Poskusi z Newtonovo svetlobo. Poskusi s prizmo. Spektralna sestava svetlobe

Ni bilo težko dokazati napačnosti takih sklepov z izvajanjem ustreznih poskusov z istimi prizmami. Vendar tega pred Newtonom ni naredil nihče.

1.4. Newtonovi poskusi s prizmami. Newtonova teorija o izvoru barv

Veliki angleški znanstvenik Isaac Newton je izvedel celo vrsto optičnih poskusov s prizmami, ki jih je podrobno opisal v "Optici", " Nova teorija svetloba in barve«, pa tudi v »Predavanja iz optike«. Newton je prepričljivo dokazal napačnost ideje, da barve nastanejo iz mešanice teme in bele svetlobe. Na podlagi svojih poskusov je lahko izjavil: »Nobena barva ne nastane iz bele in črne, pomešane skupaj, razen temnih vmes; količina svetlobe ne spremeni videza barve.” Newton je pokazal, da bela svetloba ni temeljna, treba jo je obravnavati kot sestavljeno (po Newtonu »nehomogeno«; v sodobni terminologiji »nemonokromatsko«); glavne so različne barve (»enotni« žarki ali drugače »enobarvni« žarki). Pojav barv pri poskusih s prizmami je posledica razgradnje sestavljene (bele) svetlobe na glavne sestavine (različne barve). Do te razgradnje pride, ker ima vsaka barva svojo stopnjo loma. To so glavni sklepi Newtona; se popolnoma ujemajo s sodobnimi znanstvenimi idejami.

Optične študije, ki jih je izvedel Newton, so zelo zanimive ne le z vidika dobljenih rezultatov, ampak tudi z metodološkega vidika. Metoda raziskovanja s prizmo, ki jo je razvil Newton (zlasti metoda križanih prizm), je preživela stoletja in vstopila v arzenal sodobne fizike.

Začetek optične raziskave, si je Newton zadal nalogo, »ne razložiti lastnosti svetlobe s hipotezami, temveč jih predstaviti in dokazati s sklepanjem in eksperimenti«. Pri preizkušanju tega ali onega položaja si je znanstvenik običajno izmislil in izvedel več različnih poskusov. Poudaril je, da je treba na različne načine »preverjati isto, saj obilje ne ovira tistega, ki preizkuša«.

Poglejmo si nekaj najzanimivejših Newtonovih poskusov s prizmami in zaključke, do katerih je znanstvenik prišel na podlagi dobljenih rezultatov. Velika skupina poskusov je bila namenjena preverjanju ujemanja med barvo žarkov in stopnjo njihovega loma (z drugimi besedami, med barvo in vrednostjo lomnega količnika). Izpostavimo tri takšne izkušnje.

Poskus 1. Prehajanje svetlobe skozi prekrižane prizme. Pred luknjo A, ki prepušča ozek snop sončne svetlobe v zatemnjen prostor, je postavljena prizma z vodoravno usmerjenim lomnim rebrom (slika 4.3a).

Na zaslonu se pojavi navpično podolgovat barvni trak CF, najbolj zunanji spodnji del ki je pobarvan rdeče, zgornji pa je vijoličen. S svinčnikom narišemo konture traku na zaslonu. Nato med obravnavano prizmo in zaslon postavimo še eno podobno prizmo, le da mora biti lomni rob druge prizme usmerjen navpično, to je pravokotno na lomni rob prve prizme. Svetlobni žarek, ki izhaja iz luknje A, gre zaporedoma skozi dve prekrižani prizmi. Na zaslonu se prikaže trak spektra KF, premaknjen glede na konturo KF vzdolž osi X. V tem primeru se izkaže, da je vijolični konec traku premaknjen v večji meri kot rdeči, tako da je spekter. trak je videti nagnjen proti navpičnici. Newton pride do zaključka: če nam poskus z eno samo prizmo omogoča trditi, da žarki z različnimi stopnjami loma ustrezajo različnim barvam, potem poskus s prekrižanimi prizmami dokazuje tudi nasprotno stališče - žarki različnih barv imajo različne stopnje loma. . Dejansko je žarek, ki se najbolj lomi v prvi prizmi, vijoličen žarek; Ko gre skozi drugo prizmo, ta vijolični žarek doživi največji lom. Ko je razpravljal o rezultatih poskusa s prekrižanimi prizmami, je Newton zapisal: »Iz tega poskusa tudi sledi, da potekajo lomi posameznih žarkov po istih zakonih, bodisi da so pomešani z žarki drugih vrst, kot v beli svetlobi, ali lomljena ločeno ali s predhodno pretvorbo svetlobe v barve."

Na sl. Slika 4.4 prikazuje drugo različico poskusa s prekrižanimi prizmami: skozi prizme gresta dva enaka svetlobna žarka. Oba žarka tvorita enake spektralne pasove na zaslonu, kljub temu, da v prvi prizmi žarki iste barve (vendar iz različnih žarkov) potujejo različno dolgi poti.

To je ovrglo zgoraj omenjeno domnevo, da je barva odvisna od dolžine poti žarka znotraj prizme.

Poskus 3. Prehod svetlobe skozi sistem, ki ga sestavljata dve prizmi in odbojno ogledalo.

Žarek sončnih žarkov, ki zapusti luknjo A, gre skozi prizmo 1 in nato zadene zrcalo 2. Zrcalo usmerimo tako, da pošilja v prizmo 3 samo tisti del žarkov, ki se lomi v v največji meri. Ti žarki, ki so bili lomljeni v prizmi 3, padejo na zaslon v območju točke B. Nato premaknemo zrcalo 2 in ga zdaj postavimo tako, da pošlje v prizmo 3 tiste žarke, ki se lomijo na najmanjšo stopnjo(glej sliko vrstice). Po lomu v prizmi 3 bodo ti žarki zadeli zaslon v območju točke C. Jasno je razvidno, da se bodo tisti žarki, ki se v največji meri lomijo v prvi prizmi, najmočneje lomili v drugi prizmi.

Vsi ti poskusi so Newtonu omogočili samozavesten sklep: »Poskusi dokazujejo, da imajo žarki, ki se različno lomijo, različne barve; dokazano je tudi obratno, da so različno obarvani žarki različno lomljeni.«

Nato Newton zastavi vprašanje: "Ali je mogoče spremeniti barvo žarkov katere koli vrste ločeno z lomom?" Po zaključku serije skrbno premišljenih poskusov znanstvenik pride do negativnega odgovora na zastavljeno vprašanje. Oglejmo si enega od teh poskusov.

Poskus 4. Prehajanje svetlobe skozi prizme in zaslone z režami

Žarek sončnih žarkov prizma 1 razgradi na barve. Nekaj ​​žarkov določene barve gre skozi luknjo B v zaslonu, ki je nameščen za prizmo. Ti žarki gredo nato skozi luknjo C v drugem zaslonu, nato pa padejo na prizmo 2. Z vrtenjem prizme 1, z uporabo zaslonov z luknjami, je mogoče izolirati žarke ene ali druge barve iz spektra in preučiti njihov lom v prizmi 2. Izkušnje so pokazale, da lom v prizmi 2 ne povzroči spremembe barve žarkov.

dr. Akademik MIA

LLC ICC "Sistemi in tehnologije"

Glavni raziskovalec

Opomba:

V članku je na podlagi analize Newtonovih optičnih poskusov in novih poskusov razkrita netočnost Newtonovih zaključkov glede barvnih komponent svetlobnega toka in utemeljeno, da svetlobo sestavljajo trije materialni nosilci, katerih posamezen in skupni vpliv na vizualnem aparatu živalskega organizma povzroča ustrezne asociacije v možganih, ki prikazujejo naravo barvne raznolikosti.

