(Lētticamais Ņūtons jeb kā gaismu noārda prizma)
Nav cilvēku, kas būtu lētticīgāki, mazāk vērīgi un ar sliktāku atmiņu nekā (lieliskie) fiziķi smaida. Kad Galilejs sāka eksperimentāli pētīt mehānikas likumus, pamatojoties uz saviem eksperimentiem, viņam nācās apgriezt daudzus lielo seno grieķu uzskatus. Bet nedomājiet, ka tas mūsdienās vairs nav iespējams. Lielie kļūdījās un turpina kļūdīties. Un nesen kaltās Galilejas kļūdās tieši tur, kur tās ir vismazāk gaidītas.
Daži aizmirstie fakti
Jaunais Ņūtons savulaik esot novērojis saules staru sadalīšanos ar prizmu. To darot, viņš izmantoja starus, kas krita caur jumta spraugu. Kopš tā laika visi ir pārliecinājušies, ka sadalīšanos var iegūt tikai ar šauru gaismas staru palīdzību. Jebkurš fizikas profesors to jums apstiprinās. Miljoniem cilvēku, ieskaitot profesorus, brīvā laikā ir novērojuši gaismas sadalīšanos, izmantojot parastu zivju tvertni, kur nav paredzēts gaismas kūļa platuma ierobežojums, bet tomēr parādās lieliska "varavīksne". Protams, neviens nepamana, ka tas ir pretrunā ar mācību grāmatām.
Ņūtons, kā jūs zināt, bija gaismas korpuskulārās teorijas atbalstītājs (korpuss krievu valodā ir daļiņa). Viņa teorijā bija daži trūkumi, un kāds Huigenss (Kristians, 1629-1695) pagriezienā viņu apsteidza, gaismai piedēvējot viļņu īpašības.
Pēc Ņūtona un Huigensa domām, gaismai vajadzēja sadalīties tieši prizmas iekšienē, kas nozīmē, ka saulainā dienā seklā jūras ūdenī ar viegliem ūdens viļņiem jāievēro ja ne varavīksnes, tad vismaz krāsainu svītru apakšā. Gaismas koncentrācijas svītras patiešām tiek novērotas, bet baltas, nevis krāsainas.
Kad viņi demonstrē gaismas sadalīšanos ar prizmu, visi demonstranti zina, ka varavīksnes joslu var iegūt tikai kādā attālumā no prizmas, tās tuvumā gaismas josla vidū ir balta, tikai tās malas ir krāsainas. Tas ir pretrunā ar teoriju, taču neviens šo pretrunu nepamana.
Reklāmas video:
Stari nedod ēnu?
90. gadu sākumā topošajam monogrāfijas "Risinājums mūžīgajām dabas noslēpumiem" (Johann Kern. Risinājums mūžīgajām dabas noslēpumiem, Sanktpēterburga, Politehniskās universitātes izdevniecība, 2010, [email protected]) autovadītājam gadījās no akvārija ieraudzīt varavīksnes sloksni (varavīksni). Nezināmu iemeslu dēļ viņš vēlējās noteikt ieplūstošās gaismas joslas platumu, aiz akvārija izveidojot varavīksnes joslu. Viņš apbruņojās ar lineālu un ķērās pie darba. Ļoti ātri viņš pamanīja, ka valdnieks "kaut kā" ietekmē varavīksni. Bet viņš nevarēja noteikt lineāla malas stāvokli, kas atbilst vienai vai otrai gaismas joslas robežai, kas veido varavīksni. Viņam tas bija nedaudz neizpratnē, bet pēc kāda laika viņš nolēma atrast varavīksnes joslas robežas, kas iziet no akvārija. Atkal neveiksme. Viņš atkal redzēja, ka valdnieks "kaut kā" ietekmē varavīksni, bet nedefinē nevienu,neviena cita izveidojušās joslas robeža nevarēja. Zemapziņā viņš lieliski saprata, ka tam "nevajadzētu būt", bet "bija". Lineāls, kas uzklāts uz akvārija virsmas, varavīksnes joslas zonā nedeva ēnu.
