КНИГА III
Глава I. О причине ЦВЕТОВ, присущих СВЕТУ.
После того как мы рассмотрели математические начала натуральной философии Исаака Ньютона и то, как он использовал их для объяснения системы мира и т. д., ход моего изложения направляет нас к другому его философскому труду — трактату «Оптика». В нем мы обнаружим, что неподражаемый гений нашего великого автора проявился не менее ярко, чем в предыдущем сочинении; быть может, даже более, поскольку эта работа дает столько же примеров его исключительной силы рассуждения и безграничной изобретательности, хотя они в значительной мере и не подкреплены теми правилами и общими предписаниями, которые облегчают открытие математических теорем. И все же эта работа не уступает другой по своей полезности; ибо, как та открыла нам один великий принцип природы, благодаря которому поддерживаются небесные движения и сохраняется устройство каждого небесного тела, так и эта указывает нам на другой, не менее универсальный принцип, от которого зависят все те процессы в мельчайших частицах материи, ради которых и воздвигнуто более грандиозное здание Вселенной; ведь все те необъятные шары, которыми наполнены небеса, без сомнения, предназначены лишь как удобные обители для осуществления более благородных действий природы в растительной и животной жизни. Одно это соображение дает исчерпывающее доказательство превосходства выбора нашего автора, посвятившего себя тщательному изучению взаимодействия света и тел, столь необходимого во всем многообразии этих явлений, что ни одно из них не может успешно протекать без участия тепла в той или иной степени.
Правда, наш автор не сделал столь полного открытия принципа, вызывающего это взаимное действие света и тел, как он это сделал в отношении силы, удерживающей планеты на их орбитах: тем не менее он подвел нас к самому порогу этого открытия и столь ясно указал путь, которому необходимо следовать, чтобы достичь его, что можно смело сказать: когда человечество будет благословлено этим приращением знаний, оно будет выведено столь непосредственно из принципов, изложенных нашим автором в этой книге, что львиная доля похвалы, причитающейся за это открытие, будет принадлежать ему.
Говоря о прогрессе, достигнутом нашим автором, я отчетливо выделю три предмета, первые два из которых относятся к цветам естественных тел: ибо в первом разделе будет показано, как эти цвета происходят из свойств самого света, а во втором — от каких свойств тел они зависят; третий же раздел моего рассуждения будет посвящен действию тел на свет при его преломлении, отражении и изгибании.
Первое из них, которое составит предмет настоящей главы, содержится в одном этом положении: прямой солнечный свет не является однородным в отношении цвета и не предрасположен в каждой своей части вызывать представление о белизне, которое возникает от всего света в целом; напротив, он представляет собой совокупность различных видов лучей, один сорт которых, взятый отдельно, дал бы ощущение красного, другой — оранжевого, третий — желтого, четвертый — зеленого, пятый — светло-синего, шестой — индиго, а седьмой — фиолетово-пурпурного; что все эти лучи вместе, благодаря смешению своих ощущений, запечатлевают в органе зрения чувство белизны, хотя каждый луч всегда оставляет там свой собственный цвет; и вся разница между цветами тел при наблюдении их при дневном свете проистекает из того, что цветные тела отражают не все виды падающих на них лучей в равном количестве, а некоторые сорта гораздо обильнее других; при этом тело кажется того цвета, из которого свет, исходящий от него, состоит в наибольшей степени.
То, что свет солнца является сложным, как было сказано, доказывается его преломлением с помощью призмы. Под призмой я здесь подразумеваю стекло или другое тело треугольной формы, подобное изображенному на рис. 121. Но прежде чем мы перейдем к иллюстрации только что сформулированного положения, необходимо потратить несколько слов на объяснение того, что подразумевается под преломлением света; поскольку цель нашего нынешнего труда — дать некоторое представление о предмете, которым мы занимаемся, тем, кто не сведущ в математике.
Хорошо известно, что когда луч света, проходящий через воздух, падает косо на поверхность любого прозрачного тела, скажем, воды или стекла, и входит в него, луч не будет продолжать движение в этом теле по той же линии, которую он описывал в воздухе, но отклонится от поверхности так, что после прохождения через нее будет менее наклонен к ней, чем прежде. Пусть A B C D (на рис. 122) представляет собой часть воды или стекла, A B — его поверхность, на которую косо падает луч света E F; этот луч не пойдет прямо по курсу, очерченному линией F G, но отклонится от поверхности A B в линию F H, менее наклоненную к поверхности A B, чем линия E F, по которой луч падает на эту поверхность.