Članek, ki temelji na analizi optičnih poskusov Newtona in novih poskusov, je razkril netočnost Newtonovih spoznanj o barvnih komponentah svetlobe in dokazal, da svetlobo sestavljajo trije fizični mediji, posamezni in skupni vpliv na vidni aparat živalskega organizma pa imenuje ustrezen Asociacija možganov, ki prikazuje barvno pestrost narave.

Ključne besede:

Newton; prizma; disperzija; nosilci barvnih komponent.

Newton; prizma; disperzija; nosilci neželeznih komponent.

UDK 535.1, 535.6

O Newtonovih (1642-1727) poskusih disperzije svetlobe je leta 1672 poročal Kraljevski družbi v Londonu. In od tega trenutka so znani znanstveniki kritizirali rezultate poskusov. Intenzivnost odnosa med Newtonom in njegovimi nasprotniki je bila takrat skoraj enaka kot med Brunom in člani italijanske znanstvene srenje, ki so ga poslali na grmado. Vendar pa so danes, glede na očitnost rezultatov teh poskusov, od katerih so nekateri zlahka preverljivi ob upoštevanju pogojev izvajanja poskusov, kot jih je opisal Newton, zaključki velikega fizika priznani moderna znanost kot znanje, pridobljeno z izkušnjami. Da bi razumeli netočnosti, opažene v Newtonovih poskusih, na sliki 1 prikazujemo njegov diagram poskusov z dvema prizmama.

Slika 1 ([Slika 118 iz Newtonove »Optike« (objavljena 1721). »Razlaga. Naj S predstavlja Sonce, F luknjo v oknu, ABC prvo prizmo, DH drugo prizmo, Y krožno sliko Sonca ki jo tvori neposredno svetlobni žarek, ko so prizme odstranjene, PT je podolgovata slika Sonca, ki jo tvori isti žarek, ko gre samo skozi prvo prizmo, ko je druga prizma odstranjena, je pt slika, ki jo dobimo s križem -lomi obeh prizem skupaj"]

Kot veste, je Newton nastali vzorec barvnih pasov imenoval disperzija. V prejeti disperziji je prepoznal barve RDEČO, ORANŽNO, RUMENO, ZELENO, MODRO, MODRO, VIJOLIČASTO. Te barve je poimenoval monokromatske barve in verjel, da so »vse barve brezbrižne do kakršnih koli meja sence in zato razlika med barvami med seboj ne izhaja iz različnih meja sence, zaradi česar bi bila svetloba spremenjeno na različne načine kot so mislili filozofi doslej."

Potem ko je svetlobni tok, ki ga razgradi prva prizma, prešel skozi drugo prizmo, je Newton verjel, da je za vse barvne komponente, ki jih je identificiral, opazil vzorec - te barvne komponente imajo različne lomne količnike.

V okoliščinah, ki jih je opazil Newton in se zdi, da se kažejo v zgoraj omenjenih poskusih, ki jih je nekdo ponovil, bi se bilo treba strinjati z njegovimi zaključki:

Svetlobni tok je sestavljen iz sedmih monokromatskih komponent, vključno z rdečo, oranžno, rumeno, zeleno, modro, indigo in vijolično;

Vsaka od naštetih komponent ima svoj lomni količnik.

Hkrati ugotavljamo, da je Newton s posebno kategoričnostjo ugotovil, da je disperzijo, ki jo je pridobil, izvedel na zelo ozki luknji (verjetno ne večji od premera zatiča).

Podatke iz Newtonovih poskusov s prizmo so fiziki vse do sredine 19. stoletja interpretirali kot dokaz korpuskularne hipoteze o svetlobnem toku. V 20. stoletju so znanstveniki ponovno razmislili o svojem odnosu do teh poskusov v povezavi s poskusi Fresnela, Younga in Maxwellove hipoteze o elektromagnetne narave svetlobni tok. Toda, kot je zapisal Einstein, »...zgodovina iskanja teorije svetlobe nikakor ni končana. Razsodba 19. stoletja ni bila zadnja in dokončna. Za sodobne fizike celoten problem izbire med korpuskulami in valovi spet obstaja, zdaj v veliko globlji in kompleksnejši obliki. Sprejmimo poraz korpuskularne teorije svetlobe, dokler ne odkrijemo, da je narava zmage valovna teorija problematično."

Rezultati novih poskusov s prizmo ustvarjajo nepremostljive ovire za njihovo razlago s stališča valovne hipoteze svetlobnega toka, vendar so precej enostavno razložljivi s stališča korpuskularne hipoteze.

V novih poskusih je bila namesto okrogle luknje uporabljena navpična reža po sliki 2.

riž. 2. Nova shema poskusi

Širino reže lahko spremenite s premičnimi neprozornimi loputami "a" in "b" črne (temne) barve. Krila so postavljena navpično na okensko steklo. Če čez dan opazujemo to vrzel skozi en del (levi ali desni, prikazan s črtkanimi in polnimi puščicami) vodoravne prizme, bomo opazili nenavaden pojav.

Ta pojav je sestavljen iz dejstva, da se na notranjih robovih ventilov, ki tvorijo režo, oblikuje par barvnih trakov. En par je sestavljen iz navpičnih črt rdeče in rumene barve. Drugi par ima črte turkizne in vijolične barve. Poleg tega se z večanjem razdalje med prizmo in režo povečuje širina barvnih trakov, meje med rumenimi in turkiznimi trakovi pa se približujejo. Meje rumene in turkizne črte lahko zbližamo z vrtenjem prizme okoli navpične osi. Ko sta zaklopki dovolj oddaljeni drug od drugega, je med rumeno in turkizno črto jasno viden trak belega svetlobnega toka (slika 3 na levi).

Ko se ventila "a" in "b" premakneta, se meje med rumenimi in turkiznimi črtami približajo druga drugi, kar vodi do zmanjšanja širine bele črte na nič pri določeni širini reže. Nadaljnje zoženje vrzeli vodi do presečišča (prekrivanja) rumenih in turkiznih črt. V tem primeru je območje presečišča rumenih in turkiznih črt obarvano zeleno (slika 3, tipa II in IV).

Slika 3. Opazovana slika po eksperimentalni shemi na sl.2

Ko spremenite kot gledanja (iz polne puščice v črtkano puščico), se pari barvnih vrstic zamenjajo. Toda hkrati je v srednjem delu presečišča rumenih in turkiznih črt še vedno zelena črta.

Od tistih, prikazanih na sl. 3 eksperimentalni rezultati kažejo, da disperzijski vzorec vsebuje trak zelene barve, ki ni enobarven. Njegovo pojavljanje določa presečišče rumenih in turkiznih trakov. Tisti. Zelena barva v svetlobnem toku ni enobarvna. Če uvedemo koncept "barvnega nosilca" v svetlobnem toku, nam rezultat eksperimenta omogoča, da trdimo, da je pojav zelene slike v človeških možganih posledica hkratnega vpliva na občutljive elemente oči nosilcev svetlobe. rumene in turkizne barve.

