Расплетая радугу: наука, заблуждения и тяга к чудесам - [18]

Красота, которая там есть для Вас, также доступна и для меня. Но я вижу более глубокую красоту, которая не столь легко доступна для других. Я могу видеть сложные взаимосвязи цветка. Цвет цветка красный. Означает ли факт наличия у растения цвета, что он эволюционировал, чтобы привлечь насекомых? Это добавляет следующий вопрос. Могут ли видеть насекомые цвет? Есть ли у них эстетический вкус? И так далее. Я не вижу, как изучение цветка сколько-нибудь умаляет его красоту. Оно только добавляет.

из «Памяти Ричарда Феинмана», The Skeptical Inquirer (1988).

Разложение Ньютоном радуги на свет с различными длинами волн привел к теории электромагнетизма Максвелла и отсюда к специальной теории относительности Эйнштейна. Если вы думаете, что у радуги есть поэтическая тайна, вы должны попробовать теорию относительности. Сам Эйнштейн открыто делал эстетические оценки в науке и, возможно, зашел слишком далеко. «Самая красивая вещь, с которой мы можем столкнуться, — сказал он, — это загадочное. Оно — источник всего настоящего искусства и науки.» Сэр Артур Эддингтон, собственные научные труды которого были отмечены за поэтический талант, использовал солнечное затмение 1919 года, чтобы проверить Общую Теорию Относительности, и возвратился с острова Принсипи, чтобы объявить, по выражению Банеша Хоффманна, что в Германии живет самый великий ученый столетия. Я читал эти слова с комом в горле, но сам Эйнштейн отнесся весьма спокойно. В случае любого другого результата он «сожалел бы за [ошибку] дорогого Господа. [Поскольку] Теория верна.»

Исаак Ньютон создал личную радугу в темной комнате. Маленькое отверстие в ставне пропускало солнечный луч. На его пути он поместил свою знаменитую призму, которая преломляла (изгибала) солнечный луч на угол, первый раз, когда тот проникал в стекло, затем снова, когда он проходил через дальнюю грань снова в воздух. Когда свет падал на дальнюю стену комнаты Ньютона, цвета спектра ясно отображались. Ньютон был не первым, кто сделал искусственную радугу призмой, но он был первым, кто использовать ее, чтобы продемонстрировать, что белый свет является смесью различных цветов. Призма разделяет их, изгибая на различные углы, синий на более крутой угол, чем красный; зеленый, желтый и оранжевый — на промежуточные углы. Другие, понятное дело, думали, что призма изменяла качество света, безусловно подкрашивая его вместо того, чтобы выделить цвета из существующей смеси. Ньютон окончательно решил вопрос в двух экспериментах, в которых свет проходил через вторую призму. В своей решающем эксперименте за первой призмой он поместил разрез, который позволил проходить только маленькой части спектра, скажем, красной. Когда этот красный свет снова преломлялся второй призмой, появлялся только красный свет. Это показывало, что свет качественно не изменялся призмой, а просто разделялся на компоненты, которые обычно смешаны. В своем другом итоговом эксперименте Ньютон переворачивал вторую призму вверх тормашками. Спектральные цвета, которые были разделены первой призмой, сводились снова вместе второй. То, что получалось, было воссозданным белым светом.

Самый легкий способ понять спектр — через волновую теорию света. Особенность волн в том, что ничто фактически не проходит весь путь от источника до конечного пункта. Такое движение локальное и мелкомасштабное. Локальное движение вызывает движение в следующем локальном участке, и так далее на всем протяжении линии, как знаменитая волна на футбольном стадионе. Первоначальная волновая теория света, в свою очередь, была заменена квантовой теорией, согласно которой свет передается в виде потока дискретных фотонов. Физики под моим нажимом признают, что поток фотонов течет от солнца так, как не путешествуют футбольные болельщики с одного конца стадиона в другой. Однако остроумные эксперименты в этом веке показали, что даже в квантовой теории фотоны также все таки ведут себя и как волны. Для многих задач, включая нашу в этой главе, мы можем забыть квантовую теорию и рассматривать свет просто как волны, распространяющиеся от источника света, как рябь на воде, когда брошен камень. Но волны света движутся несравнимо быстрее и распространяются в трех измерениях. Расплетать радугу означает разделять ее на составные части с различными длинами волн.

Белый свет — смешанная комбинация длин волн, визуальная какофония. Белые объекты отражают свет всех длин волн, но, в отличие от зеркал, они при этом рассеивают его беспорядочно. Поэтому Вы видите свет, но не ваше лицо, отраженное от белой стены. Черные объекты поглощают свет всех длин волн. Цветные объекты, из-за атомного строения своих пигментов или поверхностных слоев, поглощают свет некоторых длин волн и отражают другие длины волн. Оконное стекло позволяет свету всех длин волн проходить сквозь него. Цветное стекло пропускает свет некоторых длин волн, поглощая свет других длин волн.

Что же такого в преломляющем свойстве стеклянной призмы или, при надлежащих условиях, капле дождя, что расщепляет белый свет на отдельные цвета? И вообще, почему лучи света преломляются стеклом и водой? Преломление происходит из-за замедления света, когда он переходит из воздуха в стекло (или воду). Он ускоряется снова, когда выходит из стекла. Как это может быть, учитывая авторитетное мнение Эйнштейна, что скорость света является великой физической константой вселенной, и ничто не может двигаться быстрее? Ответ в том, что легендарная предельная скорость света, выражаемая символом c, достигается только в вакууме. Когда свет распространяется через прозрачное вещество, такое как стекло или вода, он замедляется фактором, известным как «коэффициент преломления» этого вещества. Он замедляется также воздухом, но в меньшей мере.