosità, il desiderio di scoprire quale potesse essere la sua causa. È improbabile che il diverso spessore del vetro o il confine tra luce e oscurità possano causare un tale effetto luminoso. E ho deciso in un primo momento di studiare proprio queste circostanze e ho provato cosa sarebbe successo se la luce fosse stata fatta passare attraverso vetri di diverso spessore, o attraverso fori di diverse dimensioni, o quando fosse stato installato un prisma all'esterno, in modo che la luce potesse essere rifratta prima che fosse stretto dal buco. . Ma ho scoperto che nessuna di queste circostanze è significativa. Lo schema dei colori in tutti i casi era lo stesso. Poi ho pensato: potrebbero essere delle imperfezioni del vetro o altri imprevisti il motivo dell'espansione dei colori? Per verificare ciò, presi un altro prisma, simile al primo, e lo posizionai in modo tale che la luce, passando per entrambi i prismi, potesse essere rifratta in modi opposti, con il secondo prisma che riportava la luce nella direzione da cui la prima l'ha deviato. E così, pensavo, gli effetti ordinari del primo prisma sarebbero stati distrutti dall'altro, e quelli insoliti sarebbero stati accresciuti dalle rifrazioni multiple. Risultò, tuttavia, che il raggio diffuso in una forma allungata dal primo prisma veniva portato in tondo dal secondo prisma così chiaramente come se non fosse passato attraverso nulla. Pertanto, qualunque sia la causa dell'allungamento, non è dovuto ad irregolarità casuali. Successivamente sono passato a una considerazione più pratica di ciò che potrebbe produrre la differenza nell'angolo di incidenza dei raggi provenienti da diverse parti del sole. E dall'esperienza e dai calcoli mi è apparso evidente che la differenza negli angoli di incidenza dei raggi provenienti da diverse parti del Sole non può causare, dopo la loro intersezione, una divergenza di un angolo notevolmente maggiore di quello a cui prima convergevano , ma il valore di questo angolo non è superiore a 31 32 minuti; perciò si deve trovare un'altra ragione che potrebbe spiegare l'apparenza di un angolo di due gradi quarantanove minuti. Allora cominciai a sospettare se i raggi, dopo averli passati attraverso il prisma, fossero curvilinei, e se, secondo la loro maggiore o minore curvilinearità, non tendessero a parti diverse della parete. Il mio sospetto si acuì quando ricordai di aver visto spesso una pallina da tennis che, quando colpita obliquamente con una racchetta, descriveva una linea curva simile. Per la palla viene informato in questo caso sia il movimento circolare che quello traslatorio. Il lato della palla in cui i due movimenti concordano deve spingere e spingere l'aria circostante con più forza dell'altro lato, e quindi susciterà proporzionalmente più resistenza e reazione dell'aria. E proprio per questo, se i raggi di luce fossero corpi sferici (ipotesi di Cartesio) e, quando si spostano obliquamente da un mezzo all'altro, acquisirebbero un moto circolare, dovrebbero subire una maggiore resistenza dall'etere che li lava da tutti i lati da quel lato. , dove i movimenti sono coerenti e si piegherebbero gradualmente dall'altro lato. Tuttavia, nonostante tutta la plausibilità di questa ipotesi, non ho osservato alcuna curvatura dei raggi durante la verifica. Ed inoltre (cosa sufficiente al mio scopo), osservai che la differenza tra la lunghezza dell'immagine e il diametro del foro attraverso il quale passava la luce era proporzionale alla distanza tra loro. Eliminando gradualmente questi sospetti, giunsi finalmente all'experimentum crucis, che era questo: presi due assi e ne piazzai una direttamente dietro il prisma della finestra, in modo che la luce potesse seguire attraverso un piccolo foro praticato in essa per questo scopo e cadere sull'altra tavola, che ho posto a una distanza di circa 12 piedi, e in essa fu anche fatto un buco in modo che un po' della luce potesse attraversarla. Posi poi un altro prisma dietro questa seconda tavola, in modo che la luce, passata attraverso ambedue queste tavole, potesse seguire attraverso il prisma, venendovi nuovamente rifratta prima che colpisse il muro. Fatto ciò, presi in mano il primo prisma e lo girai lentamente avanti e indietro, all'incirca attorno all'asse, in modo che diverse parti dell'immagine che cadevano sulla seconda tavola potessero passare successivamente attraverso il foro in essa presente, e potevo osservare dove il muro è stato lanciato raggi secondo prisma. E vidi, mutando questi luoghi, che la luce che tendeva a quell'estremità dell'immagine, a cui avveniva la massima rifrazione dal primo prisma, sperimentava una rifrazione molto maggiore nel secondo prisma che la luce diretta all'altra