Če pa pri nastanku zelene barve sodelujeta dva nosilca, potem je dvobarvna. To naj bi vplivalo na rezultate poskusov z dvema prizmama P1 in P2 (slika 4). In prejel je točno tako, kot je bilo pričakovano.

Slika 4. Rezultati poskusov z dvema prizmama

Opozoriti je treba, da je na sl. 4, ko se spremeni pogled skozi drugo krilo druge prizme, zamenjajo barve območij na koncih rdeče, zelene in vijolične črte.

Iz teh poskusov sledi:

Barva zelenega traku ni enobarvna. Zelena barva je posledica tvorbe v možganih hkratnega učinka na občutljive elemente oči nosilcev rumene in turkizne barve;

Barva rdečega traku ni enobarvna. Rdeča barva je posledica hkratne izpostavljenosti občutljivim elementom oči nosilcev rumene in vijolične barve (na sliki 4 - spodnji trak disperzijskega vzorca);

Barva vijolične črte ni enobarvna. Vijolična barva je posledica hkratnega vpliva na občutljive elemente oči nosilcev lila in turkizne barve (na sliki 4 - zgornji trak disperzijskega vzorca);

Barva rumenega traku je tako kot barva turkiznega traku enobarvna.

Proge rdeče, zelene in vijolične rože od prve prizme, ko gredo skozi drugo prizmo, se zmanjšajo po dolžini za linearno vrednost ustreznih dveh barv, oblikovanih na koncih teh trakov.

1. Newtonova hipoteza o barvnih komponentah svetlobnega toka, po kateri je sončna svetloba sestavljena iz sedmih monokromatskih barv (rdeča, oranžna, rumena, zelena, modra, indigo, vijolična), ne ustreza resničnosti.

2. Posamezni (mono) nosilci rdeče, zelene in vijolične barve v naravi ne obstajajo. Te barve so posledica izpostavljenosti občutljivega očesnega sistema vsaj dvema nosilcema.

3. V naravi obstajajo tri nosilke - turkizna nosilka, rumena nosilka in lila nosilka. Raznolikost barvnih odtenkov je določena s kombinacijo ustreznih količin nosilcev turkizne, lila in rumene rože(Bog ljubi življenje).

4. Omejitev števila nosilcev svetlobnega toka na 3 nam omogoča trditi, da bela Svetlobni tok je določen s hkratno izpostavljenostjo očesa enakim deležem nosilcev turkizne, lila in rumene barve.

Bibliografija:

1. Newton I. Optika, ali razprava o odbojih, lomih, upogibih in barvah svetlobe. Serija: Classics of Natural History, knj. 17, M.-L. GIZ, 1927, 374 str.
2. Albert Einstein. Srečanje znanstvena dela. T. IV. M.: Nauka, 1967. – Str. 357 - 543.
3. Skvortsov V. Mladi Newton in sončna svetloba/Republika Baškortostan. št. 230, 2.12.2009.

ocene:

22.06.2017, 15:44 Sukharev Ilya Georgievich
Pregled: Pregled članka NEWTONOVI POSKUSI S PRIZMO: BISTVO IN POSLEDICE (avtor dr. Oleg Vladimirovič Tarkhanov, akademik MIA, LLC ICC "Sistemi in tehnologije", glavni raziskovalec). Glavna posledica Newtonovih poskusov je ugotovitev, da bela svetloba Sonca vsebuje spekter valov različnih frekvenc. Za poskus je bila uporabljena lastnost odvisnosti lomnega kota od frekvence valovanja, ki prehaja skozi vmesnik med dvema medijema z različno gostoto. S prehodom svetlobe skozi prizmo, kjer je prišlo do dvojnega loma, so bile barve vidne na zaslonu. On je kot priznani avtor tega poskusa identificiral 7 osnovnih barv. Mimogrede, če bi bil daltonist, bi jih bilo manj. A to je povsem nepomembno za pomen eksperimenta, imenovanega disperzija, to je razgradnja svetlobnega žarka valovanja na frekvenčne komponente. Podoben poskus lahko izvedemo na primer v mikrovalovnem območju z dielektrično radiotransparentno prizmo in njegov pomen bo ostal enak, ne da bi razlikovali barvne lestvice. Izkušnje avtorja članka lahko razdelimo na dve temi. Prvo lahko pogojno imenujemo opazovanje kalejdoskopskih učinkov, drugo pa lastnost vida, da mešane barve zazna kot barvo, ki se razlikuje od prvotnih. Prva izkušnja ima zelo pozitiven učinek tako na otroke kot odrasle, drugo izkušnjo pa profesionalno uporabljajo umetniki in izdelovalci konvergenčnih sistemov slikovnih cevi. to je govorimo o o znanih učinkih. Ne priporočam te objave.

5.07.2017, 17:24
Pregled: Če je večina avtorjevih odgovorov na recenzije in recenzije prilagojena obliki članka v obliki razprave in diskusije ali v drugi obliki, potem recenzent izrazi pozitiven odziv na članek in ga priporoči za objavo. S spoštovanjem do avtorja!

Komentarji uporabnikov:

2.7.2017, 14:06 Mirmovič-Tihomirov Eduard Grigorijevič Pregled: Dragi Oleg Vladimirovič! Morda ste samo želeli utemeljiti temeljno naravo formule RGB v IT in to triado vzporediti z našimi palicami in stožci? Toda sprva so ciljali na dualizem. S t.i "dualizem" potem je vse preprosto. Ste ljubitelj biljarda? Elastični, tekoči, zasukani udarci v grobih in gladkih poljih. Postavite kroglice na svoje mesto slonovina hidrodinamični sferični (sferični) objekt. Tukaj imate difrakcijo in dualizem ter vse vrste kvantnih s tunelskimi prehodi ovir. Ni še časa, da bi razumeli temeljno naravo vašega članka. Morda bo k temu pripomogla razprava tukaj z dvomi Ilje Georgijeviča! V vmesnem času ne bo nič napisano v recenzirani obliki, da ne vržemo morebitnega otroka iz kopeli.

