«Шесть лекций о свете»

Fig. 27.

Fig. 28.

Мгновенное размышление покажет, что, если сказанное здесь верно, при помещении второй пластинки турмалина с осью, параллельной первой, свет пройдет сквозь обе; но если оси будут скрещены, то свет, прошедший через одну пластинку, будет погашен другой, результатом чего станет полное перехватывание света. Давайте проверим этот вывод экспериментом. Перед вами изображение пластинки турмалина (t t, рис. 27). Я помещаю параллельно ей другую пластинку (t' t'): зеленый цвет кристалла лишь немного углубляется, не более того; это согласуетcя с нашим выводом. С помощью бесконечного винта я теперь постепенно поворачиваю один из кристалликов и вы замечаете, что пока обе пластинки наклонены друг к другу, некоторая часть света проходит сквозь них; но когда они оказываются под прямым углом друг к другу, область, общая для обеих, представляет собой темное пространство (рис. 28). Таким образом, наш вывод, полученный до эксперимента, подтверждается.

Вернемся теперь к одной пластинке; и здесь позвольте мне заметить, что ваше внимание должно быть приковано к зеленому свету, пропускаемому турмалином. Нам нужно проиллюстрировать двусторонность этого зеленого света в противовес всесторонности обыкновенного света. Белый свет, окружающий зеленое изображение, будучи обыкновенным светом, отражается стеклянным плоским зеркалом во всех направлениях; зеленый свет, напротив, так не отражается. Изображение турмалина теперь горизонтально; при отражении вверх оно по-прежнему остается зеленым; при отражении вбок изображение становится черным из-за неспособности зеленого света отражаться в этом направлении. Сделав пластинку турмалина вертикальной и отразив ее, как и прежде, мы обнаружим, что гасится свет верхнего изображения; боковое же изображение теперь показывает зеленый цвет. Это результат величайшего значения. Если бы колебания света были продольными, подобно звуковым, вы не смогли бы наблюдать ничего подобного; и именно этот эффект заставляет нас предположить, что колебания являются поперечными. Представьте себе это явление отчетливо. В одном случае зеркало принимает, так сказать, удары краев волн, и тогда зеленый свет гасится. В другом случае стороны волн ударяют в зеркало, и зеленый свет отражается. Чтобы сделать угасание полным, свет должен падать на зеркало под особым углом. Каков этот угол, мы узнаем вскоре.

Свойство двусторонности, сообщаемое свету дважды преломляющими кристаллами, может быть придано ему и посредством обычного отражения. Малюс открыл это в 1808 году, глядя сквозь исландский шпат на солнечный свет, отраженный от окон Люксембургского дворца в Париже. Я направляю на пластинку оконного стекла пучок от нашей лампы; большая часть света, отраженного от стекла, поляризована. Колебания этого отраженного пучка совершаются главным образом параллельно поверхности стекла, и когда стекло удерживается так, что пучок составляет угол 58° с перпендикуляром к стеклу, весь отраженный пучок оказывается поляризованным. Именно под этим углом изображение турмалина полностью гасло в нашем предыдущем эксперименте. Он называется углом поляризации.

Сэр Дэвид Брюстер доказал, что угол поляризации среды — это тот особый угол, при котором преломленный и отраженный лучи образуют прямой угол. [17] Угол поляризации увеличивается с ростом показателя преломления. Для воды он составляет 52½°; для стекла, как уже было сказано, 58°; в то время как для алмаза — 68°.

А теперь давайте попытаемся в существенных чертах воспроизвести эксперимент Малюса. Пучок от лампы падает под надлежащим углом на стеклянную пластинку и отражается через шпат. Вместо двух изображений вы видите только одно. Таким образом, свет при поляризации, осуществленной теперь путем отражения, может пройти через шпат только в одном направлении и, следовательно, может дать только одно изображение. Почему так происходит? В исландском шпате, как и в турмалине, все колебания обыкновенного света сводятся к двум плоскостям, перпендикулярным друг другу; но, в отличие от турмалина, оба пучка пропускаются шпатом с одинаковой легкостью. Короче говоря, два пучка, выходящие из шпата, поляризованы, причем их направления колебаний перпендикулярны друг другу. Следовательно, когда свет сначала поляризуется отражением, то направление колебаний в шпате, которое совпадает с направлением колебаний поляризованного пучка, пропускает этот пучок, и только это направление. При данных условиях возможно поэтому лишь одно изображение.

Теперь вы заметите, что та логика, которая связывает наши эксперименты, есть не что иное, как слепок с логики природы. На экране перед вами находятся два диска света, полученные вследствие двойного преломления исландского шпата. Как вы знаете, это два изображения отверстия, через которое свет выходит из камеры. Поместив турмалин перед отверстием, мы получим также два изображения кристалла; но давайте теперь заранее рассудим, чего следует ожидать от этого эксперимента. Свет, выходящий из турмалина, поляризован. Если расположить кристалл горизонтально своей осью, то колебания пропускаемого им света будут горизонтальными. Но шпат, как уже говорилось, имеет два направления колебаний, одно из которых в данный момент вертикально, а другое — горизонтально. К какому выводу мы должны прийти? К тому, что зеленый свет будет передаваться вдоль последнего, которое параллельно оси турмалина, а не вдоль первого, которое перпендикулярно этой оси. Отсюда можно заключить, что одно изображение турмалина покажет обыкновенный зеленый свет кристалла, тогда как другое изображение будет черным. Проверенное экспериментом, наше рассуждение подтверждается до буквальности (рис. 29).

Fig. 29.

Fig. 30.

Продвинем нашу проверку еще дальше. С помощью бесконечного винта кристалл можно повернуть на девяносто градусов. Черное изображение по мере моего поворота постепенно становится ярче, а яркое — постепенно темнее; под углом в сорок пять градусов оба изображения одинаково ярки (рис. 30); в то время как при достижении девяноста градусов, когда ось кристалла оказывается вертикальной, яркое и черное изображения меняются местами, точно так же, как заставили бы нас предположить рассуждения (рис. 31).

Fig. 31.

Fig. 32.

Учитывая то, что уже было сказано (стр. 114) относительно отражения света, поляризованного при прохождении через турмалин, вы легко предвидите, что должно произойти, когда мы направим на стеклянную пластинку, удерживаемую под углом поляризации, два пучка, выходящих из нашей призмы исландского шпата. Я заставляю оба пучка проходить рядом через воздух, улавливаю их на стеклянную пластинку и пытаюсь отразить их вверх. Под углом поляризации отразиться таким образом способен только один пучок. Какой именно? Ваш быстрый ответ будет: пучок, колебания которого горизонтальны (рис. 32). Теперь я поворачиваю стеклянную пластинку и пытаюсь отразить оба пучка вбок. Отражается только один из них; а именно тот, колебания которого вертикальны (рис. 33). Ясно, что с помощью либо турмалина, либо отражающего стекла мы можем в один миг определить направление колебаний в любом поляризованном пучке.

Fig. 33.

