Введение
Книга Исаака Ньютона – книга Исаака Ньютона «Оптика, или Трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света», опубликованная на английском языке в 1704 году (ученый латинский перевод появился в 1706 году). В книге анализируется фундаментальная природа света посредством преломления света призмами и линзами, дифракции света на близко расположенных стеклянных пластинах и поведения цветовых смесей с использованием спектральных источников света или пигментных порошков. «Оптика» стала второй крупной работой Ньютона в области физических наук и считается одним из трех важнейших трудов по оптике эпохи научной революции (наряду с «Astronomiae Pars Optica» Кеплера и «Traité de la Lumière» Гюйгенса). Имя Ньютона не было указано на титульном листе первого издания «Оптики».
the book by Newton
Opticks: or, A Treatise of the Reflexions, Refractions, Inflexions and Colours of Light is a book by Isaac Newton that was published in English in 1704 (a scholarly Latin translation appeared in 1706). The book analyzes the fundamental nature of light by means of the refraction of light with prisms and lenses, the diffraction of light by closely spaced sheets of glass, and the behaviour of color mixtures with spectral lights or pigment powders. Opticks was Newton's second major book on physical science and it is considered one of the three major works on optics during the Scientific Revolution (alongside Kepler's Astronomiae Pars Optica and Huygens' Traité de la Lumière). Newton's name did not appear on the title page of the first edition of Opticks.
Обзор
Публикация "Оптики" стала важным вкладом в науку, отличавшимся от "Математических начал натуральной философии", но в некотором смысле соперничавшим с ней, однако имя Исаака Ньютона не было указано на обложке первого издания. "Оптика" в значительной степени представляет собой запись экспериментов и выводов, сделанных на их основе, охватывающих широкий спектр тем, которые впоследствии стали известны как физическая оптика, в частности, дисперсия, или разделение света на спектр его составных цветов. Он показывает, как возникает восприятие цвета благодаря селективному поглощению, отражению или пропусканию различных составных частей падающего света. Основное значение работы Ньютона заключается в том, что она опровергла догму, приписываемую Аристотелю или Теофрасту и принятую учеными во времена Ньютона, согласно которой "чистый" свет (например, солнечный свет) по своей природе белый или бесцветный и приобретает цвет в результате смешения с тьмой, вызванной взаимодействием с материей. Ньютон показал обратное: свет состоит из различных спектральных оттенков (он описывает семь – красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый), и все цвета, включая белый, образуются из различных сочетаний этих оттенков. Он демонстрирует, что цвет возникает из физического свойства света – каждый оттенок преломляется призмой или линзой под характерным углом, – но при этом четко указывает, что цвет – это ощущение в сознании, а не неотъемлемое свойство материальных объектов или самого света. Например, он демонстрирует, что пурпурный цвет можно получить, накладывая красный и фиолетовый концы двух спектров, хотя этот цвет отсутствует в спектре и, следовательно, не является "цветом света". Соединяя красный и фиолетовый концы спектра, он организовал все цвета в виде цветового круга, который количественно предсказывает смешение цветов и качественно описывает воспринимаемое сходство между оттенками. Вклад Ньютона в призмальную дисперсию стал первым, кто представил схемы с использованием нескольких призм. Конфигурации с несколькими призмами, используемые в качестве расширителей пучка, более чем через 275 лет стали ключевыми в разработке перестраиваемых лазеров и заложили основу для развития теории дисперсии с использованием нескольких призм.
Оптики и Принципии
Оптика во многих отношениях отличается от «Математических начал натуральной философии». Впервые она была опубликована на английском языке, а не на латыни, которую использовали европейские философы, что способствовало развитию научной литературы на родном языке. Книга является образцом научно-популярного изложения: хотя английский язык Ньютона несколько устарел – он проявляет склонность к длинным предложениям с множеством уточнений – книгу всё ещё может легко понять современный читатель. В отличие от этого, немногие читатели эпохи Ньютона находили «Математические начала натуральной философии» доступными или даже понятными. Его формальный, но гибкий стиль демонстрирует разговорные выражения и метафорический выбор слов. В отличие от «Математических начал натуральной философии», «Оптика» не строится на геометрической системе 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 сформулированные положения демонстрируются посредством конкретных, тщательно описанных экспериментов. Первое предложение книги гласит: «Цель этой книги – не объяснять свойства света посредством гипотез, а предлагать и доказывать их с помощью разума и экспериментов». В Experimentum crucis, или «решающем эксперименте» (Книга I, Часть II, Теорема II), Ньютон показал, что цвет света соответствует его «степени преломления» (углу преломления), и что этот угол нельзя изменить дополнительным отражением или преломлением, либо пропуская свет через цветной фильтр. Эта работа – настольная книга экспериментатора, демонстрирующая на многочисленных примерах, как использовать наблюдение для выдвижения фактических обобщений о физическом мире, а затем исключать конкурирующие объяснения с помощью конкретных экспериментальных проверок. В отличие от «Математических начал натуральной философии», которая провозглашала Non fingo hypotheses, или «Я не создаю гипотез» вне дедуктивного метода, «Оптика» развивает предположения о свете, выходящие за рамки экспериментальных данных: например, что физическое поведение света обусловлено его «корпускулярной» природой, то есть природой мелких частиц, или что воспринимаемые цвета гармонически пропорциональны, как тоны диатонической музыкальной гаммы.