С другой стороны, когда свет выходит из любого такого тела в воздух, он преломляется в обратную сторону, становясь после выхода более наклонным к поверхности, через которую он проходит, чем прежде. Таким образом, луч F H, когда он выходит из поверхности C D, будет повернут вверх к этой поверхности, выходя в воздух по линии H I.
Это отклонение света от своего пути при прохождении из одного прозрачного тела в другое называется его преломлением. Оба этих случая можно проверить простым экспериментом с тазом и водой. Для первого случая поставьте пустой таз на солнце или рядом со свечой, сделав отметку на дне на краю тени, отбрасываемой краем таза; затем, налив в таз воду, вы заметите, что тень сократится и оставит дно таза освещенным на значительном расстоянии от отметки. Пусть A B C (на рис. 123) обозначает пустой таз, E A D — свет, падающий поверх его края, так что вся часть A B D находится в тени. Затем, когда отметка сделана в D, если в таз налить воду (как на рис. 124) до уровня F G, вы заметите, что свет, который раньше доходил до D, теперь не доходит до отметки D, падая на дно в точке H и оставляя отметку D далеко внутри освещенной части; это показывает, что луч E A, когда он входит в воду в точке I, больше не идет прямо вперед, но в этом месте искривляется и направляется ближе к перпендикуляру. Другой случай можно проверить, положив какой-нибудь небольшой предмет в пустой таз, расположенный ниже вашего глаза, а затем отходя от таза до тех пор, пока вы едва не перестанете видеть предмет поверх края. После этого, если наполнить таз водой, вы сразу заметите, что предмет снова стал виден, даже если вы отойдете от таза еще дальше. Пусть A B C (на рис. 125) обозначает таз, как и прежде, D — предмет в нем, E — положение вашего глаза, когда предмет виден едва поверх края A, пока таз пуст. Если его затем наполнить водой, вы заметите, что предмет по-прежнему виден, даже если вы отодвинете глаз дальше. Предположим, вы видите предмет в этом случае едва поверх края A, когда ваш глаз находится в F; очевидно, что лучи света, которые идут от предмета к вашему глазу, не прошли прямо, но преломились в точке A, повернув вниз и став более наклоненными к поверхности воды между A и вашим глазом в F, чем они были между A и предметом D.
Мы надеемся, что этого достаточно, чтобы все наши читатели поняли, что имеют в виду авторы по оптике, когда упоминают преломление света или говорят о преломлении лучей света. Поэтому теперь мы перейдем к доказательству утверждения, выдвинутого в вышеупомянутом положении относительно различных видов цветов, которые прямой солнечный свет представляет нашему чувству: что можно сделать следующим образом.
Если затемнить комнату и позволить солнцу светить в нее через небольшое отверстие в ставне окна, и направить свет непосредственно на стеклянную призму, то пучок света при прохождении через такую призму разделится на лучи, которые демонстрируют все вышеупомянутые цвета. Таким образом, если A B (на рис. 126) представляет собой оконную ставню; C — отверстие в ней; D E F — призму; Z Y — пучок света, идущий от солнца, который проходит через отверстие и падает на призму в точке Y, и если бы призма была убрана, он пошел бы дальше к X, но при входе в поверхность B F стекла он отклонится, как было объяснено, на путь Y W, падая на вторую поверхность призмы D F в точке W, выходя из которой в воздух, он снова преломится еще сильнее. Пусть теперь свет, после того как он прошел через призму, будет принят на лист бумаги, удерживаемый на надлежащем расстоянии, и он нарисует на бумаге картину, изображение или спектр L M продолговатой формы, длина которого значительно превышает ширину; хотя фигура не будет овальной, концы L и M будут полукруглыми, а стороны прямыми. Но теперь эта фигура будет расцвечена цветами следующим образом. От края M на некоторую длину, скажем, до линии n o, он будет интенсивно красным; от n o до p q он будет оранжевым; от p q до r s он будет желтым; оттуда до t u он будет зеленым; оттуда до w x — синим; оттуда до y z — индиго; и оттуда до конца — фиолетовым.
Таким образом, оказывается, что белый солнечный свет при прохождении через призму изменяется настолько, что теперь разделяется на лучи, которые демонстрируют все эти различные цвета. Вопрос в том, обладали ли лучи, находясь в солнечном пучке до этого преломления, этими свойствами раздельно; так что некоторая часть этого пучка без остальных дала бы красный цвет, а другая часть отдельно — оранжевый и т. д. Что это возможно, видно из того, что если поместить выпуклое стекло между бумагой и призмой, которое может собрать все лучи, выходящие из призмы, в свой фокус, подобно тому как зажигательное стекло собирает прямые солнечные лучи; и если этот фокус упадет на бумагу, пятно, образованное таким стеклом на бумаге, будет казаться белым, точно так же, как прямой солнечный свет.