Как уже отмечалось, весь пучок обыкновенного света, отраженный от стекла под углом поляризации, оказывается поляризованным; теперь необходимо добавить слово относительно гораздо большей части света, которая пропускается стеклом. Прошедший пучок содержит количество поляризованного света, равное отраженному пучку, но это лишь доля всего прошедшего света. Взяв две пластинки стекла вместо одной, мы увеличиваем количество прошедшего поляризованного света; а взяв пучок пластинок, мы увеличиваем это количество настолько, что делаем прошедший пучок для всех практических целей совершенно поляризованным. Действительно, стопки стеклянных пластинок часто используются как средство получения поляризованного света. Важно отметить, что плоскость колебаний этого прошедшего света перпендикулярна плоскости колебаний отраженного света.

Еще одно слово. Когда турмалины скрещены, пространство в месте их пересечения черное. Но мы видели, что малейший наклон кристаллов позволяет свету проходить сквозь оба. Теперь предположим, что при скрещенных пластинках мы помещаем между ними третью пластинку турмалина, ось которой наклонена к обеим. Часть света, пропущенного первой пластинкой, пройдет через эту промежуточную пластинку. Но после того, как он пройдет через нее, его плоскость колебаний изменяется: она больше не перпендикулярна оси расположенного впереди кристалла. Следовательно, он отчасти пройдет сквозь этот кристалл. Таким образом, путем чистых умозаключений мы заключаем, что промежуточное положение третьей пластинки турмалина отчасти уничтожит темноту, вызванную перпендикулярным скрещиванием двух других пластинок. У меня нет третьей пластинки турмалина; однако тальк или слюда, которые вы используете в своих печах, служат более удобным веществом, действующим точно так же. Между скрещенными турмалинами я ввожу пленочку этого кристалла так, чтобы ее ось была наклонена к их осям. Вы видите, как край пленки медленно опускается, и по мере его опускания свет сменяет темноту. Темнота, по сути, словно соскабливается, будто это нечто материальное. Этот эффект естественным, но не вполне корректным образом назван деполяризацией. Его истинный смысл будет раскрыт в нашей следующей лекции.

Эти эксперименты и рассуждения, если их только тщательно изучить и понять, составят прочный фундамент для анализа великолепных оптических явлений, подлежащих рассмотрению далее.

ЛЕКЦИЯ IV.

ХРОМАТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, ПРОИЗВОДИМЫЕ КРИСТАЛЛАМИ В ПОЛЯРИЗОВАННОМ СВЕТЕ

ПРИЗМА НИКОЛЯ

ПОЛЯРИЗАТОР И АНАЛИЗАТОР

ДЕЙСТВИЕ ТОЛСТЫХ И ТОНКИХ ПЛАСТИНОК СЕЛЕНИТА

ЦВЕТА, ЗАВИСЯЩИЕ ОТ ТОЛЩИНЫ

РАЗЛОЖЕНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО ПУЧКА НА ДВА ДРУГИХ СЕЛЕНИТОМ

ОДИН ИЗ НИХ ЗАДЕРЖИВАЕТСЯ СИЛЬНЕЕ ДРУГОГО

ВТОРИЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДВУХ СИСТЕМ ВОЛН АНАЛИЗАТОРОМ

ТЕМ САМЫМ СТАНОВИТСЯ ВОЗМОЖНОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ

СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЦВЕТОВ

ДЕЙСТВИЕ МЕХАНИЧЕСКИ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ИЛИ СЖАТЫХ ТЕЛ

ДЕЙСТВИЕ ЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ

ДЕЙСТВИЕ СТЕКЛА, ДЕФОРМИРОВАННОГО ИЛИ СЖАТОГО ТЕПЛОМ

ЦИРКУЛЯРНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ

ХРОМАТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, ПРОИЗВОДИМЫЕ КВАРЦЕМ

МАГНИТИЗАЦИЯ СВЕТА

КОЛЬЦА, ОКРУЖАЮЩИЕ ОСИ КРИСТАЛЛОВ

ДВУОСНЫЕ И ОДНООСНЫЕ КРИСТАЛЛЫ

ОХВАТ ВОЛНОВОЙ ТЕОРИИ

ЦВЕТ И ПОЛЯРИЗАЦИЯ НЕБЕСНОГО СВЕТА

СОЗДАНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ НЕБЕС.

§ 1.\nДействие кристаллов на поляризованный свет: призма Николя.

Сегодня вечером мы должны рассмотреть и проиллюстрировать хроматические явления, производимые действием кристаллов и дважды преломляющих тел вообще на поляризованный свет, а также применить волновую теорию для их объяснения. Долгое время исследователи были вынуждены использовать для этой цели пластинки турмалина, и прогресс, достигнутый ими с помощью столь несовершенного средства исследования, поразителен. Но эти люди вкладывали душу в свою работу, и благодаря этому смогли извлечь великие результаты с помощью скромных инструментальных средств. Для наших нынешних целей требуется гораздо более крупная аппаратура, и, к счастью, в последнее время эта потребность в значительной степени удовлетворена. Мы видели и исследовали два пучка, выходящих из исландского шпата, и доказали их поляризацию. Если бы ценой потери половины света мы могли уничтожить один из них, то другой предоставил бы в наше распоряжение пучок поляризованного света, несравненно более мощный, чем любой из тех, что можно получить с помощью турмалина.

Fig. 34.

Пучки, как вы знаете, преломляются по-разному, и отсюда, как показано в § 4 лекции I, мы можем заключить, что один из них может полностью отразиться, тогда как другой — нет. Искусный оптик по фамилии Николь разрезал кристалл исландского шпата на две половины в определенном направлении. Он отполировал разрезанные поверхности и соединил их вновь с помощью канадского бальзама, причем плоскость соединения была так наклонена к пучку, проходящему через шпат, что обыкновенный луч, который преломляется сильнее всего, полностью отражался бальзамом, тогда как необыкновенному лучу позволялось идти дальше.

Пусть b x, c y (рис. 34) представляют сечение удлиненного ромбоэдра исландского шпата, расколотого из кристалла. Пусть этот ромбоэдр разрезан по плоскости b c; а две разделенные поверхности после полировки соединены канадским бальзамом. Из нашей первой лекции мы узнали, что полное отражение происходит только тогда, когда луч стремится выйти из более преломляющей среды в менее преломляющую, и притом при данных обстоятельствах оно всегда происходит, если наклонение достаточно. Показатель преломления исландского шпата для необыкновенного луча меньше, а для обыкновенного больше, чем для канадского бальзама. Следовательно, переходя из шпата в бальзам, необыкновенный луч переходит из менее преломляющей среды в более преломляющую, где полное отражение происходить не может; в то время как обыкновенный луч переходит из более преломляющей среды в менее преломляющую, где полное отражение происходить может. Необходимое наклонение обеспечивается приданием ромбоэдру такой длины, чтобы плоскость, сечением которой является b c, была перпендикулярна двум концевым поверхностям ромбоэдра b x, c y или почти перпендикулярна им.