estremità. E così si scoprì il vero motivo della lunghezza di questa immagine, che non può essere altro che il fatto che la luce è costituita da raggi di diversa rifrazione, i quali, indipendentemente dalla differenza nel loro verificarsi, cadono su parti diverse della parete secondo con i loro gradi di rifrazione…” Vari "sospetti" infondati - come Newton chiamava le sue ipotesi - lo portarono infine all'idea di fare il seguente esperimento. Come all'inizio della sua analisi isolò dal sole un sottile raggio di raggi bianchi, così ora gli venne in mente l'idea di isolare una parte dei raggi rifratti. Questo è stato il secondo e più importante passo nell'analisi dello spettro. Notando che nella sua esperienza la parte viola dello spettro era sempre in alto, blu in basso, e così via fino al rosso in basso, Newton cercò di isolare i raggi di un colore e studiarli separatamente. Prendendo una tavola con un foro molto piccolo, Newton la applicò alla superficie del prisma che si affaccia sullo schermo e, premendola contro il prisma, la mosse su e giù, e senza difficoltà ottenne l'isolamento del monocolore, per esempio , solo rossi, raggi che passavano attraverso un piccolo foro in una tavola. Un nuovo raggio ancora più sottile di raggi rossi puri è stato oggetto di ulteriori indagini. Passando raggi rossi attraverso il secondo prisma. Newton vide che erano stati rifratti di nuovo, ma questa volta tutto era quasi uguale. Newton pensava addirittura che fosse esattamente lo stesso, cioè considerava i raggi monocolore completamente omogenei. Dopo aver ripetuto l'esperimento sul giallo, sul viola e su tutti gli altri raggi, ha finalmente compreso la caratteristica principale che distingue l'uno o l'altro dei raggi dai raggi di un altro colore. Attraversando lo stesso prisma ora solo raggi rossi, ora solo raggi viola, e così via, si convinse infine che la luce bianca consiste di raggi di diversa rifrazione e che il grado di rifrazione è strettamente correlato alla qualità dei raggi, cioè alla il loro colore. Si è scoperto che i raggi rossi sono i meno rifratti e così via fino al più rifratto: il viola. Newton formulò le conclusioni della più grande scoperta come segue: "1. Proprio come i raggi di luce differiscono nel loro grado di rifrazione, così differiscono anche nella loro tendenza a esibire un particolare colore o un altro. I colori non sono qualità della luce risultanti da rifrazioni o riflessi nei corpi naturali (come solitamente considerati), ma l'essenza è qualità naturali e innate, diverse in diversi raggi ... 2. Lo stesso grado di rifrazione corrisponde sempre allo stesso colore e lo stesso colore corrisponde sempre allo stesso grado di rifrazione. E il nesso tra colori e rifrazione è molto preciso e chiaro: i raggi o concordano esattamente in entrambi gli aspetti, o non concordano proporzionalmente in essi. 3. I modelli di colore e il grado di deviazione inerente a ogni particolare tipo di raggi non sono cambiati dalla rifrazione o dalla riflessione dei corpi naturali, né da qualsiasi altra causa che potrei osservare. "Le teorie di Newton resero possibile lo sviluppo della fisica come scienza esatta", scrive Vladimir Kartsev nel suo libro, "cominciò ad avvicinarsi sempre di più alla matematica e ad allontanarsi sempre di più dalla filosofia. Fu prima che la pubblicazione fosse approvata nel Royal Società, da ascoltare e discutere lì. Ciò accadde l'8 febbraio 1672 ... ... È stato il primo articolo scientifico di Newton. L'insolita risonanza che ha ricevuto un'opera così piccola, la sua enorme influenza sul destino di Newton e sul destino della scienza nel suo insieme, costringono i nostri contemporanei a prestare maggiore attenzione al nuovo che ha portato nel mondo della ricerca scientifica. Questo articolo segna l'avvento di una nuova scienza: la scienza del nuovo tempo, una scienza libera da ipotesi infondate, basata solo su fatti sperimentali fermamente stabiliti e su ragionamenti logici ad essi strettamente correlati. Ora, alla fine del XNUMX° secolo, è difficile apprezzare il sensazionalismo e l'insolito di questo piccolo articolo di Newton. Ma le menti più profonde del diciassettesimo secolo discernerono rapidamente in una piccola lettera "idee pazze", portando alla fine a un'esplosione di idee consolidate e abituali, che, a loro volta, solo di recente hanno trionfato sulla metafisica aristotelica. La scoperta della diversa rifrazione dei raggi è servita come punto di partenza per una serie di scoperte scientifiche. L'ulteriore sviluppo dell'idea di Newton ha portato in tempi recenti alla scoperta della cosiddetta analisi spettrale. Autore: Samin D.K.
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