Оставляя остальное как прежде, пусть P Q (на рис. 127) будет выпуклым стеклом, заставляющим лучи встретиться на бумаге H G I K в точке N; я утверждаю, что эта точка, или, вернее, пятно света, будет казаться белым, без малейшего оттенка какого-либо цвета. Но очевидно, что в это пятно теперь собраны все те лучи, которые раньше, будучи разделенными, давали все эти различные цвета; это показывает, что белизна может быть создана путем смешения этих цветов: особенно если мы учтем, что можно доказать, что стекло P Q не изменяет цвет лучей, проходящих через него. Это делается так: если приблизить бумагу к стеклу P Q, цвета проявятся настолько, насколько позволит величина спектра, который принимает бумага. Предположим, она находится в положении h g i k и принимает спектр l m; этот спектр будет гораздо меньше, чем если бы стекло P Q было убрано, и поэтому цвета не могут быть так сильно разделены; но все же край m будет явно казаться красным, а другой край l — синим; и эти цвета, так же как и промежуточные, будут проявляться тем совершеннее, чем дальше бумага удалена от N, то есть чем больше спектр: то же самое происходит, если бумагу удалить от P Q дальше, чем N. Предположим, в положении θ γ η ϰ спектр λ μ, нарисованный на ней, снова обнаружит свои цвета, и тем отчетливее, чем дальше удалена бумага, но только в обратном порядке: ибо, как и прежде, когда бумага была ближе к выпуклому стеклу, чем в N, верхняя часть изображения была синей, а нижняя — красной; теперь верхняя часть будет красной, а нижняя — синей: потому что лучи пересекаются в N.
Более того, что белизна в фокусе N создается соединением цветов, можно доказать, не удаляя бумагу из фокуса, путем перехвата какой-либо непрозрачной частью тела части света вблизи стекла; ибо если нижняя часть, то есть красные, или, точнее, краснородящие лучи, как их называет наш автор, перехвачены, пятно приобретет голубоватый оттенок; и если будет отсечено больше нижних лучей, так что ни краснородящие, ни оранжевородящие лучи, и, если угодно, желтородящие лучи также не будут падать на пятно; тогда пятно будет все больше и больше склоняться к оставшимся цветам. Точно так же, если вы отсечете верхнюю часть лучей, то есть фиолетовые или индиго-родящие лучи, пятно станет красноватым и будет становиться таковым все больше, чем больше этих противоположных цветов будет перехвачено.
Это, я думаю, исчерпывающе доказывает, что белизна может быть получена путем смешения всех цветов спектра. По крайней мере, есть только один способ уклониться от данных аргументов, а именно утверждая, что лучи света после прохождения через призму не обладают различными свойствами для проявления того или иного цвета, а являются в этом отношении совершенно однородными, так что лучи, которые проходят к нижней и красной части изображения, ни в каких свойствах не отличаются от тех, которые идут к верхней и фиолетовой его части; но что цвета спектра создаются только некоторыми новыми модификациями лучей, возникающими при их падении на бумагу из-за различных границ света и тени: если, конечно, этому утверждению можно отвести какое-либо место после всего сказанного; ибо оно, по-видимому, достаточно опровергается последней частью предыдущего эксперимента, согласно которой при перехвате нижней части света, исходящего от призмы, белое пятно приобретает голубоватый оттенок, а при остановке верхней части пятно становится красным, и в обоих случаях восстанавливает свой цвет, когда перехваченному свету снова позволяют пройти; хотя во всех этих испытаниях существует одинаковая граница света и тени. Однако наш автор придумал несколько экспериментов специально для того, чтобы показать абсурдность этого предположения; все из которых он объяснил и расширил столь отчетливым и выразительным образом, что было бы совершенно излишне повторять их в этом месте. Я упомяну лишь тот из них, который можно попробовать в эксперименте перед нами. Если вы нарисуете на бумаге H G I K и через пятно N прямую линию w x, параллельную горизонту, а затем, если бумагу сильно наклонить в положение r s v t, при этом линия w x останется параллельной горизонту, пятно N потеряет свою белизну и приобретет синий оттенок; но если ее наклонить так же сильно в противоположную сторону, то же самое пятно обменяет свой белый цвет на красноватый оттенок. Все это никогда не может быть объяснено никакой разницей в границе света и тени, которой здесь вовсе нет; но легко объясняется предположением, что верхняя часть лучей, всякий раз, когда они входят в глаз, предрасположена давать ощущение темных цветов — синего, индиго и фиолетового; а нижняя часть приспособлена производить яркие цвета — желтый, оранжевый и красный: ибо когда бумага находится в положении r s t u, ясно, что верхняя часть света падает на нее более прямо, чем нижняя часть, и поэтому эти лучи будут отражаться от нее наиболее обильно; и, преобладая в отраженном свете, заставят его склоняться к их цвету. Точно так же, когда бумага наклонена в противоположную сторону, она будет принимать нижние лучи наиболее прямо и поэтому окрасит свет, который она отражает, в их цвет.
