Оптика
 Первое издание « Оптики: или трактат об отражениях, преломлениях, изгибах и цветах света», вышедшее в 1704 году. | |
| Автор | Исаак Ньютон |
|---|---|
| Язык | Английский |
| Предмет | Оптика |
| Жанр | Научная литература |
Дата публикации | 1704 |
| Место публикации | Великобритания |
| Тип носителя | Распечатать |
| Текст | Оптика в Wikisource |
Оптика: или Трактат об отражениях, преломлениях, изгибах и цветах света — книга Исаака Ньютона , опубликованная на английском языке в 1704 году (научный латинский перевод появился в 1706 году). [1] В книге анализируется фундаментальная природа света посредством преломления света призмами и линзами, дифракции света на близко расположенных листах стекла и поведения цветовых смесей со спектральными источниками света или пигментными порошками. «Оптика» была второй крупной книгой Ньютона по физике и считается одной из трех основных работ по оптике во время научной революции (наряду с Кеплера » «Astronomiae Pars Optica и » Гюйгенса « Трактатом о свете ). Имя Ньютона не появилось на титульном листе первого издания «Оптики» .
Обзор [ править ]
Публикация «Оптики» представляла собой крупный вклад в науку, отличающийся от «Начал» и в некотором смысле соперничающий с ним , однако имя Исаака Ньютона не появилось на обложке первого издания. Оптика — это в основном запись экспериментов и выводов , сделанных на их основе, охватывающая широкий круг тем, которые позже стали известны как физическая оптика . [1] То есть эта работа не представляет собой геометрическое обсуждение катоптрики или диоптрики , традиционных предметов отражения света зеркалами различной формы и исследование того, как свет «искривляется» при переходе из одной среды , такой как воздух, в другую. , например, вода или стекло. Скорее, «Оптика» — это исследование природы света и цвета, а также различных явлений дифракции , которую Ньютон назвал «преломлением» света.
В этой книге Ньютон полностью излагает свои эксперименты, о которых впервые было сообщено Лондонскому королевскому обществу в 1672 году. [2] о дисперсии , или о разделении света на спектр составляющих его цветов. Он демонстрирует, как появление цвета возникает в результате избирательного поглощения , отражения или пропускания различных составных частей падающего света.
Основное значение работы Ньютона состоит в том, что она опрокинула догму, приписываемую Аристотелю или Теофрасту и принятую учеными во времена Ньютона, о том, что «чистый» свет (такой как свет, приписываемый Солнцу) по своей сути является белым или бесцветным и изменяется в цвет путем смешения с тьмой, вызванной взаимодействием с материей. Ньютон доказал обратное: свет состоит из различных спектральных оттенков (он описывает семь — красного, оранжевого, желтого, зеленого, синего, синего и фиолетового), а все цвета, включая белый, образованы различными смесями этих оттенков. . Он демонстрирует, что цвет возникает из физического свойства света – каждый оттенок преломляется под характерным углом призмой или линзой – но он ясно заявляет, что цвет – это ощущение в уме, а не неотъемлемое свойство материальных объектов или самого света. . Например, он демонстрирует, что красный фиолетовый (пурпурный) цвет можно смешать, перекрывая красный и фиолетовый концы двух спектров, хотя этот цвет не появляется в спектре и, следовательно, не является «цветом света». Соединив красный и фиолетовый концы спектра, он организовал все цвета в единую систему. цветовой круг , который количественно предсказывает цветовые смеси и качественно описывает воспринимаемое сходство оттенков.
Вклад Ньютона в призматическую дисперсию был первым, в котором были описаны массивы из нескольких призм. Конфигурации с несколькими призмами, являющиеся расширителями луча, стали центральными в конструкции перестраиваемого лазера более 275 лет спустя и подготовили почву для развития теории многопризменной дисперсии . [3] [4]
Оптика и Принципы [ править ]
 |
Оптика во многом отличается от «Начал» . Впервые он был опубликован на английском языке, а не на латыни , используемой европейскими философами, что способствовало развитию народной научной литературы. Книга представляет собой образец научно-популярного изложения: хотя английский язык Ньютона несколько устарел (он проявляет любовь к длинным предложениям со множеством уточнений), книгу все же легко понять современному читателю. Напротив, немногие читатели времен Ньютона находили «Начала» доступными или даже понятными. Его формальный, но гибкий стиль демонстрирует разговорные выражения и метафорический выбор слов.