3.7.2017, 9:12 Tarhanov Oleg Vladimirovič Pregled: ODGOVOR NA KOMENTAR Eduarda Grigorijeviča Mirmoviča-Tihomirova Dragi Eduard Grigorijevič! Hvala, ker ste prebrali članek in pomislili: "V tem času ne bo nič napisano v recenzirani obliki, da ne vržemo morebitnega otroka iz kopalnice." Po vprašanjih sodeč, vas verjetno zanimajo moje izgnane želje glede “RGB, IT, stožci in palice” pred izvedbo eksperimenta, opisanega v članku? Odgovor na vprašanje: "Nisem imel takšne želje." Glede zgodovine želje po objavi članka v reviji 1. Leta 2009 sem namestniku urednika Sovetskaya Bashkiria pokazal izkušnjo, ki sem jo izvedel nekaj desetletij prej. Izkazalo se je, da je diplomant tehnična univerza in je bil dobro seznanjen z Newtonovimi poskusi. Videti različne rezultate pri obeh resnična doživetja , V. Skvortsov je menil, da je mogoče izkušnjo, ki mu je bila prikazana, objaviti v časopisu. Od takrat je minilo osem let. Povsem naravno je, da sem se zavedal posledic rezultatov poskusa s spremenljivo linearno velikostjo luknje. Nov poskus, v katerem je bilo mogoče to velikost spremeniti iz katere koli velike velikosti v veliko manjšo od velikosti Newtonove luknje igle, je pričal, da se je mladi Newton zmotil pri določanju števila barv. Toda glavna stvar, ki je ni bilo mogoče določiti v Newtonovem poskusu, je bila narava zelene komponente spektra. To je ovirala majhna velikost luknje, zaradi katere ni bilo mogoče preučiti redukcije rumene in smaragdne komponente do mejnega stika in njihovega kasnejšega postopnega preseka. Nova izkušnja, za katero ne vem, da bi jo ovrgli, dokazuje, da ta »zelena« komponenta ni enobarvna. Z razširitvijo poskusa po poti, ki jo je našel že Newton (z uporabo druge prizme), je bilo mogoče odpraviti monokromatizem rdeče in vijolične komponente. To je tudi opisano v članku. Ostalo je v članku predstavljeno ne v obliki trditev, temveč v obliki opisa poskusov in posledic eksperimenta. Seveda sem najrazličnejšim občinstvom večkrat demonstriral izkušnjo s prizmo in tako rekoč nastavljivo režo. Hkrati so tako šolarji kot študentje in učitelji potrdili, da (v odgovoru na vprašanje »kakšne barvne črte vidite?«) ne vidijo drugih barv kot tistih, ki jih zlahka opazimo (par na robovih različnih vrata in zelena po prekrivanju rumenih in turkiznih črt). Tisti. Povprečna vizija udeležencev v poskusu, pa tudi avtorja eksperimenta, je bila precej "zdrava" - brez "barvno slepih" odstopanj. Za pisanje članka je bilo odločilno Newtonovo mnenje o nesprejemljivosti hipotez in Einsteinovo mnenje o nestabilnosti dualizma. In starost je pomembna. Seveda sem poznal in poznam moč »ljubezni« tistih, ki so prepričani v dualizem. Toda, kot pravijo, "šiva v vreči ne moreš skriti" in "Platon je moj prijatelj, a resnica je dražja." 2. Glede žogic. Na žalost Comptonov učinek ne podpira fotonskega dualizma. 3. Glede na navedeno menim, da me je kot diplomanta Fakultete za tehniko in fiziko vodila in me vodi preprosta želja - štirideset let po eksperimentu, ta eksperiment predstaviti bralcu in fizični skupnosti. Hkrati sem upošteval, da je živi Hooke Newtona pripeljal do skrajne previdnosti - Newton je objavil "Optiko" po smrti Hookeja, ki je Newtona "jedel" živega trideset let. Toda mi kot skupnost znanstvenikov igramo tako rekoč vlogo kolektivnega »GOOK-a«. Na žalost je to dejstvo. Privržencev Newtona, Plancka in Einsteina je premalo. To je nujno - Newtonu so ploskali za poskus, ki ni bil povsem pravilen, tukaj pa očitno pokopljejo z zelo lahkomiselnimi namigi. Seveda je »teža« dualizma zelo, zelo neznosna. Opisani poskus je le mejnik.

3.7.2017, 14:04 Mirmovič-Tihomirov Eduard Grigorijevič Pregled: Nadaljujemo razpravo o vaših poskusih ... 1. V IT se barve RGB, kot veste (in vsi), štejejo za temeljne, ne fraktalno aditivne, in njihovo dodajanje ali superpozicija povzroči vse druge barve. Toda barve same so vsaj rezultat interakcije trije elementi narava: frekvenca f s svojo disperzijo df, različna za različne f + interakcija z naravnimi frekvencami naših oči + živčne in možganske transformacije v naše občutke (kjer je redko mesto barvna slepota, barvne variacije avtističnega spektra, ki niso še raziskano itd.). S svojimi poskusi trdite, da primarna, temeljna in »univerzalna konstanta« v našem vesolju niso te tri frekvence in ne frekvenca (mikrorazpon) rumene barve (ne bom navedel vrednosti), ampak zelena. Ali je tako? 2. Se popolnoma strinjam. In to je ločen pogovor. V biljardu so udarci, ko bela krogla popolnoma teče okoli ciljne krogle in se giblje v nasprotju z Newtonovimi zakoni ali dualizmom. In ni kaj reči o delcih, kot so milni mehurčki, ki so sposobni deformacije. Kontinuiteta in valovna narava sta projekcija naših interpretacij, ki temeljijo na našem »napačnem poznavanju« nečesa. Kontinuiteta in večnost vključuje le univerzalno vrtenje in učinke kvaziturbulence, ki generirajo manjše strukture vrtenja vse do mikro in t.i. elementarni delci. 3. V sporih R. Hooka, G. Leibniza in celo J. Berkeleyja sem na njihovi strani in ne na strani I. Newtona. Če govorite o mojih »zelo lahkih namigih«, potem ne zarijem oči v material ali sam material v neko luknjo, ampak pokažem zanimanje zanj pred pregledom.

7.4.2017, 15:34 Tarhanov Oleg Vladimirovič Pregled: ODGOVOR NA RECENZIJO z dne 3. julija 2017 Mirmovich-Tikhomirova Eduard Grigorievich Spoštovani Eduard Grigorievich! 1. Naj začnem naslednje pojasnilo k članku z delom vaše tretje točke. Vaš odnos do članka se mi zdi dokaj logičen in ... pravilen glede na »težino dualizma«. Svoj odnos do "namigov" sem opisal v obliki izjav brez utemeljitve in nimajo mesta v svojem odgovoru na recenzijo Ilje Georgijeviča Suhareva. 2. Glede “IT RGB barv” in vaše mnenje glede nosilnih frekvenc. 2.1. Moram se strinjati, da so nosilci svetlobnega toka hipotetični (drugače ne morem utemeljiti) in je zaenkrat edini znak njihove medsebojne razlike frekvenca. Ne morem podajati praktičnih izjav o naravi frekvence svetlobnih komponent. 2.2. Glede interakcije eksperimentalno identificiranih nosilcev, ki so odgovorni za barvne reakcije možganov, nato pa glede vaših misli o posledicah interakcije identificiranih nosilcev z našimi organi optičnih transformacij, potem se moramo, v odsotnosti česar koli drugega, s tem strinjati . 2.3. Glede temeljnosti "univerzalne konstante", ki temelji na določenih parametrih rumenega nosilca ali zelenega nosilca, verjamem, da če obstaja tak " univerzalna konstanta", potem je njegova narava povezana s tremi nosilci in ne z enim od njih. Poleg tega je naravo povezave (v neformalnem smislu, kot na primer pri Plancku) treba še določiti. Po mojem mnenju ta narava ne izhaja neposredno iz izvedenih poskusov. Zelo pomembne so informacije o snoveh v občutljivih elementih oči in o naravi interakcije nosilcev s temi snovmi. Vendar te informacije še nimam. Hkrati posamezni nosilci zelene, rdeče in modre, kot izhaja iz izkušenj, opisanih v članku, v naravi ne obstajajo. To je zmota teorije in nepopolnost prakse rgbistov. 3. Menim, da imamo dovolj razlogov, da upoštevamo mnenja treh znanstvenikov, ki ste jih omenili. Morda je imel Newton več »sreče« glede svojih čisto inventivnih »razodetij« (luknja majhnega premera), uporabe druge prizme in tridesetletnega molka. Na luknji z večjim premerom (približno tri Newtonove premere luknje in prizma blizu luknje) bi bil razočaran - ne bi dobil zveznega spektra. Imel pa bi samo štiri barvne črte, od katerih bi dva para (rdeče-rumena in turkizno-vijolična) ločevala bela svetloba, ne zelena. Tarkhanov O.V.

