Глаз и Солнце - Сергей Вавилов

Опыт 13. Я помещал в однородном свете бумажный кружок диаметром в четверть дюйма; в непреломленном разнородном белом свете солнца я помещал другой бумажный круг того же диаметра. Отходя от кругов на расстояние нескольких футов, я рассматривал оба круга через призму. Круг, освещаемый разнородным светом солнца, казался весьма удлиненным, как и в опыте четвертом, длина была в несколько раз больше ширины; но другой круг, освещаемый однородным светом, казался круглым и вполне отчетливым, как и при наблюдении простым глазом, что доказывает все предложение.

Опыт 14. Я помещал в однородном свете мух и другие подобные мелкие предметы и, рассматривая через призму, видел их части столь же отчетливыми, как и при наблюдении простым глазом. Я рассматривал также сквозь призму те же предметы, помещенные в непреломленный неоднородный белый свет, и видел крайне неясно, так что не мог отличить их малые части одну от другой. Я помещал также небольшой печатный лист сначала в однородный свет и затем в неоднородный и, рассматривая буквы через призму, видел, что в последнем случае они были столь неясны и неотчетливы, что я не мог их читать; в первом случае, однако, они казались настолько отчетливыми, что я мог бегло читать, и думаю, что видел их так же отчетливо, как и при наблюдении простым глазом. В обоих случаях я рассматривал те же предметы, сквозь ту же призму, на том же расстоянии от меня и в том же положении. Разница была только в отношении света, освещающего предметы, который в одном случае был простым, а в другом сложным; поэтому отчетливая видимость в первом случае и неясность в последнем могли возникать только от различия света, что доказывает все предложение. В этих трех опытах примечательно, кроме того, то, что цвет однородного света никогда не менялся при преломлении.

Предложение VI. Теорема V. Синус падения всякого луча, рассматриваемого отдельно, находится в данном отношении к синусу преломления.

Предложение VII. Теорема VI. Усовершенствованию телескопов препятствует различная преломляемость лучей света.

Несовершенство телескопов обыкновенно приписывается сферической форме стекол, и поэтому математики предложили отшлифовывать стекла по коническим сечениям. Для того чтобы показать их ошибку, я включил настоящее предложение, справедливость которого будет ясна из величин преломлений различных сортов лучей. <…>

Если лучи всех сортов, идущие от некоторой светящейся точки, расположенной на оси выпуклой линзы, сходятся вследствие преломления линзы в точках, не слишком удаленных от линзы, то фокус наиболее преломляемых лучей будет ближе к линзе, чем фокус наименее преломляемых лучей, на расстояние, которое весьма точно относится к 27 1/2-й части расстояния фокуса лучей средней преломляемости от линзы, как расстояние между фокусом и светящейся точкой, от которой идут лучи, относится к расстоянию между светящейся точкой и линзой.

Для исследования того, является ли разность преломлений, испытываемых в объективных стеклах телескопов и других подобных стеклах наиболее и наименее преломляемыми лучами, идущими из той же точки, такой величины, как здесь описано, я придумал следующий опыт.

Опыт 16. Линза, которой я пользовался во втором и восьмом опытах, помещалась на расстоянии шести футов и одного дюйма от предмета, собирая изображение предмета при помощи лучей средней преломляемости на расстоянии шести футов и одного дюйма от линзы с другой стороны.<…> Я отделил теперь неоднородные лучи один от другого, получая окрашенный спектр, длина которого была приблизительно в двенадцать или пятнадцать раз больше ширины. Я отбрасывал этот спектр на печатную книгу и, помещая вышеупомянутую линзу на расстояние шести футов и одного дюйма от спектра так, чтобы получить изображение освещенных букв на том же расстоянии с другой стороны, нашел, что изображения букв, освещаемых синим, были ближе к линзе, чем изображения, освещаемые глубоким красным, на расстояние около трех дюймов или трех с четвертью, но изображения букв, освещаемых индиго или фиолетовым, были столь неясными и неотчетливыми, что я не мог их читать.