Ejot pēdās vai sekojot Galileo piemēram
Stūrgalvība viņu mudināja uzbūvēt īpašu trīsstūrveida "akvāriju" vai trīsstūrveida ūdens prizmu, un viņš sāka veikt vienu atklājumu pēc otra. Pirmkārt, viņš pārliecinājās, ka stara platums patiešām nav jāierobežo, un ieguva lielisku varavīksni no stariem, kas nokrita uz visas ūdens prizmas sienas. Tad viņš sāka piedzīvot tieši šauros saules starus un atklāja, ka ūdens prizmas iekšpusē gaisma nesadalās. Kā sietu, uz kura nokrita stari, viņš izmantoja šauru, baltas krāsas plastmasas plāksni, kuru varēja pārvietot visā ūdens prizmas tilpumā. Gaisma prizmas iekšienē bija tikai balta. Tas jau liecināja, ka Ņūtona un Huigensa teorijas ir kļūdainas. Bet viņš baidījās to pateikt pat sev. Iespējams, viņš pats pārliecināja, ka visa būtība ir tāda, ka tas viss viņam šķiet tikaiun ka krāsainās svītras nav redzamas no ārpuses, jo gaisma no tām, izejot no ūdens, kaut kā atkal savācas un kļūst balta? Bet viņš uz akvārija sienām vietā, kur nokrita stari, pārmaiņus no iekšpuses un ārpuses ielīmēja baltas papīra sloksnes un pārliecinājās, ka tās paliek baltas.
Tas bija ziņkārīgi. Bet vissvarīgākais, ar ko viņš sāka, kāpēc viņš nevarēja atrast ne ieplūstošās gaismas joslas robežu, ne izejošās varavīksnes robežu, viņš nevarēja saprast. Tas prasīja vismaz 10 gadus, kuru laikā viņš vairākkārt redzēja varavīksni, ko izveidoja parasts taisnstūrveida akvārijs. Viņš jau sen bija aizmirsis par optiskajiem eksperimentiem ar trīsstūrveida akvāriju, kas ilgu laiku skapī savāca putekļus, un tad viena siena ieplaisāja un tika izmesta. Bet nē, nē, saulainā dienā viņš tuvināja lineālu vai zīmuli tuvāk akvārija sienai un katru reizi pārliecinājās, ka tie "nedod ēnu", bet "vajadzētu". Risinājums (iemesla skaidrojums) nenāca.
Tagad viņš par to ir tikai pārsteigts. Viņš lieliski zināja, ka gaisma prizmas iekšienē nesadalās. Un viņš zināja, ka gaisma, pārvarējusi prizmu, izrādās sadalījusies varavīksnes krāsās. Kāds bija secinājums no tā? Vienīgais: gaisma sadalās pie izejas no prizmas. Bet viņš neizdarīja šo secinājumu. Es to nedarīju pat tad, kad, no akvārija skatoties uz saules pusi varavīksnē, es redzēju zaļas, sarkanas, zilas adatas, kas plunčājas no viena punkta. Protams, viņš, vienkārši mirstīgais, ir piedodams. Lielais Galilejs, kurš savu pirmo likumu pārzināja labāk nekā jebkurš cits un uzskatīja, ka Zeme pārvietojas ap Sauli, arī nenojauta par (universālās) gravitācijas klātbūtni. Bet viens izriet no otra - bez starpposma secinājumiem. Bija jādomā tikai par to, ka Zeme nez kāpēc pārvietojas ap Sauli. Pamatojoties uz viņa Pirmo likumu, no tā izrietēja, ka uz Zemi no Saules virziena jādarbojas noteiktam spēkam. Šis likums bija jāatrod viņam, Galileo. Bet viņš par to nezināja.
