Глаз и Солнце [заметки]

Шрифт

Интервал

Печатается по изданию: Слюсарев Г. Г. Геометрическая оптика. М.; Л., 1946.

Гало (галосы) – яркие круги вокруг источника света.

Аберрация – погрешность изображения, даваемая оптическими системами.

Дисперсия (разложение) света – зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны.

Перевод В. А. Жуковского.

При более внимательном наблюдении обнаруживается и третье качество, называемое насыщенностью. Мы видим, например, рядом две одинаково яркие поверхности, обе красные, но утверждаем, что цвет одной более чистый, насыщенный, другой белесоватый, как бы разбавленный белым цветом. Примесь «белого» и служит мерой ненасыщенности.

Если Солнце и Луну фотографировать на горизонте и в зените, они оказываются одного и того же размера и тут и там.

Люкс – освещенность, получаемая от одной свечи на расстоянии в один метр.

Цветная фотография правильно передает впечатление только «дневного» глаза. При слабом свете, например ночью при Луне, для нас окраска предметов становится существенно иной вследствие того, что кривая сумеречного зрения сдвинута в сторону коротких волн, и, кроме того, потому, что цветные восприятия при сумеречном зрении исчезают. Самая Луна кажется нам, например, светящейся зеленоватым светом, между тем распределение энергии в спектре лунного света почти то же, что и у Солнца. Если при помощи очень светосильной фотографической камеры снять обычными методами цветную фотографию с пейзажа, освещенного Луной, то мы, вероятно, получим обычную картину с привычной денной раскраской, между тем действительная зрительная картина совсем иная.

Самый простой спектроскоп можно было бы построить так. Нарисуем на белой бумаге радужный спектр красками, которые рассеивают только очень узкий участок длин волн, поглощая все остальное. Заметим, что приготовить такие краски очень трудно. Если осветить нарисованную указанным образом радужную полосу, например светом ртутной лампы, то мы увидим на бумаге грубое изображение ртутного спектра. Желтая линия ртути будет рассеиваться только желтым участком нарисованной полосы, зеленая – зеленым, синяя – синим и т. д. Свет ртути разложится на спектр. Подобный спектроскоп, конечно, всегда будет очень грубым; его преимущество в том, что не требуется никаких щелей и призм. Вместо нарисованного спектра, конечно, можно приготовить набор узких прозрачных окрашенных пленок, составляющих вместе спектр. Свет от источника, пущенный через такой спектральный набор пленок, будет давать на экране грубый спектр.

Печатается по изданию: Декарт Р. Рассуждение о методе с приложениями. Диоптрика, Метеоры, Геометрия / Пер. Г. Г. Слюсарева, А. П. Юшкевича. М., 1953.

Печатается по изданию: Гюйгенс Х. Трактат о свете / Пер. Н. Фредерикс; под ред. В. К. Фредерикса. М.; Л., 1935.

Имеется в виду атмосфера.

Печатается по изданию: Ньютон И. Оптика, или Трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света / Пер. С примеч. С. И. Вавилова. М.; Л., 1927.

Определение светового луча у Ньютона очень своеобразно. Опуская чисто геометрическую характеристику (ср. Определение II текста), Ньютон определяет световой луч как минимальное действующее количество света. В неявной форме с самого начала проводится корпускулярная точка зрения. – Примеч. перев.

Понятие «отражаемости» лучей, основывающееся на явлении полного внутреннего отражения, по существу совпадает с понятием «преломляемости». – Примеч. перев.

Этот метод установки призмы на угол наименьшего отклонения сохранился и в современной спектроскопии. – Примеч. перев.

Печатается по изданию: Беркли Дж. Сочинения / Пер. А. Ф. Грязнова. М., 1978.

Обман зрения (лат.).

Печатается по изданию: Френель О. Ж. О свете. Мемуар / Пер. под ред. В. К. Фредерикса. М.; Л., 1928.

Декарт (1596–1650) полагал, что распространение света представляет собой как бы мгновенное распространение давления, подобное распространению давления в жидкостях. Декарт пытался обосновать свои рассуждения с помощью астрономических соображений; подробная критика его доказательства и доказательство ошибочности его выводов были сделаны Гюйгенсом. Цвета Декарт рассматривает как аналогию музыкальным тонам. Гюйгенс (1629–1695) в своем классическом сочинении «Трактат о свете», резюмирующем его главные труды по оптике, исходя из волновой теории остроумно доказывал прямолинейное распространение света и законы преломления отражения в изотропных телах и в кристаллах. Эйлер (1707–1783) был одним из немногих, предпочитавших в восемнадцатом столетии волновую теорию перед общепризнанной в то время теорией истечения Ньютона. Эйлер был, по-видимому, первым, приписавшим происхождение цвета различным периодам световых колебаний, так как его предшественник Гюйгенс рассматривал световые волны скорее как отдельные импульсы, чем как правильно чередующиеся системы волн, приближаясь в этом отношении к Декарту. Т. Юнг своими опытными исследованиями может считаться предшественником Френеля; первый ввел в оптику принцип интерференции. – Примеч. перев.