V tisočletni zgodovini znanosti je bilo izvedenih na stotisoče fizikalnih poskusov. Ni lahko izbrati nekaj "najboljših"

Spremeni velikost besedila: A A

Med ameriškimi fiziki in Zahodna Evropa je bila izvedena anketa. Raziskovalca Robert Kreese in Stoney Book sta ju prosila, naj navedeta najlepše fizikalne poskuse v zgodovini. Raziskovalec Laboratorija za nevtrinsko astrofiziko je spregovoril o eksperimentih, ki so se uvrstili med prvih deset po rezultatih raziskave Kriza in Booka. visoke energije, kandidat fizikalnih in matematičnih znanosti Igor Sokalsky. 1. Poskus Eratostena iz Cirene Enega najstarejših znanih fizikalnih poskusov, s katerim so izmerili polmer Zemlje, je v 3. stoletju pred našim štetjem izvedel knjižničar znamenite Aleksandrijske knjižnice Erastoten iz Cirene. Eksperimentalna zasnova je preprosta. Opoldne, na dan poletnega solsticija, je bilo v mestu Siena (zdaj Asuan) Sonce v zenitu in predmeti niso metali senc. Na isti dan in ob istem času je v mestu Aleksandrija, ki leži 800 kilometrov od Siene, Sonce odstopilo od zenita za približno 7°. To je približno 1/50 polnega kroga (360°), kar pomeni, da je obseg Zemlje 40.000 kilometrov, polmer pa 6300 kilometrov. Zdi se skoraj neverjetno, da tako izmerjeno preprosta metoda Izkazalo se je, da je polmer Zemlje le 5% manj kot vrednost, pridobljen z najnatančnejšim sodobne metode, poroča spletno mesto. 2. Poskus Galilea Galileja V 17. stoletju je prevladovalo Aristotelovo stališče, ki je učil, da je hitrost, s katero telo pada, odvisna od njegove mase. Težje kot je telo, hitreje pade. Opažanja, ki si jih lahko vsak izmed nas vsakdanje življenje, se zdi, da to potrjuje. Poskusite hkrati izpustiti lahek zobotrebec in težak kamen. Kamen se bo hitreje dotaknil tal. Podobna opažanja so pripeljala Aristotela do zaključka, da temeljna lastnina sila, s katero Zemlja privlači druga telesa. Pravzaprav na hitrost padanja ne vpliva le sila gravitacije, ampak tudi sila zračnega upora. Razmerje teh sil pri lahkih in težkih predmetih je različno, kar vodi do opazovanega učinka.

Italijan Galileo Galilei je dvomil v pravilnost Aristotelovih zaključkov in našel način, kako jih preizkusiti. Da bi to naredil, je s poševnega stolpa v Pisi v istem trenutku vrgel topovsko kroglo in veliko lažjo kroglo iz muškete. Oba telesa sta imela približno enako poenostavljena oblika, zato so bile tako za jedro kot kroglo sile zračnega upora zanemarljive v primerjavi s silami privlačnosti. Galileo je ugotovil, da oba predmeta dosežeta tla v istem trenutku, to pomeni, da je hitrost njunega padca enaka.

Rezultati, ki jih je dosegel Galileo, so posledica zakona univerzalna gravitacija in zakon, po katerem je pospešek telesa premo sorazmeren s silo, ki deluje nanj, in obratno sorazmeren z maso. 3. Še en poskus Galilea Galileija Galileo je izmeril razdaljo, ki jo kroglice, ki se kotalijo po nagnjeni deski, pretečejo v enakih časovnih intervalih, kar je avtor eksperimenta izmeril z vodno uro. Znanstvenik je ugotovil, da če bi se čas podvojil, bi se kroglice kotalile štirikrat dlje. Ta kvadratna odvisnost je pomenila, da se kroglice pod vplivom gravitacije gibljejo pospešeno, kar je bilo v nasprotju z 2000 let samoumevno Aristotelovo izjavo, da se telesa, na katera deluje sila, gibljejo z konstantna hitrost, medtem ko če na telo ne deluje sila, potem miruje. Rezultati tega Galilejevega poskusa, kot tudi rezultati njegovega poskusa s poševnim stolpom v Pisi, so kasneje služili kot osnova za oblikovanje zakonov klasična mehanika. 4. Eksperiment Henryja Cavendisha Potem ko je Isaac Newton formuliral zakon univerzalne gravitacije: sila privlačnosti med dvema telesoma z maso Mit, ki sta med seboj ločeni z razdaljo r, je enaka F=γ(mM/r2), je ostalo še določiti vrednost gravitacijska konstanta γ- Za to je bilo potrebno izmeriti silo privlačnosti med dvema telesoma znane mase. To ni tako enostavno narediti, saj je sila privlačnosti zelo majhna. Občutimo silo gravitacije Zemlje. Toda nemogoče je občutiti privlačnost celo zelo velike gore v bližini, saj je zelo šibka.

Potrebna je bila zelo subtilna in občutljiva metoda. Izumil in uporabil ga je leta 1798 Newtonov rojak Henry Cavendish. Uporabil je torzijsko tehtnico - zibalnik z dvema kroglicama, obešenima na zelo tanko vrvico. Cavendish je izmeril premik nihajne roke (rotacijo), ko so se druge krogle večje mase približale tehtnici. Za povečanje občutljivosti je bil premik določen s svetlobnimi točkami, ki so se odbijale od ogledal, nameščenih na gugalnicah. Kot rezultat tega poskusa je Cavendish lahko precej natančno določil vrednost gravitacijske konstante in prvič izračunal maso Zemlje.

5. Eksperiment Jeana Bernarda Foucaulta

Francoski fizik Jean Bernard Leon Foucault je leta 1851 eksperimentalno dokazal vrtenje Zemlje okoli svoje osi s pomočjo 67-metrskega nihala, obešenega na vrh kupole pariškega Panteona. Nihajna ravnina nihala ostane nespremenjena glede na zvezde. Opazovalec, ki se nahaja na Zemlji in se vrti z njo, vidi, da se vrtilna ravnina počasi obrača v smeri, ki je nasprotna smeri vrtenja Zemlje. 6. Poskus Isaaca Newtona Leta 1672 je Isaac Newton izvedel preprost poskus, ki je opisan v vseh šolski učbeniki. Ko je zaprl polkna, je vanje naredil majhno luknjo, skozi katero je šel sončni žarek. Na pot žarka je bila postavljena prizma, za prizmo pa zaslon. Na zaslonu je Newton opazil "mavrico": beli sončni žarek, ki je šel skozi prizmo, se je spremenil v več barvnih žarkov - od vijolične do rdeče. Ta pojav imenujemo disperzija svetlobe.

Sir Isaac ni bil prvi, ki je opazil ta pojav. Že na začetku našega štetja je bilo znano, da imajo veliki monokristali naravnega izvora lastnost razgradnje svetlobe na barve. Prva raziskovanja disperzije svetlobe pri poskusih s stekleno trikotno prizmo sta že pred Newtonom opravila Anglež Hariot in češki naravoslovec Marzi.