Jaunas zināšanas un jauna mīkla
Kad Johans Kerns bija pabeidzis sagatavoties grāmatas krievu valodas versijas "Risinājums mūžīgajām dabas noslēpumiem" publicēšanai, viņš pēkšņi uzausa. Jā, viņš pats nezina, kas viņu pamudināja izlemt. Atliek tikai teikt, ka tas nāca pats no sevis. Secinājums, ko varēja un vajadzēja izdarīt pirms vairāk nekā desmit gadiem, pats par sevi pēkšņi parādījās bez iemesla. Viņš pēkšņi saprata, ka gaisma sadalās tieši tad, kad tā atstāj prizmu, un tā sadalās katrā izejas virsmas punktā. Katrā izejas virsmas punktā rodas atšķirīgi krāsaini stari. Un tāpēc tie nedod ēnu no objekta, kas piemērots staru izejas virsmai. Un tāpēc tie nedod ēnu no priekšmeta, kas piemērots saules staru ieejas virsmai.
To var skaidri izskaidrot šādi. 300 gadu laikā staru ceļš prizmā ir attēlots, kā parādīts šajā attēlā:
Šeit w apzīmē balto, r - sarkano un v violeto staru (vienkāršības labad varavīksnes spektra starpkrāsas nav parādītas).
Ja staru ceļš patiešām būtu tāds, kā parādīts attēlā, tad ar 1. plāksnes palīdzību pārvietotos pa prizmas plakni, būtu iespējams pārklāties ar daļu no varavīksnes spektra un novērot tikai daļu no tās krāsām. Tomēr ikviens var pārbaudīt, vai tas nedarbojas. Pārvietojot 1. plāksni, varavīksnes krāsu var padarīt tikai izbalējušāku (vai pilnībā nodzēst), taču nav iespējams panākt, ka dažas spektra krāsas pazūd.
Pamatojoties uz šo vienkāršo eksperimentu, mēs varam secināt, ka staru ceļš patiesībā ir šāds:
Baltie stari prismā paliek balti, bet sarkanie, oranžie, dzeltenie, zaļie, zilie, zilie un violetie stari parādās katrā prizmas pretējās plaknes punktā un katrs no tiem savā leņķī (tikai sarkans r un violets v stari, stari ar mazākajiem un lielākajiem novirzes leņķiem). Tā rezultātā ar 1. plāksnes palīdzību varavīksnes krāsas var padarīt vājākas, jūs varat nodzēst visu varavīksni, bet jūs nevarat atsevišķi nodzēst nevienu no varavīksnes krāsām. Un nav iespējams iegūt ēnu no pārvietojamās plāksnes malas 1. Un tas viss ir saistīts tikai ar to, ka visas varavīksnes krāsas dzimst katrā ārējās "izejas" plaknes punktā.
Ja dažādu krāsu staru ātrums gaisā būtu atšķirīgs, tad varētu izskaidrot līdzīgu staru ceļu. Bet mēs zinām, ka visu gaismas staru ātrums gaisā ir vienāds. Tāpēc šāds staru ceļš ir pretrunā visām esošajām gaismas teorijām. Gaisma nav ne vilnis, ne korpusi (daļiņas). Pilnīgi neatkarīgi no tā, ka ir daudz pierādījumu tam, ka gaismai piemīt viļņu īpašības, iepriekš izdarīto secinājumu, ka gaisma nav nedz vilnis, nedz arī korpuss, joprojām nevar mainīt.
Matemātikā bieži tiek minēti vienskaitļi, t.i. īpaši vai savdabīgi punkti. Visa prizmas izejas virsma ir līdzīgu vienskaitļu punktu kolekcija. Tajos notiek kaut kas tāds, kas noved pie gaismas sadalīšanās krāsu komponentos. Šis process ir jauns noslēpums, kas mums "tiek pasniegts" pretī atrastajām precīzākajām zināšanām par to, kā notiek gaismas sadalīšanās ar prizmas palīdzību, par zināšanām par to, kā objekts, kas bloķē gaismas starus, nevar dot ēnu.
Šis jaunais staru ceļa attēlojums caur prizmu lieliski iederējās grāmatas nosaukumā, un tam skaidri vajadzēja dekorēt tā eksperimentālo daļu. Tāpēc grāmatas drukāšana tika pārtraukta, un iepriekš minētās atvēršanas apraksts tika iekļauts tajā kā pielikums.
Staru ceļa pilnveidošanai prizmā vajadzētu būt precīzākam refrakcijas indeksa noteikšanai un līdz ar to precīzākam optisko instrumentu aprēķinam.
Johans Kerns. [email protected]