В отличие от «Начал» , «Оптика» не разрабатывается с использованием геометрической конвенции предложений , доказываемых путем вывода из предыдущих предложений, лемм или первых принципов (или аксиом ). Вместо этого аксиомы определяют значение технических терминов или фундаментальных свойств материи и света, а заявленные положения демонстрируются посредством конкретных, тщательно описанных экспериментов. В первом предложении книги говорится, что Мой замысел в этой книге состоит не в том, чтобы объяснить свойства света с помощью гипотез, а в том, чтобы предложить и доказать их с помощью разума и экспериментов. В Experimentum Crusis или «критическом эксперименте» (Книга I, Часть II, Теорема ii) Ньютон показал, что цвет света соответствует его «степени преломляемости» (углу преломления) и что этот угол не может быть изменен дополнительными отражение или преломление или пропускание света через цветной фильтр.
Эта работа представляет собой путеводитель по искусству экспериментатора, демонстрируя на многих примерах, как использовать наблюдение, чтобы предложить фактические обобщения о физическом мире, а затем исключить конкурирующие объяснения с помощью конкретных экспериментальных тестов. В отличие от «Начал» , которые клялись выдвигать гипотезы Non fingo или «Я не делаю гипотез» вне дедуктивного метода, «Оптика» развивает предположения о свете, выходящие за рамки экспериментальных данных: например, что физическое поведение света обусловлено его «корпускулярной» природой. как маленькие частицы , или что воспринимаемые цвета были гармонически пропорциональны, как тона диатонической музыкальной гаммы.
Запросы [ править ]
Оптика завершается набором «Запросов». В первом издании таких запросов было шестнадцать; это число было увеличено в латинском издании, опубликованном в 1706 году, а затем в исправленном английском издании, опубликованном в 1717/18 году. Первый набор запросов был кратким, но последующие превратились в короткие эссе, занимающие много страниц. В четвертом издании 1730 года был 31 запрос, и именно знаменитый «31-й запрос» в течение следующих двухсот лет стимулировал множество спекуляций и разработок теорий химического сродства .
Эти запросы, особенно более поздние, касаются широкого спектра физических явлений, далеко выходящих за рамки любой узкой интерпретации предмета «оптики». Они касаются природы и передачи тепла; возможная причина тяжести; электрические явления; природа химического действия ; способ, которым Бог создал материю в «Начале»; правильный способ заниматься наукой; и даже этическое поведение людей. Эти запросы на самом деле не являются вопросами в обычном смысле слова. Почти все они поставлены отрицательно, как риторические вопросы . То есть Ньютон не задается вопросом, «является ли свет» или «может ли быть» «телом». Скорее он спрашивает: «Разве Свет не есть Тело?» Эта форма не только указывает на то, что у Ньютона был ответ, но и на то, что она может продолжаться на многих страницах. Очевидно, как заявил Стивен Хейлз (твердый ньютоновец начала восемнадцатого века), это был способ объяснения Ньютона «путем запроса».
Прием [ править ]
« Оптику » широко читали и обсуждали в Англии и на континенте. Раннее представление работы Королевскому обществу стимулировало ожесточенный спор между Ньютоном и Робертом Гуком по поводу «корпускулярной» или корпускулярной теории света , что побудило Ньютона отложить публикацию работы до смерти Гука в 1703 году. и, в частности, во Франции и « Начала» , и «Оптика» были первоначально отвергнуты многими натурфилософами, которые продолжали защищать картезианскую натурфилософию и аристотелевскую версию цвета и утверждали, что им трудно воспроизвести эксперименты Ньютона с призмой. Действительно, аристотелевская теория фундаментальной природы белого света защищалась в XIX веке, например, немецким писателем Иоганном Вольфгангом фон Гете в его « Zur Farbenlehre» (Теория цветов) 1810 года.