Vendar pred Newtonom takšna opažanja niso bila podvržena resni analizi in zaključki, narejeni na njihovi podlagi, niso bili navzkrižno preverjeni z dodatnimi poskusi. Tako Hariot kot Marzi sta ostala privrženca Aristotela, ki je trdil, da so razlike v barvi določene z razlikami v količini teme, "pomešane" z belo svetlobo. Vijolična barva se po Aristotelu pojavi, ko je največja količina svetlobe dodana temi, rdeča pa, ko je temi dodana najmanjša količina. Newtonu je uspelo dodatni poskusi s prekrižanimi prizmami, ko gre svetloba skozi eno prizmo, potem gre skozi drugo. Na podlagi vseh svojih poskusov je sklenil, da »nobena barva ne nastane iz mešanice bele in črne, razen vmesnih temnih; količina svetlobe ne spremeni videza barve.” Pokazal je, da je treba belo svetlobo obravnavati kot spojino. Glavne barve so od vijolične do rdeče. Ta Newtonov poskus je izjemen primer, kako različni ljudje, ki opazujejo isti pojav, ga interpretirajo na različne načine, do pravilnih zaključkov pa pride le tisti, ki dvomi o svoji interpretaciji in izvaja dodatne poskuse. 7. Poskus Thomasa Younga Do začetka 19. stoletja so prevladovale ideje o korpuskularni naravi svetlobe. Svetloba je veljala za sestavljeno iz posameznih delcev – korpuskul. Čeprav je pojava difrakcije in interference svetlobe opazoval Newton (»Newtonovi obroči«), je splošno sprejeto stališče ostalo korpuskularno. Če pogledate valove na površini vode iz dveh vrženih kamnov, lahko vidite, kako lahko valovi, ki se med seboj prekrivajo, interferirajo, torej izničijo ali medsebojno krepijo. Na podlagi tega je angleški fizik in zdravnik Thomas Young leta 1801 izvajal poskuse s svetlobnim snopom, ki je šel skozi dve luknji v neprozornem zaslonu in tako oblikoval dva neodvisna vira svetlobe, podobna dvema kamnoma, vrženim v vodo. Posledično je opazil interferenčni vzorec, sestavljen iz izmenjujočih se temnih in belih robov, ki ne bi mogli nastati, če bi svetlobo sestavljale korpuskule. Temne proge so ustrezale področjem, kjer svetlobni valovi iz dveh rež se izničujeta. Svetlobni trakovi so se pojavili tam, kjer so se svetlobni valovi medsebojno krepili. Tako je bila dokazana valovna narava svetlobe.

8. Eksperiment Klausa Jonssona

Nemški fizik Klaus Jonsson je leta 1961 izvedel poskus, podoben poskusu interference svetlobe Thomasa Younga. Razlika je bila v tem, da je Jonsson namesto svetlobnih žarkov uporabil žarke elektronov. Dobil je interferenčni vzorec, podoben tistemu, ki ga je Young opazil pri svetlobnih valovih. S tem se je potrdila pravilnost določil kvantna mehanika o mešani korpuskularno-valovni naravi osnovnih delcev. 9. Poskus Roberta Millikana Ideja, da je električni naboj katerega koli telesa diskreten (to pomeni, da je sestavljen iz večje ali manjše množice elementarnih nabojev, ki niso več podvrženi fragmentaciji), se je pojavila že l. začetku XIX stoletja in so ga podpirali tako znani fiziki, kot sta M. Faraday in G. Helmholtz. V teorijo je bil uveden izraz "elektron", ki označuje določen delec - nosilec elementarnega električnega naboja. Ta izraz pa je bil takrat čisto formalen, saj niti delec sam niti z njim povezan elementarni električni naboj nista bila eksperimentalno odkrita. Leta 1895 je K. Roentgen med poskusi z razelektritveno cevjo ugotovil, da je njena anoda pod vplivom žarkov, ki letijo s katode, sposobna oddajati lastne rentgenske žarke ali rentgenske žarke. Istega leta je francoski fizik J. Perrin eksperimentalno dokazal, da so katodni žarki tok negativno nabitih delcev. Toda kljub ogromnemu eksperimentalnemu materialu je elektron ostal hipotetičen delec, saj ni bilo niti enega eksperimenta, v katerem bi sodelovali posamezni elektroni. Ameriški fizik Robert Millikan je razvil metodo, ki je postala klasičen primer eleganten fizikalni eksperiment. Millikanu je uspelo izolirati več nabitih kapljic vode v prostoru med ploščama kondenzatorja. Z osvetljevanjem z rentgenskimi žarki je bilo mogoče rahlo ionizirati zrak med ploščama in spremeniti naboj kapljic. Ko se je polje med ploščama vklopilo, se je kapljica pod vplivom električne privlačnosti počasi pomikala navzgor. Ko je bilo polje izklopljeno, je padlo pod vplivom gravitacije. Z vklopom in izklopom polja je bilo mogoče preučevati vsako od kapljic, suspendiranih med ploščama, 45 sekund, nato pa so izhlapele. Do leta 1909 je bilo mogoče ugotoviti, da je naboj katere koli kapljice vedno celo število večkratnik osnovne vrednosti e (naboj elektrona). To je bil prepričljiv dokaz, da so elektroni delci z enakim nabojem in maso. Z zamenjavo vodnih kapljic z oljnimi kapljicami je Millikan lahko podaljšal trajanje opazovanj na 4,5 ure in leta 1913, ko je enega za drugim odpravljal možne vire napak, objavil prvo izmerjeno vrednost naboja elektrona: e = (4,774 ± 0,009 ) x 10-10 elektrostatičnih enot. 10. Poskus Ernsta Rutherforda Do začetka 20. stoletja je postalo jasno, da so atomi sestavljeni iz negativno nabitih elektronov in neke vrste pozitivnega naboja, zaradi česar atom na splošno ostane nevtralen. Vendar je bilo preveč predpostavk o tem, kako izgleda ta »pozitivno-negativni« sistem, medtem ko je očitno primanjkovalo eksperimentalnih podatkov, ki bi omogočili izbiro v korist enega ali drugega modela. Večina fizikov je sprejela model J. J. Thomsona: atom kot enakomerno nabita pozitivna krogla s premerom približno 108 cm, v kateri lebdijo negativni elektroni. Leta 1909 je Ernst Rutherford (s pomočjo Hansa Geigerja in Ernsta Marsdena) izvedel poskus, da bi razumel dejansko strukturo atoma. V tem poskusu so težki pozitivno nabiti alfa delci, ki se gibljejo s hitrostjo 20 km/s, prešli skozi tanko zlato folijo in bili razpršeni na atomih zlata, pri čemer so odstopali od prvotne smeri gibanja. Za določitev stopnje odstopanja sta morala Geiger in Marsden z mikroskopom opazovati bliskavice na plošči scintilatorja, ki so se pojavile tam, kjer je delec alfa zadel ploščo. V dveh letih so prešteli približno milijon izbruhov in dokazali, da približno en delec od 8000 zaradi sipanja spremeni smer gibanja za več kot 90° (torej se obrne nazaj). To se nikakor ne bi moglo zgoditi v Thomsonovem "ohlapnem" atomu. Rezultati so jasno podprli tako imenovani planetarni model atoma - masivno drobno jedro, ki meri približno 10-13 cm, in elektroni, ki se vrtijo okoli tega jedra na razdalji približno 10-8 cm. Sodobni fizikalni poskusi so veliko bolj zapleteni od poskusov preteklosti. V nekaterih so naprave nameščene na površinah več deset tisoč kvadratnih kilometrov, v drugih zapolnijo prostornino velikosti kubičnega kilometra. In spet druge bodo kmalu izvedene na drugih planetih. Mimogrede, ali veš

S prehodom sončne svetlobe skozi stekleno prizmo je Newton odkril, da ima sončna svetloba kompleksno sestavo. Sestavljen je iz sevanja različne lomljivosti in različnih barv. Stopnja refrakcije in barva sevanja sta med seboj povezani. Newton je zapisal: "Najmanj lomljivi žarki so zmožni proizvesti samo rdečo barvo, in nasprotno, vsi žarki, ki so videti rdeči, imajo najmanjšo lomljivost." Diagram enega od poskusov je upodobljen na starodavni gravuri.