Вопросы
"Оптика" завершается набором "Вопросов" (Queries). В первом издании их было шестнадцать; это число было увеличено в латинском издании 1706 года, а затем в пересмотренном английском издании 1717/18 годов. Первоначальные Вопросы были краткими, но последующие превратились в небольшие эссе, занимающие множество страниц. В четвертом издании 1730 года было 31 Вопрос, и именно знаменитый "31-й Вопрос" на протяжении последующих двухсот лет стимулировал множество спекуляций и развитие теорий химического сродства. Эти Вопросы, особенно более поздние, охватывают широкий спектр физических явлений, выходящий далеко за рамки узкого понимания предмета "оптики". Они касаются природы и распространения тепла, возможных причин гравитации, электрических явлений, природы химических реакций, того, как Бог сотворил материю "в начале", правильных методов научного исследования и даже этического поведения человека. Эти Вопросы – не вопросы в обычном смысле этого слова. Почти все они сформулированы в отрицательной форме, как риторические вопросы. То есть Ньютон не спрашивает, "является ли" свет "телом" или "может ли быть" "телом". Он спрашивает: "Разве свет не является телом?". Эта формулировка не только указывает на то, что у Ньютона был ответ, но и на то, что он может быть развернут на многих страницах. Очевидно, что, как заметил Стивен Хейлс (убежденный ньютонианец начала XVIII века), это был способ Ньютона объяснять вещи "посредством Вопросов".
Прием
"Оптика" широко читалась и обсуждалась в Англии и на континенте. Ранняя презентация работы Королевскому обществу вызвала ожесточённый спор между Ньютоном и Робертом Гуком относительно "корпускулярной" или корпускулярной теории света, что побудило Ньютона отложить публикацию работы до смерти Гука в 1703 году. На континенте, и особенно во Франции, как "Математические начала натуральной философии" ("Principia"), так и "Оптика" первоначально были отвергнуты многими естествоиспытателями, которые продолжали защищать картезианскую философию природы и аристотелевское учение о цвете, утверждая, что эксперименты Ньютона с призмами трудно воспроизвести. Действительно, аристотелевская теория о фундаментальной природе белого света защищалась вплоть до XIX века, например, немецким писателем Иоганном Вольфгангом фон Гете в его "Теории цветов" (Zur Farbenlehre, 1810). Ньютоновская наука стала центральным вопросом в критике, развернутой философами эпохи Просвещения против философии природы, основанной на авторитете древнегреческих или римских натуралистов или на дедуктивном рассуждении из первых принципов (методе, пропагандируемом французским философом Рене Декартом), а не на применении математического мышления к опыту или эксперименту. Вольтер популяризировал ньютоновскую науку, включая содержание как "Математических начал натуральной философии", так и "Оптики", в своих "Элементах философии Ньютона" (1738), и примерно после 1750 года сочетание экспериментальных методов, продемонстрированных в "Оптике", и математических методов, продемонстрированных в "Математических началах натуральной философии", утвердилось как единая и всеобъемлющая модель ньютоновской науки. Среди главных сторонников этой новой философии были такие выдающиеся личности, как Бенджамин Франклин, Антуан Лоран Лавуазье и Джеймс Блэк. После Ньютона многое было пересмотрено. Томас Янг и Огюстен Жан Френель показали, что волновая теория, описанная Кристианом Гюйгенсом в его "Трактате о свете" (1690), может доказать, что цвет является видимым проявлением длины волны света. Наука также постепенно стала признавать различие между восприятием цвета и математически обоснованной оптикой. Немецкий поэт Гете со своей эпической критикой "Теория цветов" не смог поколебать ньютоновский фундамент, но "одну брешь в доспехах Ньютона Гете всё же обнаружил: Ньютон придерживался доктрины о невозможности преломления без дисперсии. Поэтому он считал, что объективы телескопов навсегда останутся несовершенными, поскольку ахроматизм и преломление несовместимы. Это предположение было опровергнуто Доллондом". (Джон Тиндалл, 1880).