Изобретение призмы Николя стало большим шагом в практической оптике, и совсем недавно такие призмы стали изготавливать в таком размере и такой чистоты, которые позволяют аудиториям, подобным нашей, наблюдать хроматические явления поляризованного света в степени, совершенно недостижимой еще недавно.

(Две призмы, использованные в этих экспериментах, были одолжены мне моим оплакиваемым другом г-ном Уильямом Споттисвудом, а изготовлены они г-ном Аренсом, оптиком высочайшего мастерства).

§ 2.\nЦвета пленок селенита в поляризованном свете.

Две призмы Николя играют ту же роль, что и две пластинки турмалина. Если их направления колебаний параллельны, свет проходит сквозь обе; когда же эти направления скрещены, свет гасится. При введении пленки слюды между призмами свет, как и в случае с турмалином, восстанавливается. Но обратите внимание: когда пленка слюды тонка, вы получаете иногда не просто свет, но цветной свет. Наша работа в течение некоторого времени будет состоять в исследовании таких цветов. С этой целью я возьму типичный кристалл, с которым легко обращаться, поскольку он с величайшей легкостью расщепляется — кристалл гипса, или селенита, представляющий собой кристаллизованный сульфат кальция. Между скрещенными Николями я помещаю толстую пластинку этого кристалла; подобно слюде, она восстанавливает свет, но не дает никакого цвета. Перочинным ножом я откалываю от кристалла тонкую щепочку и кладу ее между призмами; изображение щепочки сияет самыми богатыми цветами. При поворачивании передней призмы эти цвета постепенно бледнеют и исчезают, но при продолжении вращения до тех пор, пока колеблющиеся сечения призм не окажутся параллельными друг другу, вновь возникают яркие цвета, но эти цвета являются дополнительными к прежним.

Некоторые участки щепочки кажутся одного цвета, некоторые — другого. Эти различия обусловлены неодинаковой толщиной пленки. Как и в случае тонких пластинок Гука, если толщина однородна, то и цвет однороден. Здесь, например, представлена звездчатая форма, причем каждый ромб звезды представляет собой пленку гипса одинаковой толщины: вы замечаете, что каждый ромб демонстрирует блестящий и однородный цвет. Придавая нашим пленкам формы цветов или других объектов, легко демонстрировать такие объекты в оттенках, недостижимых искусством. Здесь, например, представлен экземпляр анютиных глазок, цвета которых вы смело можете поручиться художник не сможет воспроизвести. Повернув передний Николь на 90 градусов, мы проходим через бесцветную фазу к ряду цветов, дополнительных к прежним. Это изменение еще более поразительно продемонстрировано розовым кустом, который предстает теперь в своих естественных оттенках — красный цветок и зеленые листья; повернув призму на 90 градусов, мы получаем зеленый цветок и красные листья. Все эти удивительные хроматические эффекты имеют определенные механические причины в движениях эфира. Должным образом примененный и истолкованный принцип интерференции объясняет их все.

§ 3.\nЦвета кристаллов в поляризованном свете в объяснении волновой теории.

К этому времени вы усвоили, что слово «свет» может употребляться в двух разных смыслах: оно может означать впечатление, производимое на сознание, или физическую причину этого впечатления. Именно с этой причиной мы должны иметь дело в настоящее время. Светоносный эфир — это вещество, которое заполняет все пространство и окружает атомы и молекулы тел. Эту межзвездную и межатомную среду наделяют определенными механическими свойствами, и мы обращаемся с ней в наших рассуждениях и вычислениях как с телом, обладающим этими свойствами. В механике мы имеем сложение и разложение сил и движений, простирающееся до сложения и разложения колебаний. Мы рассматриваем светоносный эфир на механических принципах и из сложения и разложения его колебаний выводим все явления, обнаруживаемые кристаллами в поляризованном свете.

Fig. 35.

Возьмем в качестве примера кристалл турмалина, с которым мы теперь так хорошо знакомы. Пусть колебание пересекает этот кристалл под наклоном к его оси. Эксперимент заверил нас, что часть света пройдет сквозь него. Количество, которое проходит, мы определяем следующим образом. Пусть A B (рис. 35) — ось турмалина, а a b представляет амплитуду косого эфирного колебания до его достижения A B. Из a и b опустим два перпендикуляра a c и b d на ось: тогда c d будет амплитудой прошедшего колебания.

Я сейчас попрошу вас следить за мной, пока я пытаюсь объяснить эффекты, наблюдаемые при помещении пленки гипса между двумя призмами Николя. Но перед этим желательно еще более утвердить аналогию между действием призм и действием двух пластинок турмалина. Увеличенные изображения этих пластинок с их осями под прямым углом друг к другу находятся сейчас перед вами. Вводя между ними пленку селенита, вы замечаете, что при повороте пленки ее можно поместить в положение, в котором она не имеет способности уничтожать темноту наложенных друг на друга частей турмалинов. Почему так? Ответ заключается в том, что в гипсе имеются два направления, перпендикулярные друг другу, в которых только и могут происходить колебания, и что в нашем нынешнем эксперименте одно из этих направлений параллельно одной из осей турмалина, а другое параллельно другой оси. Когда это так, пленка не оказывает заметного действия на свет. Но теперь я поворачиваю пленку так, чтобы сделать направления ее колебаний наклонными к двум осям турмалина; тогда, как вы видите, она проявляет способность, продемонстрированную в прошлой лекции, частично восстанавливать свет.

Fig. 36.

Установим теперь наши призмы Николя и скрестим их так же, как мы скрещивали турмалин. Вводя нашу пленку гипса между ними, вы замечаете, что в одном определенном положении пленка не оказывает абсолютно никакого влияния на поле зрения. Но когда пленка немного поворачивается, свет проходит. Теперь мы должны понять тот механизм, посредством которого это осуществляется.

Во-первых, у нас есть призма, принимающая свет от электрической лампы и называемая поляризатором. Затем у нас есть пластинка гипса (предположительно помещенная в точку S, рис. 36), а после нее — передняя призма, называемая анализатором. При выходе из первой призмы свет поляризуется; и в рассматриваемом сейчас конкретном случае его колебания совершаются в горизонтальной плоскости. Мы должны рассмотреть, что происходит, когда два направления колебаний в промежуточном гипсе наклонены к горизонту. Нарисуем прямоугольный крест (A B, C D, рис. 37), представляющий эти два направления. Проведем линию (a b), обозначающую амплитуду горизонтального колебания при выходе света из первого Николя. Опустим из каждого конца этой линии два перпендикуляра (a c, a f, b d, b e) на два плеча креста; тогда расстояния (c d, e f) между основаниями этих перпендикуляров представляют амплитуды двух прямоугольных колебаний, которые являются составляющими первого единичного колебания. Таким образом, поляризованный луч при входе в гипс расщепляется на две свои составляющие, которые колеблются под прямым углом друг к другу.

Fig. 37.