В дальнейшем я буду называть блестящей полосой всякую полосу, заключенную между двумя смежными более темными полосами, как бы ни была мала при этом ее сила света.

Необходимо, чтобы на чечевицу попадали только те лучи, которые отразились от зеркала; лучи, падающие непосредственно, должны быть задиафрагмированы – в противном случае, при достаточно большом размере чечевицы, они смогут образовать вторую светящуюся точку, которая осложнит действие первой точки.

Для того чтобы хорошо видеть полосы, необходимо, чтобы фокус сводимых лупой лучей попадал на середину зрачка глаза; для этого лупа помещается на таком расстоянии от глаза, чтобы вся ее поверхность казалась освещенной, когда она не находится в тени непрозрачного тела; затем, сохраняя относительные положения лупы и глаза, нужно перемещать их по направлению к тени, возле которой желают наблюдать полосы.

Если лупа находится на расстоянии от тела, как раз равном фокусному расстоянию, то края тела, находясь в самом фокусе, т. е. в положении хорошей видимости, резко ограничены и полос не видно; но полосы сейчас же появляются, как только немного удалиться от этого положения. Они появляются также, если приблизиться к телу, переходя через фокус. Явления эти легко объясняются, но мы не будем входить в слишком подробные детали.

Для того чтобы хорошо различать эти цвета, нужно сделать полосы достаточно широкими; это достигается сближением обоих изображений светящейся точки.

Кроме лучей, правильно отраженных зеркалами, всегда находятся и такие, которые искривляются их краями и которые увеличивают таким образом пространство, общее обоим световым полям. Лучи, правильно отраженные одним из зеркал, интерферируя с лучами, искривленными краем другого, могут также образовать полосы, если разность пройденных ими путей достаточно мала; но своей кривой формой и направлением, которое больше не будет перпендикулярно к прямой, соединяющей оба изображения светящейся точки, эти полосы в общем отличаются от полос, полученных интерференцией правильно отраженных лучей.

Край тени в такой степени сливается с полосой первого порядка, что оказывается невозможным с помощью глаза судить о том, где находится граница геометрической тени, к которой во всех моих вычислениях я относил положение блестящих и темных полос различных порядков. Поэтому я определял ее положение не непосредственно, но с помощью очень простого вычисления, которое сейчас укажу. Экран, которым я пользуюсь, представляет собою металлическую нить или цилиндр, достаточно толстый для того, чтобы на самом большом расстоянии, при котором я наблюдаю внешние полосы, последние не могли бы подвергнуться заметному изменению под действием отклоненных лучей, которые могли бы попасть с противоположной стороны цилиндра или нити; я убеждался в этом, наклеивая с одной стороны на часть цилиндра маленький кусок картона, чтобы таким образом один его край оставался свободным, и рассматривая, не произведет ли это расширение экрана некоторого изменения в положении внешних полос и будут ли они совпадать с продолжением тех полос, которые соответствуют части цилиндра без экрана. После этого, если я желаю, например, знать, как в настоящем опыте, положение самой темной точки полосы третьего порядка по отношению к краю геометрической тени, то я должен измерить промежуток, заключенный между самыми темными точками обеих полос третьего порядка, расположенных с каждой стороны тени. Мы видим, что достаточно затем вычесть отсюда ширину геометрической тени и разделить остаток на два, чтобы получить расстояние каждой из этих минимальных точек темной полосы третьего порядка от края геометрической тени. Но если тщательно измерить диаметр применяемого цилиндра, если знать его расстояние от светящейся точки и от места, где наблюдаются полосы, то будет нетрудно вычислить ширину геометрической тени в том же самом месте. Для этого достаточно установить следующую пропорцию: расстояние светящейся точки от цилиндра относится к диаметру цилиндра так же, как расстояние светящейся точки от нити микрометра относится к четвертому члену пропорции, который как раз и представляет собой искомую ширину геометрической тени. Диаметр этих цилиндров я измеряю с помощью очень простого маленького инструмента, похожего на потяг сапожника, нониус которого мне сразу дает пятидесятые доли миллиметра и позволяет приблизительно определить сотые. Чаще всего, вместо того, чтобы применять цилиндры, я непосредственно пользовался этим инструментом; я раздвигал обе маленькие пластинки, расстояние между которыми мне указывал нониус, причем заботился о том, чтобы этот промежуток был достаточно велик для того, чтобы внешние полосы, произведенные одной из пластинок, не смешивались с полосами другой. Измерив затем расстояние, например, между двумя полосами третьего порядка, я вычитал из него ширину проекции отверстия между пластинками (которую я вычислял так же, как геометрическую тень в предшествующем способе): разделив остаток на два, я получал расстояние края геометрической тени каждой пластинки от темной полосы третьего порядка.