Ньютоновская наука стала центральным вопросом в нападках философов эпохи Просвещения на натурфилософию, основанную на авторитете древнегреческих или римских натуралистов или на дедуктивном рассуждении из первых принципов (метод, пропагандируемый французским философом Рене Декартом ), а не на применении математических рассуждений к опыту или эксперименту. Вольтер популяризировал ньютоновскую науку, включая содержание « Начал» и « Оптики» , в своих «Элементах философии Ньютона» (1738), а примерно после 1750 года — комбинацию экспериментальных методов, примером которых является « Оптика» , и математических методов, примером которых являются «Начала». были созданы как единая и всеобъемлющая модель ньютоновской науки. Некоторыми из основных адептов этой новой философии были такие выдающиеся личности, как Бенджамин Франклин , Антуан-Лоран Лавуазье и Джеймс Блэк .
После Ньютона многое было изменено. Томас Янг и Огюстен-Жан Френель показали, что волновая теория Христиана Гюйгенса , описанная в его «Трактате о свете» (1690 г.), может доказать, что цвет является видимым проявлением длины волны света. Наука также постепенно пришла к пониманию разницы между восприятием цвета и математизируемой оптикой. Немецкий поэт Гете в своей эпической диатрибе « Теория цвета» не смог поколебать ньютоновскую основу – но «одну дыру Гете действительно нашел в доспехах Ньютона. Ньютон посвятил себя доктрине, согласно которой преломление без цвета невозможно. Поэтому он думал, что объективы телескопов должны навсегда оставаться несовершенными, поскольку ахроматизм и рефракция несовместимы. Этот вывод был доказан. Доллонд ошибается» ( Джон Тиндалл , 1880 г. ). [5] )
См. также [ править ]
- Теория цвета
- Светоносный эфир
- Призма (оптика)
- Теория цвета
- Книга оптики (Ибн аль-Хайсам)
- Элементы философии Ньютона (Вольтер)
- Теория многопризменной дисперсии
Ссылки [ править ]
- ^ Перейти обратно: а б Ньютон, Исаак (1998). Оптика: или трактат об отражениях, преломлениях, изгибах и цветах света. Также два трактата о видах и величинах криволинейных фигур . Комментарий Николаса Хьюмеза (ред. Octavo). Пало-Альто, Калифорния: Октаво. ISBN 1-891788-04-3 . ( Оптика была первоначально опубликована в 1704 году).
- ^ Ньютон, Исаак. «Гидростатика, оптика, звук и тепло» . Проверено 10 января 2012 г.
- ^ Ф. Дж. Дуарте и Дж. А. Пайпер, Теория дисперсии многопризменных расширителей луча для импульсных лазеров на красителях, Опт. Коммун. 43 , 303–307 (1982).
- ^ П. Роулендс, Ньютон и современная физика (World Scientific, Лондон, 2017).
- ^ Popular Science Monthly/Том 17/июль 1880 г.) http://en.wikisource.org/wiki/Popular_Science_Monthly/Volume_17/July_1880/Goethe's_Farbenlehre:_Theory_of_Colors_II
- Бернли, Дэвид История английского языка: справочник, 2-е издание, 2000 г., Pearson Education Limited.
Внешние ссылки [ править ]
Полные и бесплатные онлайн-издания Newton's Opticks.
- Rarebookroom, первое издание
- Библиотека ETH, первое издание
- Галлика, первое издание
- Интернет-архив, четвертое издание
- Интернет-архив, перепечатка в Дувре, четвертое издание
- Проект Гутенберг оцифровал текст и изображения четвертого издания
- Цифровая библиотека Кембриджского университета, статьи по гидростатике, оптике, звуку и теплу - рукописные статьи Исаака Ньютона, содержащие черновой вариант оптики.
Аудиокнига «Оптика», являющаяся общественным достоянием, на LibriVox