В одном из этих двух прямоугольных направлений эфир внутри гипса более инертен, чем в другом; и вследствие этого волны, идущие в этом направлении, задерживаются сильнее остальных. В обоих случаях волны укорачиваются при входе в гипс, но в одном случае они укорачиваются сильнее, чем в другом. Вы можете легко представить, что таким образом одна система волн может опередить другую на пол-длины волны или, во всяком случае, на любое число полуволн. Мысль о возможности интерференции здесь сразу же мелькает в сознании. Однако небольшое размышление делает очевидным, что пока колебания совершаются под прямым углом друг к другу, они не могут гасить друг друга, каково бы ни было запаздывание. Это сразу приводит нас к роли, которую играет анализатор. Его единственная функция заключается в том, чтобы вторично соединить два колебания, выходящих из гипса. Он сводит их к одной плоскости, где в случае надлежащего запаздывания одного из них произойдет угасание.

Но здесь, как и в случае тонких пленок, вступают в действие различные длины световых волн. Красный цвет потребует большей толщины для производства запаздывания, необходимого для угасания, чем синий; следовательно, когда более длинные волны удаляются посредством интерференции, более короткие остаются, и пленка гипса сияет цветами, которые придают короткие волны. И наоборот, когда более короткие волны удалены, толщина оказывается такова, что остаются более длинные волны. Элементарное соображение показывает, что когда направления колебаний призм и гипса образуют угол в сорок пять градусов, цвета достигают максимальной яркости. Когда пленка отклоняется от этого направления, цвета постепенно бледнеют, пока в точке, где направления колебаний в пластинке и призмах параллельны, они не исчезают совсем.

(Лучший способ получить представление об этих явлениях — построить модель из тонкого дерева или картона, представляющую пластинку гипса, ее плоскости колебаний, а также плоскости поляризатора и анализатора. Две параллельные детали из картона должны быть разделены промежутком, который будет представлять толщину пленки гипса. Между ними две другие детали, пересекающиеся под прямым углом друг к другу, должны представлять плоскости колебаний внутри пленки; в то время как к двум параллельным поверхностям снаружи прикреплены еще две картонные детали, представляющие плоскости колебаний поляризатора и анализатора. На двух пересекающихся плоскостях должны быть нарисованы волны, показывающие расщепление первого поляризованного пучка на два других, а затем последующее приведение двух систем колебаний к общей плоскости анализатором. Строго прослеживая взаимодействие двух систем волн, такая модель учит нас тому, что все цветовые явления, получаемые комбинацией волн, когда плоскости колебаний двух Николей параллельны, сменяются дополнительными явлениями, когда плоскости колебаний перпендикулярны друг другу.)

При рассмотрении следующего вопроса мы для простоты будем оперировать монохроматическим светом — например, красным светом, который легко получается чистым с помощью красного стекла. Предполагая, что некоторая толщина гипса производит запаздывание на пол-длины волны, вдвое большая толщина произведет запаздывание в две полуволны, втрое большая — запаздывание в три полуволны и так далее. Теперь, когда Николи параллельны, запаздывание на пол-длины волны или на любое нечетное число полуволн приводит к угасанию; с другой стороны, при всех толщинах, соответствующих запаздыванию на четное число полуволн, оба пучка поддерживают друг друга, когда они приводятся анализатором к общей плоскости. Предполагая затем, что мы берем пластинку клиновидной формы, которая постепенно утолщается от края к основанию, мы должны ожидать в красном свете ряда повторяющихся полос света и темноты; темные полосы возникают при толщинах, производящих запаздывания в одну, три, пять и т. д. полуволн, в то время как светлые полосы возникают между темными. Эксперимент доказывает, что клиновидная пленка показывает эти полосы. Они также прекрасно видны на круглой пленке, обработанной так, чтобы она была тоньше всего в центре и постепенно увеличивала толщину от центра к краям. Таким образом создается великолепный ряд колец света и темноты.

Когда вместо красного света мы используем синий, кольца также видны: но поскольку они возникают на более тонких участках пленки, они меньше колец, получаемых с красным светом. Теперь можно сделать вывод о последствиях применения белого света; поскольку красный и синий цвета приходятся на разные места, белый свет порождает иризирующие кольца.

Некоторые хроматические эффекты неправильной кристаллизации предельны по своей красоте. Если бы я мог ввести между нашими двумя Николями оконное стекло, покрытое морозными узорами, которые теперь столь часты при вашей холодной погоде, результатом стали бы насыщенные цвета. Прекрасные эффекты неправильной кристаллизации винной кислоты и других веществ на стеклянных пластинках, представленные вам сейчас, иллюстрируют то, чего можно ожидать от замерзшего оконного стекла. И не только кристаллические тела так действуют на свет, но почти все тела, обладающие определенной структурой, поступают так же. Как правило, органические тела действуют на свет подобным образом, ибо их архитектура подразумевает расположение молекул и связанного с молекулами эфира, которое влечет за собой двойное лучепреломление. Пленка рогового вещества или срез раковины, например, дают очень красивые цвета в поляризованном свете. В дереве эфир несомненно обладает разными степенями упругости вдоль волокна и поперек него; и будь дерево прозрачным, эта особенность молекулярной структуры непременно проявилась бы в хроматических явлениях вроде тех, что вы видели.

§ 4.\nЦвета, производимые деформацией и давлением.

Не только естественные тела ведут себя таким образом, но, как показал Брюстер, искусственной деформацией или давлением можно придать временную структуру двойного лучепреломления некристаллическим телам, таким как обычное стекло. Этот момент заслуживает иллюстрации. Когда я помещаю брусок дерева поперек колена и пытаюсь сломать его, каково механическое состояние бруска? Он изгибается, и его выпуклая поверхность испытывает продольную деформацию; его вогнутая поверхность, та, что ближе к колену, подвергается продольному сжатию. И в деформированной части дерева, и в сжатой его части эфир приходит в состояние, которое делало бы дерево дважды преломляющим, будь оно прозрачным. Ибо в подобных случаях растяжение молекул в продольном направлении всегда сопровождается их сближением в поперечном направлении; тогда как продольное сжатие сопровождается поперечным удалением. Каждая половина деревянного бруска демонстрирует эту противоположность и потому является дважды преломляющей.

Повторим теперь этот эксперимент со стеклянным бруском. Между скрещенными Николями я ввожу такой брусок. По тусклому остатку света, задерживающемуся на экране, вы видите изображение стекла, но оно не оказывает никакого влияния на свет. Я просто сгибаю стеклянный брусок пальцами, сохраняя его длину наклонной к направлениям колебаний в Николях. Свет мгновенно вспыхивает на экране. Две стороны бруска освещены, края сильнее всего, поскольку здесь деформация и давление наибольшие. Переходя от продольной деформации к продольному сжатию, мы пересекаем участок стекла, где не прилагается ни то, ни другое. Это так называемая нейтральная ось стеклянного бруска, и вдоль нее вы видите темную полосу, указывающую на то, что стекло вдоль этой оси не оказывает никакого действия на свет. Применение силы пресса вместо силы моих пальцев значительно усиливает яркость света.

