Предчувствия и свершения. Книга 1. Великие ошибки - Ирина Львовна Радунская

Через несколько лет малоизвестный бельгийский учёный Люкас повторил опыты Ньютона и получил иной результат, как мы теперь знаем, более правильный. Он работал с «лёгкими» призмами и не пользовался свинцовым сахаром для просветления воды. Поэтому его призмы разлагались между собой, и экспериментатор смог уловить разницу в их способности преломлять свет.

Однако Ньютон упорно отрицал результаты Люкаса, хотя сам и не повторял более опытов с призмами.

Так Ньютон не только прошёл мимо важного открытия, но и задержал развитие одного из направлений оптики — учения о дисперсии.

До конца жизни упорствовал Ньютон в своей ошибке.

Первый его зеркальный телескоп был прибором-малюткой: длина — всего 15 сантиметров, зеркало — диаметром в 2,5 сантиметра, — и давал он не очень хорошее изображение. Но был прост и дёшев и почти не уступал по силе увеличения более крупным линзовым телескопам. До нас не дошёл этот приборчик, сделанный молодым Ньютоном, но другой, с пятисантиметровым зеркалом, послуживший непосредственной причиной избрания Ньютона членом Королевского общества, сохраняется до сих пор как реликвия — это национальная гордость Англии.

Как ни малы эти первые зеркальные телескопы Ньютона, они являются предками всех крупнейших современных телескопов, в том числе гиганта с пятиметровым зеркалом на горе Маунт Паломар и непревзойдённого шестиметрового рефлектора Зеленчукской обсерватории.

Гениальная непоследовательность Декарта

Возглавив совсем молодым человеком кафедру математики Тринити-колледжа, Ньютон уделял этой науке не очень много сил. Он читал лекции по оптике, а также готовил к изданию сборник лекций по оптике своего предшественника профессора Барроу.

Углубившись в одну из самых древних наук, Ньютон с удивлением обнаруживает, сколько в ней недосказанного, неубедительного, приблизительного. Пожалуй, только Декарт отважился внести в неё количественный критерий, задумался о связи следствий и причин. До него оптика представляла собой набор отдельных фактов, объединённых лишь геометрическим описанием Евклида. Если учёные могли ответить на вопрос о том, как возникают оптические изображения, то вопрос, почему это происходит так, а не иначе, решился поставить лишь Декарт.

Декарт ясно понимал значение оптики для общего развития науки, он хотел улучшить зрительную трубу и продолжить астрономические исследования Галилея. Так возник его труд «Диоптрика».

В первой главе он намерен объяснить все известные свойства света и вывести ещё не известные. Но при этом он полностью отступает от своей превосходной программы. Он опирается не на опыт, а на аналогии, на поверхностные аналогии: луч света аналогичен палке, при помощи которой слепец получает представление о предметах; это некое движение или некое действие, которое идёт от светящегося тела к глазам; как два потока сусла, вытекая из двух отверстий в чане с виноградом, не смешиваются, так два потока тонкой материи, исходящей из Солнца к нашим глазам, не возмущают друг друга и не возмущаются обычной материей; световой луч подобен брошенному мячу.

Говоря о природе света, Декарт рассуждает о толчках эфира и вводит гипотезу светового флюида, подобно тому как для объяснения электричества и магнетизма он вводит соответствующие электрический и магнитный флюиды.

Всё это далеко от ясности и отчётливости. Но Декарт, жонглируя сравнениями луча света то с палкой слепца, то с потоком жидкости, то с мячом, рассматривает все известные ему оптические явления. Понять это не смогли даже его ближайшие ученики.

И тем не менее Декарт, пользуясь поверхностными аналогиями, делает открытие, которое оказалось полным сюрпризом. Об этом рассказывается во второй части «Диоптрики», где идёт речь о законах отражения и преломления света. Всё рассуждение ведется, однако, не для света, а для твёрдых тел.

Проследим за ходом мыслей Декарта. Пусть, рассуждал он, мяч падает на сетку. Пусть он прорывает её. Что происходит с мячом? Он меняет скорость. Только ли это? Нет, он ещё меняет своё первоначальное направление, отклоняясь в сторону. Разве не то же происходит с лучом света, падающего на границу раздела двух сред? — делает вывод Декарт.

Математика даёт закон движения мяча, прошедшего сквозь порванную сетку. На основании смутной аналогии Декарт предполагает, что этот закон верен для лучей света.

Даже при поверхностном знании физики легко догадаться, что Декарт избрал позицию геометра. Он разлагает фактическое движение мяча на две составляющие, и… его встречает чудо! Он выводит закон преломления света!

С точки зрения физика, такая позиция неубедительна и не может привести учёного к пониманию глубины явления. Но результат, который получил Декарт, феноменален — он разрешает многострадальную, так до XVII века и не решённую проблему об отношении между падающим и преломленным лучами света.

Когда Декарт заявляет об этом, выясняется, что закон преломления уже открыт опытным путём скромным и малоизвестным учёным по фамилии Снелиус…

Так, впервые за две тысячи лет, прошедших после Евклида, математика, на основе мысленного опыта с твёрдыми телами, дала закон, правильно описывающий поведение световых лучей. В науке появился закон Снелиуса — Декарта: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная.

То, что Снелиус опередил Декарта, не умаляет действительно замечательного достижения, к которому Декарт пришёл самым непостижимым, даже легкомысленным образом. Его закон верен, так как полностью согласуется с опытом. Однако чудо не длится вечно. И, сделав правильно первый шаг, Декарт споткнулся на следующем. Опасность, которая его подстерегла, не была особенно неожиданной, он должен был её заметить при своём геометрическом подходе к явлению.

Из полученной Декартом формулы вытекало, что более плотная среда преломляет свет сильнее, чем среда менее плотная. Но геометрия показывала, что так может быть, только если свет в менее плотной среде распространяется быстрее, чем в более плотной. Вместе с тем Декарт был уверен в том, что скорость света бесконечна. Как же бесконечное может увеличиваться?! Возникла неувязка, логическое противоречие, ибо не может быть ничего большего, чем бесконечность…

Вместе с тем к убеждению о том, что скорость света бесконечна, Декарт пришёл, обдумывая результаты, полученные астрономами. Если скорость света конечна, рассуждает он, то её сложение со скоростью Земли должно привести к кажущемуся смещению положений звёзд на небе. Но наблюдал ли кто-нибудь это смещение? Нет, не наблюдал. То, что сегодня называется аберрацией, во времена Декарта никому не было известно из-за неточности астрономических наблюдений. Аберрация была открыта и изучена лишь через сто лет.

Основываясь на отсутствии аберрации, Декарт мог с чистой совестью верить в бесконечность скорости света.

Ну а раз это так, то как же скорость света может увеличиваться при переходе света, скажем, из воды в воздух?

Как Декарт справился с этим противоречием? Он не