Я называю таким образом проекцию, получающуюся с помощью прямых линий, исходящих из светящейся точки и касательных к краям отверстия.

По крайней мере, если не наблюдать полосы слишком близко к экрану, или если поверхность, которой касаются лучи, не будет поверхностью слишком большого плоского зеркала.

Я предполагаю, что колебания этой площадки имеют достаточно малую амплитуду по отношению к длине d для того, чтобы можно было пренебречь ее небольшими перемещениями при вычислении расстояний, на которые распространились последовательные импульсы, сообщенные площадкой жидкости. Эта гипотеза имеет свои хорошие основания, так как естественно предполагать, что даже самые большие колебания раскаленных частиц чрезвычайно малы по отношению к длине световой волны, которая, хотя и очень мала, но все же заметная величина и может быть измерена. Кроме того, если даже и нельзя будет пренебречь амплитудой этих колебаний по сравнению с длиной волны, то достаточно будет рассмотреть достаточно удаленную от центра возмущения волну для того, чтобы иметь право считать расстояние, начиная от этого центра, пренебрегая при этом небольшими передвижениями колеблющейся частицы.

Не следует смешивать эту абсолютную скорость молекул жидкости со скоростью распространения возмущения. Первая меняется при изменении амплитуды колебания, вторая же, представляющая собою только быстроту, с которой движение передается от одного слоя к другому, не зависит от интенсивности колебаний. По этой причине слабый звук передается по воздуху с такой же быстротой, как и сильный, и наименее интенсивный свет распространяется с такой же быстротой, как и наиболее яркий. Когда говорят о скорости света, то под этим всегда подразумевают скорость распространения. Так, когда говорят, что свет пробегает семьдесят тысяч лье в секунду, то по волновой теории это не означает, что такова абсолютная скорость эфирных молекул, но это означает, что движение, сообщенное эфиру, нуждается только в одной секунде, чтобы перейти от данного слоя к другому слою, отдаленному от первого на семьдесят тысяч лье.

Черные тела и даже наиболее блестящие металлические поверхности далеко не полностью отражают падающий на них свет; тела не вполне прозрачные и даже самые прозрачные, если только их толщина достаточно велика, также поглощают (я пользуюсь общепринятым выражением) заметное количество падающего света; но отсюда не следует заключать, что принцип сохранения живых сил более не приложим к этим явлениям; наоборот, из наиболее вероятного представления, которое можно себе создать о механической природе тел, следует, что сумма живых сил всегда должна оставаться одной и той же (до тех пор, пока ускоряющие силы, стремящиеся вернуть молекулы в их положение равновесия, не изменились в интенсивности) и что то количество живых сил, которое исчезает как свет, воспроизводится как теплота.

Под этим подразумевают обыкновенно ширину волны, когда говорят о волнах, распространяющихся на поверхности жидкости. Но я подразумеваю здесь под длиной волны промежуток, заключенный между первой и последней из точек, возмущенных в жидкости одним полным колебанием колеблющейся частицы.

Очевидно, что это рассуждение применимо только к системам, состоящим из волн одной и той же длины; в самом деле, если бы волны одной были длинней, чем волны другой, то, как бы эта разность ни была мала, относительное положение их уже не могло бы быть одним и тем же по всему протяжению обеих групп волн, и в то время как противоположность между первыми волнами была бы почти полной, для последующих она была бы уже не полной, а еще несколько далее между ними оказалась бы даже согласованность в движении; отсюда произошло бы чередование слабых и сильных колебаний, подобное биениям, которые можно слышать при созвучии двух мало отличающихся друг от друга нот; но эти чередования слабого и сильного света следуют друг за другом с такой огромной быстротой, что вызываемое ими в глазу ощущение будет непрерывно.

Мы всегда предполагаем, что обе системы волн имеют одинаковую интенсивность; если бы колебания одной из них были менее энергичны, чем колебания другой, то они не могли бы более вполне их уничтожить. Скорости колебания одной из них по-прежнему должны были бы вычитаться из скоростей другой, так как они толкают молекулы эфира в разные стороны; но остатки не были бы больше равны нулю и давали бы только равнодействующие скорости более маленькие, чем те, которые имеются в самом интенсивном пучке света. Таким образом, и в этом случае с прибавлением второго пучка света света бы стало меньше, но это уменьшение будет тем менее заметно, чем слабее будет второй пучок по отношению к первому.