Далее, у меня есть квадрат из стекла, который можно поместить в пресс другого рода. При введении несжатого квадрата между призмами заявляет о себе его нейтральность; однако его едва ли удается удержать в прессе с достаточной свободой, чтобы предотвратить проявление его действия. Уже сейчас, хотя давление ничтожно мало, вы видите световые пятна в точках соприкосновения пресса со стеклом. При повороте винта изображение стеклянного квадрата вспыхивает на экране. Видимы светящиеся пространства, отделенные друг от друга темными полосами.

Fig. 38

Каждые два соседних пространства находятся в противоположных механических состояниях. По одну сторону темной полосы мы имеем деформацию, по другую сторону — давление, причем полоса отмечает нейтральную ось между тем и другим. Я затягиваю тиски, и вы видите цвет; затягиваете еще сильнее, и цвета кажутся столь же насыщенными, как те, что представлены кристаллами. При ослаблении тисков цвета внезапно исчезают; при внезапном затягивании они появляются вновь. По цветам мыльного пузыря Ньютон смог судить о толщине пузыря, связав тем самым узами мысли кажущиеся несочетаемыми вещи. По представленным здесь цветам можно судить о величине приложенного давления. Действительно, покойный М. Вертгейм из Парижа изобрел прибор для определения деформаций и давлений по цветам поляризованного света, который превосходил по точности все предыдущие приборы подобного рода.

И теперь мы должны довести эти соображения до окончательной иллюстрации. Поляризованный свет может быть использован различным образом в качестве анализатора молекулярного состояния. Его можно, например, применять для выявления состояния твердого тела, когда оно становится звучным. Полоска стекла длиной шесть футов, шириной два дюйма и толщиной в четверть дюйма удерживается по центру между пальцами. Проведя влажной шерстяной тряпкой по одной из ее половин, вы слышите высокий звук, обусловленный колебаниями стекла. Каково состояние стекла во время звучания? Такое: две его половины удлиняются и укорачиваются в быстром чередовании. Следовательно, два его конца находятся в состоянии быстрого колебания; но в центре импульсы с двух концов попеременно встречаются и удаляются друг от друга. Под воздействием их противоположных сил стекло в центре остается неподвижным, но, с другой стороны, оно попеременно деформируется и сжимается. На рис. 38 A B можно принять за стеклянный прямоугольник с уплотненным центром; в то время как A' B' представляет тот же прямоугольник с разреженным центром. Концы полоски не испытывают ни сгущения, ни разрежения.

Если мы введем стеклянную полоску (s s', рис. 39) между скрещенными Николями, позаботившись о том, чтобы сохранить ее наклонной к направлениям колебаний Николей, и проведем нашим влажным куском резины по стеклу, произойдет следующее: в каждый момент сжатия свет будет вспыхивать; в каждый момент деформации свет также будет вспыхивать; и эти состояния деформации и давления будут следовать друг за другом столь быстро, что мы можем ожидать появления устойчивого светового впечатления на глазу. Таким образом, путем чистого умозаключения мы приходим к выводу, что свет будет возрождаться всякий раз, когда звучит стекло. Эксперимент подтверждает, что это так: при каждом проведлении куском резины (h, рис. 39) прекрасный светящийся диск (O) вспыхивает на экране. Эксперимент можно разнообразить следующим образом: поместив перед поляризатором пластинку закаленного особым образом стекла, вы получаете ряд прекрасно окрашенных колец, пересеченных черным крестом. Каждое проведение куском резины не только уничтожает кольца, но и вводит дополнительные, причем черный крест на мгновение вытесняется белым. Это модификация прекрасного эксперимента, которым мы обязаны Био. Однако его аппаратура позволяла наблюдать его только одному человеку за раз.

Fig. 39.

§ 5.\nЦвета закаленного стекла.

Тела обычно расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Если тепло подводится с абсолютной равномерностью, никакие локальные деформации или давления не возникают; но если одна часть твердого тела нагрета, а другая не нагрета, расширение нагретой части порождает деформации и давления, которые обнаруживают себя при исследовании с помощью поляризованного света. Когда квадрат обычного оконного стекла помещается между Николями, вы видите его тумный контур, но он не оказывает никакого действия на поляризованный свет. Если подержать его мгновение над пламенем спиртовки и вновь поместить между Николями, свет вспыхивает на экране. Здесь, как и в случае механического воздействия, вы имеете светящиеся области деформации, отделенные темными нейтральными осями от областей давления.

Fig. 40.

Fig. 41.

Применим тепло более симметрично. В небольшом квадрате стекла в центре просверлено отверстие, и в это отверстие вставлен кусочек медной проволоки. Поместив квадрат между призмами и нагревая проволоку, тепло посредством теплопроводности передается стеклу, сквозь которое оно распространяется от центра кнаружи. Вы тотчас видите четыре светящихся квадранта и тусклый крест, который становится постепенно все чернее по сравнению с окружающей яркостью. И как в случае давления мы получали цвета, так и здесь при правильном применении тепла могут быть вызваны великолепные хроматические эффекты. Условие, необходимое для производства этих цветов, можно сделать постоянным, предварительно достаточно сильно нагрев стекло, а затем охладив его так, чтобы охлажденная масса оставалась в состоянии постоянной деформации и давления. Два или три примера проиллюстрируют этот момент. Рис. 40 и 41 представляют фигуры, полученные с двумя подготовленными таким образом кусочками стекла; два прямоугольных кусочка закаленного стекла, скрещенных и помещенных между поляризатором и анализатором, демонстрируют красивые иризирующие полосы, изображенные на рис. 42.

Fig. 42.

§ 6.\nЦиркулярная поляризация.

Но мы должны проследить за эфиром еще дальше в его тайники. Перед вами подвешен маятник, который при отведении в сторону и освобождении совершает колебания туда и обратно. Если в момент прохождения маятником средней точки его отклонения я ударю по нему так, чтобы толчок был направлен под прямым углом к его прежнему пути, что произойдет? Два импульса сложатся в колебание, наклоненное по направлению к первому, но маятник по-прежнему будет совершать колебания в одной плоскости. Однако если прямоугольный толчок придается маятнику в момент достижения им предельной точки его качания, то сложение двух импульсов заставляет подвешенный шарик описывать не прямую линию, а эллипс; и если толчок сам по себе способен вызвать колебание той же амплитуды, что и первое, эллипс превращается в круг.

Почему я останавливаюсь на этих вещах? Просто чтобы дать вам понять сходство этих грубых механических колебаний с колебаниями света. Я держу в руке пластинку кварца, вырезанную из кристалла перпендикулярно его оси. Кристалл, вырезанный таким образом, обладает необычайной способностью скручивать плоскость колебаний поляризованного луча на величину, зависящую от толщины кристалла. Причем чем более преломляем свет, тем больше величина скручивания; так что при использовании белого света его составляющие цвета таким образом разделяются. Поместив пластинку кварца между поляризатором и анализатором, мы видим этот яркий красный цвет; а при повороте переднего анализатора справа налево последовательно появляются другие цвета спектра. Были найдены образцы кварца, которые требуют поворота анализатора слева направо для получения той же последовательности цветов. Кристаллы первого класса поэтому называются правыми, а второго класса — левыми кристаллами.