Ko je iz spektra izločil sevanje ene določene barve in ga drugič spustil skozi prizmo, je Newton ugotovil, da niso več razdeljene v spekter, saj so preprosto, oz homogena po sestavi.

Newton je homogeno sevanje izpostavil vsem vrstam transformacij: lomu, fokusiranju, odboju od različno obarvanih površin. Pokazal je, da dano homogeno sevanje ne more spremeniti svoje prvotne barve, ne glede na to, kakšnim transformacijam je podvrženo. Celotno paleto barv sestavljajo barve homogenih sevanj sončnega spektra in barve njihovih mešanic. Razen njih ni novih barv, pridobljenih s kakršnimi koli transformacijami svetlobe, ker vse transformacije so le različne transformacije istih sevanj. "...Če bi sončno svetlobo sestavljala samo ena vrsta žarkov, bi bila na celem svetu samo ena barva..."- Newton je trdil.

Pri Newtonu najprej najdemo delitev znanosti o barvah na dva dela: objektivni- fizično in subjektivno povezana s čutnim zaznavanjem. Newton piše: "... žarki, če smo natančni, niso obarvani. V njih ni nič drugega kot določena moč ali predispozicija, da vzbudijo eno ali drugo barvo." Newton nadalje potegne analogijo med zvokom in barvo. "Tako kot oscilatorna gibanja zrak, ki deluje na uho, povzroči občutek zvoka; delovanje svetlobe na oko povzroči občutek barve."

Newton je dal pravilno razlago barv naravnih teles in površin predmetov. Njegovo razlago je mogoče podati dobesedno. »Te barve izvirajo iz dejstva, da nekatera naravna telesa odbijajo določene vrste žarkov, druga telesa odbijajo nekatere vrste bolj obilno kot druge. Najmočneje odbijajo najmanjše lomljene žarke, zato se zdijo rdeče najbolj lomljeni žarki, zaradi česar imajo to barvo; tako tudi druga telesa odbijajo žarke svoje barve bolj kot druga in zaradi njihovega presežka in prevlade v odbiti svetlobi ima svojo barvo. ”

Newton je naredil prve poskuse na optično mešanje barv, kot tudi avtor klasifikacijo in njihovo kvantitativno izražanje.

Newton je zapisal: »Z mešanjem barv lahko dobimo barve, ki so po videzu podobne barvam homogene svetlobe, ne pa glede na nespremenljivost barv in strukturo svetlobe.« Tukaj je povsem jasno navedeno, da lahko sevanje z različno spektralno sestavo zaznamo kot enako barvno. V sodobni barvni znanosti ta pojav imenujemo neodvisnost barve od spektralne sestave sevanja. Daje podlago za določitev barve mešanice sevanj z barvami mešanih sevanj, ne da bi upoštevali njihovo spektralno sestavo.

Kasneje se bomo vrnili k temu vprašanju in videli, da je pojav barvne neodvisnosti razložen s strukturo očesa. A tega v Newtonovem času niso poznali. Ta pojav je odkril eksperimentalno in ga pozneje uporabil za iskanje barv mešanice sevanj na podlagi barv mešanih sevanj.

Newton je verjel, da obstaja sedem osnovnih barv, z mešanjem katerih lahko dobimo vse barve, ki obstajajo v naravi. To so rdeče, oranžne, rumene, zelene, modre, indigo in vijolične barve spektra sončna svetloba. Delitev spektra na sedem barv je do neke mere poljubna. O tem Wilhelm Oswald(1853-1932, nemški fizikalni kemik, v Nemčiji je organiziral poseben inštitut za preučevanje barvnih problemov) ugotavlja, da se hladno morsko zelenje in temno listnato zelenje razlikujejo po vizualna percepcija približno enako kot rdeče in vijolične barve. Toda po Newtonu so vse zelene barve predstavljene samo z eno barvo. Poleg tega je Newton zmotno verjel, da je vse barve mogoče dobiti z mešanjem sedmih osnovnih barv. Zdaj vemo, da so za to dovolj tri osnovne barve. Kljub temu tudi zdaj v ruščini, tako kot v mnogih drugih, uporabljajo teh sedem barv za označevanje preproste besede. Druge barve imenujemo bodisi zapletene besede, ki izhajajo iz teh sedmih, na primer modro-zelena, ali pa za to uporabljamo ne dejanska imena barv, temveč imena predmetov (teles), na primer opeka, turkizna, smaragdna itd.

Newton je prvi predstavil barvni graf, imenovan Newtonovo barvno kolo. Z njim je sistematiziral raznolikost barv in iz barv, ki so jih mešali, določil barvo njihove mešanice. Newton je grafično dodajanje barv zasnoval na pravilu iskanja težišča. To pravilo se še danes pogosto uporablja za barvne izračune na barvnih kartah in za kvantitativne značilnosti rože.

Na podlagi barvnega grafa in grafičnega seštevanja barv se logično sumi sklep, da lahko katero koli barvo dobimo z mešanjem samo treh barv. Vendar pa je trajalo več kot sto let po Newtonovi smrti, da je bil ta temeljni zakon znanosti o barvah dokončno uveljavljen in našel svojo razlago v predpostavki o tribarvni naravi vida.

Igor Sokalsky,
Kandidat fizikalnih in matematičnih znanosti
“Kemija in življenje” št. 12, 2006

V prejšnjih petih člankih serije Vesolje: snov, čas, prostor smo po analogiji z gledališčem govorili o tem, kako deluje naš svet. Čas in prostor tvorita oder, na katerem je najbolj kompleksno in zapleteno zgodbe glavni in manjši znakov, pa tudi nevidni akterji. Ostaja še govoriti o tebi in meni - o občinstvu. Nismo prišli pravočasno na začetek predstave, ki se je začela pred 14 milijardami let, v dvorani pa se je pojavila pred kratkim v kozmičnih časovnih merilih - minilo je le nekaj tisoč let. Vendar nam je uspelo veliko razumeti o gledališki akciji, čeprav je treba še veliko več odkriti. Vsi predstavniki človeške rase ne posvetijo svojega življenja poznavanju naravnih zakonov. Le majhen del, znanstveniki. Kako to počnejo, sta zadnja dva članka v seriji. Najprej se pogovorimo o najlepših fizikalnih poskusih preteklosti.
(Nadaljevanje. Za začetek glej št. 7, št. 9-, 2006)

Pljuni v oči vsakomur, ki pravi, da lahko objemaš neizmernost.
Kozma Prutkov

Zemlja je krogla s polmerom približno 6400 km. Jedro atoma helija je sestavljeno iz dveh protonov in dveh nevtronov. Moč gravitacijska privlačnost med dvema telesoma je premo sorazmerna s produktom njunih mas in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med njima. V naši galaksiji je približno 100 milijard zvezd. Temperatura površine Sonca je približno 6 tisoč stopinj. Ta preprosta fizikalna dejstva se seštevajo z desettisoči drugih, zelo različnih – prav tako lahko razumljivih, ali ne preveč preprostih ali popolnoma zapletenih –, ki tvorijo fizično sliko sveta.