Я называю волновой поверхностью поверхность, все точки которой в один и тот же момент времени оказываются возмущенными одинаковым образом. Если рассматривать ее, например, в начале, в середине или в конце волны, то это будет поверхность, в которой колебательное движение равно нулю; если взять ее в середине первой или второй половины волны, то это будет поверхность, на всем протяжении которой абсолютные скорости эфирных молекул достигают своего максимума.

Если цветные кольца, получающиеся при интерференции двух почти параллельных систем волн, показывают, как и полосы, и часто даже на весьма узком протяжении, попеременно темные и светлые полосы, то это зависит исключительно от того, что воздушный слой, находящийся между двумя соприкасающимися стеклами, не имеет повсюду одной и той же толщины, а это меняет разность хода лучей, отраженных от первой и второй поверхности воздушного слоя и дающих взаимной интерференцией темные и блестящие кольца.

Принцип Гюйгенса в той формулировке, которая ему была дана Френелем, еще не может считаться вполне строгим. Если точно следовать Френелю, то две вещи остаются необъясненными. Прежде всего остается неразъясненным, почему отсутствует так называемая «обратная» волна. Если взять какое-нибудь одно из положений, скажем, сферической волны, и каждую ее точку рассматривать как новый центр колебаний, то остается невыясненным, почему элементарные волны, бегущие назад к центру волны, не могут дать вторичной волны, бегущей по тому же направлению. Объяснения Френеля страдают некоторой неясностью. В свое время это слабое место теории Френеля привело к чрезвычайно интересной полемике между ним и Пуассоном. Второе слабое место теории заключается в том, что она, давая правильное значение для амплитуды или интенсивности беспрепятственно распространяющегося света, дает неправильное значение для его фазы, которое отличается по его теории от истинного на π/2. Вполне строгая формулировка принципа Гюйгенса была дана лишь значительно позднее Кирхгофом. – Примеч. перев.

Обратно, с помощью того же самого опыта и с чрезвычайно большой точностью можно определить толщину тонкой пластинки, сделанной из вещества, показатель преломления которого известен; для этого ее надо поместить на пути одного из двух световых пучков перпендикулярно к его направлению и измерить смещение полос.

Я беру длину волны желтых лучей, так как они самые блестящие в спектре и так как по этой причине их темные и блестящие полосы совпадают с наименее освещенными и наиболее блестящими точками полос, которые получаются с белым светом; белым же светом при такого рода опытах пользуются обыкновенно как вследствие его большого блеска, так и вследствие того, что он более резко выделяет центральную полосу, в положении которой существенно не ошибаться.

Печатается по изданию: Гёте И. В. Избранные сочинения по естествознанию / Пер. И. И. Канаева. М., 1957.

Если знаешь что-либо правильнее этого, смело берись за него; если же нет, то пользуйся этим вместе со мной (Гораций) (лат.).

Истинно ли наше дело или ложно, так или иначе, мы будем защищать его всю жизнь. После нашей смерти дети, которые сейчас играют, будут нашими судьями (Карл Линней) (лат.).

Будь несолнечен наш глаз —

Кто бы солнцем любовался?

Не живи дух Божий в нас —

Кто б божественным пленялся? (нем.) (Перевод В. А. Жуковского.)

Colores adventicii (лат.) – случайные цвета; imaginarii (итал.) – воображаемые; phantastici (итал.) – фантастические; couleurs accidentelles (франц.) – случайные цвета; vitia fugitiva (лат.) – мимолетные недостатки; ocular spectra (лат.) – глазные призраки.

«Несомненно, что или причина картины находится в ретине, или причина распространения лучей заключается в духовном впечатлении» (Против Вителлиана Паралипомены, с. 220) (лат.).

Слепота на синий цвет.

Он полагал, что тон его разговора с мадам изменился с тех пор, как мебель ее кабинета стала другого цвета: кармазинового вместо синего (франц.). (Кармазиновый цвет – ярко-красный с лиловатым оттенком.)

Букв.: «глуп в кармазиновом», «зол в кармазиновом» (франц.).

Геркуланские картины – фрески, украшавшие стены домов в римском городе Геркулануме, погибшем при извержении Везувия в 79 г. н. э. Альдобрандиниева свадьба – античные фрески, найденные в Риме в 1606 г. и перевезенные на виллу кардинала Альдобрандини.

Многие пройдут, и умножится наука (Френсис Бэкон)(лат.).