Обладая глубокой проницательностью, Френель, чьему гению мы главным образом обязаны развитием и окончательным триумфом волновой теории света, мысленно воспроизвел механизм этих кристаллов и показал, что их действие обусловлено обстоятельством, при котором в них волны эфира действуют друг на друга так, чтобы произвести состояние, представленное нашим вращающимся маятником. Вместо плоскополяризованного свет в горном хрустале оказывается циркулярно поляризованным. Два таких луча, распространяющиеся вдоль оси кристалла и вращающиеся в противоположных направлениях, при приведении их к интерференции анализатором доказано способны произвести все наблюдаемые явления.

§ 7.\nДополнительные цвета дважды преломляющего шпата в циркулярно поляризованном свете. Доказательство того, что желтый и синий цвета являются дополнительными.

Fig. 43.

Я удаляю анализатор и ставлю на его место тот кусочек исландского шпата, с помощью которого мы уже иллюстрировали двойное лучепреломление. Два изображения угольных электродов теперь перед вами, созданные, как вы знаете, двумя пучками, колеблющимися под прямым углом друг к другу. Вводя пластинку кварца между поляризатором и шпатом, мы видим, как оба изображения сияют дополнительными цветами. Используя изображение отверстия вместо изображения угольных электродов, мы получаем два цветных круга. При вращении анализатора цвета претерпевают различные изменения, но они всегда остаются дополнительными. Когда один красный — другой зеленый; когда один желтый — другой синий. Здесь мы имеем возможность заново продемонстрировать утверждение, сделанное в нашей первой лекции, о том, что хотя смешение синей и желтой красок дает зеленый цвет, смешение синего и желтого света дает белый цвет. Увеличивая наше отверстие, мы заставляем два изображения, создаваемые шпатом, сблизиться и в конце концов перекрыться. Теперь одно изображение представляет собой ярко-желтый цвет, другое — ярко-синий, и вы замечаете, что там, где эти цвета накладываются друг на друга, мы получаем чистый белый цвет. (См. рис. 43, где N — конец поляризатора, Q — пластинка кварца, L — линза, а B — дважды преломляющий шпат. Два изображения перекрываются в точке O и при их смешении дают белый цвет.)

§ 8.\nМагнетизм света.

Это подводит нас к такому пункту наших исследований, который, хотя и редко иллюстрируется на лекциях, тем не менее столь сильно способен повлиять на дальнейший ход научной мысли, что я не желаю обойти его молчанием. Я имею в виду эксперимент, который Фарадей, его первооткрыватель, назвал «магнетизмом света». Установка для этого знаменитого опыта сейчас перед вами. У нас есть, во-первых, наша электрическая лампа, затем никоновская призма для поляризации луча, выходящего из лампы, затем электромагнит, второй никоновский элемент и, наконец, наш экран. В данный момент призмы скрещены, и экран темчен. Я помещаю между полюсами электромагнита цилиндр из особого рода стекла, впервые изготовленного Фарадеем и названного тяжелым стеклом Фарадея. Через это стекло теперь проходит луч от поляризатора, преграждаемый расположенным спереди Николем. При включении магнита на экране мгновенно появляется свет. Под действием магнита на тяжелое стекло плоскость колебаний поворачивается, благодаря чему свет получает возможность пройти через анализатор.

Fig. 44

Два класса, на которые делятся кристаллы кварца, уже упоминались. В моей руке находится составная пластинка, одна половина которой взята от правовращающего, а другая — от левовращающего кристалла. Поместив пластинку перед поляризатором, я поворачиваю один из Николей до тех пор, пока обе половины пластинки не приобретут общий пунцовый цвет. Это дает чрезвычайно чувствительное средство для визуализации действия магнита на свет. Поворачивая поляризатор или анализатор хотя бы на малейший угол, однородность цвета исчезает, и обе половины кварца показывают разные цвета. Магнит производит эффект, эквивалентный этому вращению. Пунцовый круг теперь перед вами на экране (см. рис. 44, где N — сопло лампы, H — первый Николь, Q — бикварцевая пластинка, L — линза, M — электромагнит с тяжелым стеклом между его просверленными полюсами, а P — второй Николь). При включении магнита одна половина изображения внезапно становится красной, а другая — зеленой. При прерывании тока оба цвета исчезают, и восстанавливается исходный пунцовый цвет.

Более того, это действие зависит от полярности магнита или, другими словами, от направления тока, окружающего магнит. При изменении направления тока красный и зеленый цвета появляются снова, но они меняются местами: красный, который раньше был справа, оказывается слева, а зеленый — справа. С величайшей изобретательностью Фарадей проанализировал все эти действия и сформулировал их законы. Однако этот эксперимент долгое время оставался скорее научной диковинкой, чем плодотворным зерном. В том, что он принесет плоды высочайшей важности, Фарадей был глубоко убежден, и современные исследования находятся на пути к подтверждению его убеждения.

§ 9.\nРадужные кольца вокруг осей кристаллов.

Необходимо сказать еще несколько слов, чтобы завершить наше представление о чудесном взаимодействии между весомыми молекулами и эфиром, пронизывающим их. Симметрия молекулярного расположения подразумевает симметрию со стороны эфира; атомная ассиметрия, с другой стороны, влечет за собой ассиметрию эфира и, как следствие, двойное лучепреломление. В определенном классе кристаллов структура однородна, и такие кристаллы не производят двойного лучепреломления. В некоторых других кристаллах молекулы расположены симметрично вокруг определенной линии, а не вокруг других. Следовательно, вдоль первой луч не разделяется, тогда как во всех остальных направлениях мы наблюдаем двойное лучепреломление. Лед служит привычным примером: его молекулы выстроены с совершенной симметрией вокруг перпендикуляров к плоскостям замерзания, и луч, направленный через лед в этом направлении, не преломляется двояко, тогда как во всех остальных направлениях преломляется. Исландский шпат — другой пример того же рода: его молекулы выстроены симметрично вокруг линии, соединяющей два тупых угла ромбоэдра. В этом направлении луч не испытывает двойного лучепреломления, во всех остальных — испытывает. Это направление отсутствия двойного лучепреломления называется оптической осью кристалла.

Следовательно, если вырезать из кристалла исландского шпата пластинку перпендикулярно оси, все лучи, направленные сквозь эту пластинку в направлении оси, дадут лишь одно изображение. Но как только мы отклоняемся от параллельности с осью, начинается двойное лучепреломление. Поэтому, если пучок, сделанный коническим с помощью собирающей линзы, пропустить через шпат так, чтобы центральный луч конуса проходил вдоль оси, только этот луч избежит двойного лучепреломления. Каждый из остальных разделится на обыкновенный и необыкновенный лучи, причем один движется сквозь кристалл медленнее другого; следовательно, один оказывается запаздывающим по отношению к другому. Здесь мы имеем условия для интерференции, когда волны сводятся анализатором к общей плоскости.