Рассматривая после этого призму, я нашел, что в ней всюду, с одного конца стекла к другому, пробегали жилы, так что преломление не могло быть правильным. Я взял поэтому другую призму без жил и вместо букв воспользовался двумя или тремя параллельными черными линиями, которые были несколько шире, чем линии букв; отбрасывая цвета на эти линии так, чтобы линии проходили вдоль цветов от одного конца спектра к другому, я нашел, что фокус, где отбрасывает наиболее отчетливое изображение индиго, или граница между индиго и фиолетовым, приблизительно на 4 или 4 1/4 дюйма ближе к линзе, чем тот фокус, где отбрасывается наиболее отчетливое изображение тех же черных линий самым глубоким красным цветом. Фиолетовый цвет был столь слаб и темен, что я не мог в этом свете ясно отличить изображение линий, и поэтому, приняв во внимание, что призма была сделана из темного окрашенного зеленоватого стекла, я взял другую призму из прозрачного белого стекла, но спектр цветов, образованный этой призмой, обладал длинными белыми потоками слабого света, выбрасываемыми с обоих концов цветов, что заставило меня заключить о каком-то упущении; рассмотрев призму, я нашел два или три маленьких пузырька в стекле, неправильно преломлявших свет. Поэтому я закрыл эту часть стекла черной бумагой и, пропуская свет через остальную часть, свободную от таких пузырьков, получил спектр цветов без неправильных потоков света, такой, какой я желал. Но я все же нашел, что фиолетовая часть столь темна и слаба, что изображение линий в фиолетовом свете едва можно было видеть и ничего не было видно в самой глубокой его части, примыкающей к концу спектра. Я заподозрил поэтому, что этот слабый и темный цвет растворяется тем рассеянным светом, который неправильно отражается и преломляется частью весьма малыми пузырьками в стеклах и частью вследствие неоднородности полировки стекла: этот свет, хотя и небольшой, но белый, может быть достаточен для действия на чувство, настолько сильного, что он мешает явлениям слабого и темного фиолетового цвета; поэтому я попробовал, как в 12-м, 13-м и 14-м опытах, не состоит ли свет этой окраски из заметной смеси однородных лучей, но не нашел этого. Преломления этого света не приводили к появлению другого заметного цвета, кроме фиолетового; иное должно бы произойти для белого света, а следовательно, и для данного фиолетового света, если бы он был заметно смешан с белым светом.

Вследствие этого я заключил, что основанием того, почему я не мог видеть отчетливого изображения линий в этом цвете, были только темнота этого цвета, его тонкость и удаленность от оси линзы; я разделил поэтому параллельные черные линии на равные части, при помощи которых я мог ясно определить расстояние цветов в спектре одного от другого, и отметил расстояния линзы от фокусов тех цветов, которые отбрасывали отчетливое изображение линий; затем я посмотрел, будет ли разность этих расстояний находиться в таком отношении к 5 1/3 дюйма (наибольшей разности расстояний, которую должны иметь фокусы самого глубокого красного и фиолетового от линзы), как отношение расстояния наблюдаемых цветов спектра к наибольшему расстоянию самого глубокого красного и фиолетового, измеренному по прямолинейным сторонам спектра, т. е. к длине этих сторон, или избытку длины спектра над его шириной. <…>

Лучи, отличающиеся по преломляемости, не сходятся в одном фокусе; если они идут от светящейся точки, столь же удаленной от одной стороны линзы, как их фокусы от другой, то фокус наиболее преломляемых лучей будет ближе к линзе, чем фокус наименее преломляемых лучей, более чем на четырнадцатую часть всего расстояния. <…> Но если бы все лучи света преломлялись одинаково, то остающаяся ошибка, проистекающая только от сферичности стекол, была бы в несколько сот раз меньше. <…> Поэтому ошибка, возникающая вследствие сферической формы стекла, относится к ошибке, возникающей вследствие различной преломляемости лучей, как 961/72 000 000 к 4/55, т. е. как 1 к 5449; она сравнительно столь мала, что не заслуживает внимания.

Но вы скажете, если ошибки, вызываемые различной преломляемостью, столь велики, то как же возникают в телескопе столь отчетливые изображения предметов? Я отвечу, что это происходит потому, что лучи, вносящие ошибку, рассеиваются неравномерно по всему круглому пространству, но собираются бесконечно плотнее в центре, чем в других частях круга, и на пути от центра к окружности непрерывно делаются реже и реже, становясь на окружности бесконечно редкими; благодаря их разреженности они недостаточно сильны, чтобы быть видимыми, за исключением центра и поблизости от него. <…>

Но кроме того, следует заметить, что наиболее яркими призматическими цветами являются желтый и оранжевый. Они действуют на чувства более сильно, чем все остальные цвета вместе; следующими по силе являются красный и зеленый. Синий в сравнении с ними – слабый и темный цвет, индиго и фиолетовый – еще темнее и слабее, так что в сравнении с сильными цветами они имеют малое значение. Поэтому изображения предметов должны ставиться не в фокус лучей средней преломляемости, находящихся на границе зеленого и синего, но в фокус тех лучей, которые находятся между оранжевым и желтым, там, где свет наиболее ярок и блестящ, т. е. в наиболее ярком желтом цвете, где он ближе к оранжевому, чем к зеленому. <…>