Теперь предстоит доказать, что эти предрасположенности лучей света производить тот или иной цвет, которые проявляются после их преломления, не создаются никаким действием призмы на них, но изначально присущи этим лучам; и что призма лишь дает каждому виду повод проявить свое особое качество путем отделения их друг от друга, что прежде, пока они были смешаны в прямом пучке солнечного света, оставалось скрытым. Но что это так, будет доказано, если можно показать, что никакая призма не обладает никакой силой над лучами, которые после прохождения через одну призму становятся несложными и содержат в себе только один цвет, ни разделять этот цвет на несколько, как разделяется солнечный свет, ни даже изменять его на какой-либо другой цвет. Это будет доказано следующим экспериментом. Оставляя то же самое, что и в первом эксперименте, пусть другая призма N O (на рис. 128) будет помещена либо непосредственно, либо на некотором расстоянии после первой, в перпендикулярном положении, так что она будет преломлять лучи, выходящие из первой, вбок. Теперь, если бы эта призма могла разделять падающий на нее свет на цветные лучи, как это сделала первая, она разделила бы спектр по ширине на цвета, как прежде он был разделен по длине; но ничего подобного не наблюдается. Если L M был бы спектром, который первая призма D E F нарисовала бы на бумаге H G I K, то P Q, лежащий в наклонном положении, будет спектром, проецируемым второй, и будет разделен по длине на цвета, соответствующие цветам спектра L M, и вызванные, подобно им, преломлением первой призмы, но его ширина не получит такого разделения; напротив, каждый цвет будет однородным от края до края, настолько же, насколько в спектре L M, что доказывает все утверждение.
То же самое еще более подтверждается другим экспериментом. Наш автор учит, что цвета спектра L M в первом эксперименте все еще являются сложными, хотя и не в такой степени, как в прямом солнечном свете. Поэтому он показывает, как, помещая призму на расстоянии от отверстия и используя выпуклое стекло, разделить цвета спектра и сделать их несложными до любой степени точности. И он показывает, что когда это сделано достаточно, если вы сделаете небольшое отверстие в бумаге, на которую принимается спектр, через которое может пройти любой один сорт лучей, а затем позволите этому цветному лучу упасть на призму так, чтобы он преломился ею, он ни в коем случае не изменит свой цвет; но всегда будет сохранять его совершенно, как и вначале, как бы он ни преломлялся.
Но и эти цвета после их полного разделения не претерпят никаких изменений при отражении от тел разных цветов; с другой стороны, они заставляют все тела, помещенные в эти цвета, казаться того цвета, который падает на них: ибо сурик в красном свете будет казаться таким же, как при дневном свете; но в желтом свете будет казаться желтым; и, что более удивительно, в зеленом свете будет казаться зеленым, в синем — синим; а в фиолетово-пурпурном свете будет казаться пурпурного цвета; точно так же ярь-медянка или синяя краска примут вид того цвета, в который они помещены; так что ни синяя краска, помещенная в красный свет, не сможет придать этому свету ни малейшего синего оттенка, или какого-либо иного, отличного от красного; ни сурик в свете индиго или фиолетовом не проявит ни малейшего признака красного или какого-либо другого цвета, отличного от того, в который он помещен. Единственная разница в том, что каждое из этих тел кажется наиболее светящимся и ярким в том цвете, который соответствует тому, что оно проявляет при дневном свете, и тускнеет в цветах, наиболее удаленных от него; то есть, хотя сурик и синяя краска, помещенные в синий свет, оба будут казаться синими, все же синяя краска будет казаться ярко-синей, а сурик — тусклого и неясного синего цвета: но если сравнить сурик и синюю краску в красном свете, сурик даст живой красный цвет, а синяя краска — более тусклый, хотя того же вида.