Поместив пластинку исландского шпата между скрещенными никоновскими призмами и используя конический пучок, мы получаем на экране прекрасную систему радужных колец, окружающих конец оптической оси, причем круговые цветные полосы пересекаются черным крестом (рис. 45). Ветви этого креста параллельны двум направлениям колебаний в поляризаторе и анализаторе. Нетрудно видеть, что те лучи, плоскости колебаний которых внутри шпата совпадают с плоскостью колебаний любой из призмы, не могут пройти сквозь обе. Это полное перехватывание образует ветви креста.

Fig. 45.

При монохроматическом свете кольца были бы просто светлыми и черными: светлые кольца возникают при тех толщинах шпата, которые заставляют лучи усиливать друг друга, а черные — при тех толщинах, которые заставляют их гасить друг друга. Повернув анализатор на 90°, мы получаем дополнительные явления. Черный крест уступает место светлому, и каждое темное кольцо также вытесняется светлым (рис. 46). Здесь, как и везде, различные длины световых волн порождают радужные цвета при использовании белого света.

Fig. 46.

Fig. 47.

Помимо регулярных кристаллов, которые ни в каком направлении не производят двойного лучепреломления, и одноосных кристаллов, которые производят его во всех направлениях, кроме одного, Брюстер обнаружил, что в большом классе кристаллов имеются два направления, в которых двойное лучепреломление не происходит. Они называются двуосными кристаллами. Когда пластинки этих кристаллов, должным образом вырезанные, помещаются между поляризатором и анализатором, оси (A A', рис. 47) видны окруженными не кругами, а кривыми другого порядка и совершенно определенного математического характера. Каждая полоса, как экспериментально доказал Гершель, образует лемнискату; но этому экспериментальному доказательству, как и в бесчисленных других случаях, предшествовало дедуктивное умозаключение, показавшее, что согласно волновой теории полосы должны обладать именно этим особым характером.

§ 10.\nМощность волновой теории.

Я охватил столь широкий диапазон вопросов, касающихся самой поляризации и явлений, демонстрируемых кристаллами в поляризованном свете, чтобы дать вам некоторое представление о прочности и полноте теории, которая охватывает их все. Исходя из единственного предположения о поперечных колебаниях, мы прежде всего определяем длины волн и обнаруживаем, что от них зависят все явления цвета. Длины волн могут быть определены множеством независимых способов. Ньютон фактически определил их, измеряя периоды своих колец: длина кольца, по сути, равна четверти колебания. Длины волн могут быть определены с помощью дифракции на краях щели (как в Приложении к этим лекциям); они могут быть выведены из интерференционных полос, образующихся при отражении; из полос, образующихся при преломлении; а также с помощью линий, процарапанных алмазом на стекле на измеренных расстояниях друг от друга. И когда длины, определенные этими независимыми методами, сопоставляются друг с другом, между ними обнаруживается строжайшее соответствие.

Имея в своем распоряжении длины волн, мы прослеживаем эфир в сложнейших случаях взаимодействия между ним и обычной материей; «теория справляется со всеми ними. Она не выдвигает ни единой новой физической гипотезы; но из своего первоначального запаса принципов она извлекает соответствия всего того, что показывает наблюдение. Она объясняет, истолковывает, упрощает самые запутанные случаи; исправляет известные законы и факты; предсказывает и раскрывает неизвестные; становится путеводительницей своего бывшего учителя — Наблюдения; и, просвещенная механическими концепциями, обретает проницательность, которая сквозь форму и цвет проникает к силе и причине» [18].

Но, стремясь таким образом продемонстрировать вам мощь волновой теории как разрешителя всех трудностей оптики, желаю ли я тем самым, чтобы вы закрывали глаза на любые свидетельства, которые могут возникнуть против нее? Отнюдь нет. Вы можете утверждать, и справедливо утверждать, что сто лет назад выдающиеся люди придерживались другой теории, и что, поскольку придерживавшаяся тогда теория уступила свои позиции, волновая теория тоже может оказаться вынужденной уступить. Это кажется разумным; но давайте поймем точное значение этого довода. Подобным образом человек во времена Ньютона или даже в наши дни мог бы рассуждать следующим образом: Гиппарх, Птолемей и множество великих людей после них верили, что земля является центром солнечной системы. Но это глубоко укоренившееся теоретическое представление должно было уступить место, и гелиоцентрическая теория в свою очередь также может оказаться вынужденной уступить. Это ровно так же разумно, как и первый довод. В чем заключается сила нынешней теории гравитации? Исключительно в ее способности объяснять все явления солнечной системы. В чем заключается сила теории волновых колебаний? Исключительно в ее способности распутать и объяснить явления, в сто раз более сложные, чем явления солнечной системы. Примите, если хотите, скептицизм мистера Милля [19] в отношении волновой теории; но если ваш скептицизм является философским, он погрузит теорию гравитации в такое же или еще большее сомнение [20].

§ 11.\nСинева неба.

Я не желаю расставаться с этими явлениями цвета, не обратившись к источнику окраски, который в последнее время часто представал передо мной в синеве ваших полуденных небес и глубоком багрянце вашего горизонта после захода солнца. Я суммирую здесь и расширю то, что говорил об этом предмете в других местах. Могут быть приведены доказательства самого убедительного характера, показывающие, что синий свет небосвода — это отраженный свет. Этот свет приходит к нам поперек направления солнечных лучей и даже против направления солнечных лучей; и этот боковой и встречный порыв волнового движения может быть объяснен только отскоком волн от самого воздуха или от чего-то, взвешенного в воздухе. Более того, солнечный свет рассеивается небом не в тех пропорциях, которые дают белый цвет. Небо синее, что указывает на избыток более коротких волн. Голубизна воздуха называлась причиной синевы неба; но тогда возникает вопрос: если воздух синий, то как свет восхода и захода солнца, проходящий через громадные толщи воздуха, может быть желтым, оранжевым или даже красным? Прохождение белого солнечного света через синюю среду никоим образом не могло бы сделать свет красным; следовательно, гипотеза о синей атмосфере несостоятельна. По сути, агент, каков бы он ни был, посылающий нам свет неба, производит при этом дихроичное действие. Отраженный свет — синий, прошедший — оранжевый или красный. Таким образом обнаруживается резкое различие между отражением от неба и отражением от обычного облака, которое не производит подобного дихроичного действия.

Облако, по сути, не принимает во внимание размеры волн эфира, но отражает их все одинаково. Причиной этого может быть то, что частицы облака настолько велики по сравнению с размерами волн эфира, что рассеивают их все без разбора. Широкая скала отражает атлантический вал так же легко, как и рябь, произведенную крылом морской птицы; и при наличии крупных отражающих поверхностей существующие различия в величине среди волн эфира также могут исчезать. Но предположим, что отражающие частицы не очень велики, а очень малы по сравнению с размерами волн. Тогда вместо того, чтобы вся волна встречала преграду спереди и большей частью отбрасывалась назад, преградой откалывается лишь небольшая ее часть. Предположим теперь, что такие мельчайшие посторонние частицы рассеяны в нашей атмосфере. Волны всех размеров падают на них, и при каждом столкновении часть падающей волны отщепляется. Таким образом, воздействию подвергаются все волны спектра, от крайнего красного до крайнего фиолетового; но в каких пропорциях они будут рассеиваться? Крупность — вещь относительная; и чем меньше волна, тем больше относительный размер любой частицы, на которую волна падает, и тем больше также относительное отражение.

Маленький камешек, помещенный на пути кольцевой ряби, производимой тяжелыми дождевыми каплями на тихом пруду, отбросит назад большую часть каждой падающей на него ряби, в то время как доля более крупной волны, отброшенная тем же камешком, может оказаться ничтожно малой. Теперь, чтобы сохранить солнечный свет белым, пропорции его составляющих не должны изменяться; но при рассеянии света этими весьма мелкими частицами мы видим, что пропорции изменяются. Меньшие волны находятся в избытке, и в результате в рассеянном свете преобладающим цветом будет синий. Остальные цвета спектра должны в некоторой степени сочетаться с синим: они не отсутствуют, а находятся в недостатке. По сути, мы должны иметь их все, но в убывающих пропорциях — от фиолетового к красному.

Таким образом, путем рассуждений мы пришли к выводу, что если бы в нашей атмосфере были рассеяны частицы, малые по сравнению с размерами волн эфира, свет, рассеянный этими частицами, был бы именно таким, какой мы наблюдаем в нашем лазоревом небе. И действительно, когда этот свет анализируется, все цвета спектра обнаруживаются в пропорциях, указанных нашим выводом.

В результате последовательных столкновений с частицами белый свет все больше и больше лишается своих более коротких волн; поэтому он все больше и больше теряет свою надлежащую долю синего. Результат можно предвидеть. Прошедший свет на умеренных расстояниях будет казаться желтоватым. Но по мере того как солнце опускается к горизонту, атмосферное расстояние увеличивается, а следовательно, растет и число рассеивающих частиц. Они последовательно ослабляют фиолетовый, индиго, синий и даже нарушают пропорции зеленого. Прошедший свет при таких обстоятельствах должен переходить от желтого через оранжевый к красному. Именно это мы и находим в природе. Таким образом, в то время как отраженный свет дает нам в полдень глубокую лазурь альпийских небес, прошедший свет дает нам на закате теплый багрянец альпийских снегов.

Но можно ли действительно доказать, что мелкие частицы действуют указанным образом? Несомненно. Каждый из вас может подвергнуть этот вопрос экспериментальной проверке. Вода не растворяет смолу, но спирт растворяет; и когда спирт, содержащий растворенную смолу, капает в воду, смола немедленно выделяется в виде твердых частиц, которые делают воду молочной. Крупность этого осадка зависит от количества растворенной смолы. Профессор Брюкке дал нам пропорции, которые создают частицы, особенно подходящие для нашей нынешней цели. Один грамм чистой мастики растворяется в восемьдесят семи граммах абсолютного алкоголя, и этот прозрачный раствор капает в стакан с чистой водой, которую энергично помешивают. Таким образом образуется чрезвычайно тонкий осадок, который заявляет о своем присутствии своим действием на свет. Если поместить позади стакана темную поверхность и позволить свету падать на него сверху или спереди, среда оказывается весьма приятного небесно-голубого цвета. Следы мыла в воде придают ей голубоватый оттенок. Лондонское молоко приближается к тому же цвету благодаря действию той же причины: а Гельмгольц без всякого почтения раскрыл тот факт, что голубые глаза — это просто мутная среда.

§ 12.\nИскусственное небо.

Но мы имеем возможность гораздо точнее имитировать естественные условия этой проблемы. Мы можем создавать в воздухе искусственное небо и доказывать его полную идентичность с естественным в отношении демонстрации целого ряда совершенно неожиданных явлений. Мною недавно было показано на многочисленных примерах, что волны эфира, исходящие из мощного источника, такого как солнце или электрический свет, способны раскалывать на части атомы газообразных молекул. Аппарат, используемый для иллюстрации этого, состоит из стеклянной трубки длиной около ярда и внутренним диаметром от 2½ до 3 дюймов. Исследуемый газ или пар вводится в эту трубки, и на него направляется сфокусированный пучок электрической лампы. Пар выбирается таким образом, чтобы по крайней мере один из продуктов его разложения сразу же по образовании выпадал в осадок в виде некоторого рода облака. Регулируя количество пара, можно сделать этот осадок любой степени тонкости, формируя частицы, различимые невооруженным глазом, или частицы, которые, вероятно, находятся далеко за пределами возможностей наших лучших микроскопов. У меня нет оснований сомневаться в том, что таким образом можно получить частицы, диаметры которых составляют лишь ничтожно малую долю длины волны фиолетового света.

Теперь, во всех подобных случаях, когда используются подходящие пары в достаточно разряженном состоянии, независимо от того, что это за пар, видимое действие начинается с образования голубого облака. Позвольте мне с самого начала предостеречь себя от всякого неверного понимания термина «облако». Упомянутое здесь синее облако совершенно невидимо при обычном дневном свете. Чтобы его увидеть, оно должно быть окружено темнотой и освещаться мощным пучком света. Это облако во многих важных деталях отличается от тончайших обычных облаков, и ему вполне можно присвоить промежуточное положение между этими облаками и истинным безоблачным паром.

Можно заставить частицы этого актинического облака вырасти от ничтожно малого и совершенно ультрамикроскопического размера до частиц заметной величины; и с помощью этих частиц на определенной стадии их роста мы создаем синеву, которая соперничает с синевой глубочайшего и чистейшего итальянского неба или даже превосходит ее. Введя в нашу трубку количество смеси воздуха и пара нитрита бутила, достаточное для того, чтобы опустить ртутный столбик воздушного насоса на одну двадцатую дюйма, добавив количество воздуха и соляной кислоты, достаточное для того, чтобы опустить ртуть еще на полдюйма, и пропустив через эту сложную и сильно разряженную атмосферу пучок электрического света, мы постепенно увидим, как внутри трубки возникает великолепная лазурь, которая на время усиливается, достигает максимума глубины и чистоты, а затем, по мере укрупнения частиц, переходит в белесовато-синий цвет. Этот эксперимент является показательным и иллюстрирует общий принцип. Для этого эксперимента можно было бы использовать различные другие бесцветные вещества с самыми разнообразными свойствами — оптическими и химическими. Зарождающееся облако в каждом случае демонстрировало бы этот великолепный синий цвет, тем самым наглядно доказывая, что частицы бесконечно малого размера, не обладающие собственным цветом и независимо от тех оптических свойств, которые демонстрирует вещество в массивном состоянии, способны производить синий цвет неба.