Človek, ki se začne spoznavati s fiziko, ima neizogibno vsaj dve resni vprašanji.

Ali si morate vse zapomniti, da razumete?

Prvo vprašanje: ali se je res treba učiti in si zapomniti vsa do sedaj nabrana fizikalna dejstva, da bi razumeli strukturo vesolja in zakone, po katerih obstaja?! seveda ne. To je nemogoče. Preveč je dejstev. Neizmerno več, kot bi se spravilo ne le v človeške možgane, ampak celo na magnetni disk najsodobnejšega superračunalnika. Samo količina informacij o velikosti, temperaturi, spektralnem razredu in lokaciji vseh zvezd v naši galaksiji je 2-3 terabajtov. Če sem dodamo še druge značilnosti zvezd, se bo ta obseg povečal za nekaj deset ali celo stokrat. Količina podatkov se bo povečala milijonkrat več, če upoštevamo zvezde v drugih galaksijah. In tudi informacije o planetih, plinsko-prašnih meglicah. In tudi informacije o elementarni delci, njihove lastnosti in porazdelitev po prostornini vesolja. In tudi... In tudi... In tudi...

Tolikšno število številk si je absolutno nemogoče zapomniti ali celo preprosto nekje zapisati. Na srečo to ni potrebno. To je neizrekljivo harmonična lepota našega sveta, da iz zelo majhnega števila izhaja neskončna raznolikost dejstev. osnovna načela. Z razumevanjem teh načel je mogoče ne samo razumeti, ampak tudi napovedati ogromno različnih fizičnih dejstev. Na primer, sistem elektrodinamičnih enačb, ki ga je pred 150 leti predlagal James Maxwell, vključuje le štiri enačbe, ki zavzemajo največ 1/10 strani učbenika. Toda iz teh enačb je mogoče razbrati celoten na videz ogromen nabor pojavov, povezanih z elektromagnetizmom.

Načeloma si sodobna fizika zada cilj zgraditi enotno teorijo, ki bi vključevala le nekaj enačb (idealno eno), ki opisujejo vsa znana in pravilno napovedujejo nova fizikalna dejstva.

Kako vemo?

Drugo vprašanje: kako vemo in zakaj smo prepričani, da je vse to res tako? Da je Zemlja sferične oblike. Da sta v helijevem jedru dva protona in dva nevtrona. Da je sila privlačnosti med dvema telesoma premo sorazmerna z njunima masama in obratno sorazmerna s kvadratom razdalj. Da Maxwellove enačbe pravilno opisujejo elektromagnetne pojave. To vemo iz fizičnih poskusov. Nekoč, pred davnimi časi, so ljudje postopoma prešli od preprostega razmišljanja o naravnih pojavih k njihovemu preučevanju s pomočjo zavestno zastavljenih poskusov, katerih rezultate izražamo v številkah. Približno v 16.-17. stoletju se je oblikovalo načelo fizikalnega poznavanja narave, ki je še vedno v službi znanosti in ki ga lahko shematično ponazorimo takole:

Fenomen → Hipoteza → Napoved → Eksperiment → Teorija.

Da pojasnim kakršno koli naravni pojav fiziki oblikujejo hipotezo, ki bi lahko pojasnila ta pojav. Na podlagi hipoteze se naredi napoved, ki je na splošno določeno število. Slednje preverjamo eksperimentalno z meritvami. Če se število, dobljeno kot rezultat poskusa, ujema z napovedanim, dobi hipoteza status fizikalne teorije. V nasprotnem primeru se vse vrne v drugo fazo: formulira se nova hipoteza, naredi se nova napoved in izvede se nov poskus.

Eksperiment je ključ do razumevanja vesolja

Kljub navidezni preprostosti sheme postopek, opisan s petimi besedami in štirimi puščicami, v resnici včasih traja tisočletja. Dober primer je model sveta, katerega evolucijo smo zasledili že v enem od prejšnjih člankov. Na začetku našega štetja se je uveljavil Ptolemajev geocentrični model, po katerem je bila Zemlja v središču sveta, Sonce, Luna in planeti pa so krožili okoli nje. Ta model, ki je bil splošno sprejet že tisoč petsto let, pa je naletel na čedalje resnejše težave. Opazovani položaji Sonca, Lune in planetov na nebu niso ustrezali napovedim geocentričnega modela, takšno protislovje pa je postajalo vse bolj nepremostljivo, ko se je natančnost opazovanj večala. To je prisililo Nikolaja Kopernika, da je sredi 16. stoletja predlagal heliocentrični model, po katerem je v središču Sonce in ne Zemlja. Heliocentrična hipoteza je dobila sijajno potrditev zaradi izjemne natančnosti (za tisti čas) opazovanj Tycha Braheja, katerih rezultati so sovpadali z napovedmi heliocentričnega modela. Slednja je postala splošno sprejeta in tako dobila status teorije.

Ta primer, kot tudi diagram, ki smo ga obravnavali, prikazuje ključno vlogo eksperimenta v procesu znanstvenega spoznavanja okoliškega sveta. Samo s poskusom je mogoče preveriti fizični model. Izredno pomembno je, da rezultati eksperimenta, kot tudi napovedi fizikalnega modela, niso kvalitativni, temveč kvantitativni. Se pravi, da predstavljajo skupek največ navadne številke. Zato je primerjava izračunanih in izmerjenih rezultatov popolnoma nedvoumen postopek. Samo zahvaljujoč temu bi lahko fizični eksperiment postal ključ, ki odpira pot do razumevanja vesolja.

Deset najlepših

V tisočletni zgodovini znanosti je bilo izvedenih na desetine in stotisoče fizičnih poskusov. Ni lahko izbrati nekaj »najboljših«, o katerih bi lahko govorili. Kakšen naj bo kriterij izbire?

Pred štirimi leti v časopisu " The New York Times» je bil objavljen članek avtorja Robert Creese in Stoney Book. Opisal je rezultate ankete, ki so jo izvedli med fiziki. Vsak anketiranec je moral navesti deset najlepših fizikalnih poskusov v zgodovini fizike. Po našem mnenju merilo lepote ni v ničemer slabše od drugih meril. Zato bomo govorili o poskusih, ki so bili uvrščeni med prvih deset po rezultatih raziskave Kreese in Book.

1. Poskus Eratostena iz Cirene

Enega najstarejših znanih fizikalnih poskusov, na podlagi katerega so izmerili polmer Zemlje, je v 3. stoletju pred našim štetjem izvedel knjižničar znamenite Aleksandrijske knjižnice Eratosten iz Cirene. Eksperimentalna zasnova je preprosta. Opoldne, na dan poletnega solsticija, je bilo v mestu Siena (zdaj Asuan) Sonce v zenitu in predmeti niso metali senc. Na isti dan in ob istem času je v mestu Aleksandrija, ki leži 800 kilometrov od Siene, Sonce odstopilo od zenita za približno 7°. To je približno 1/50 polnega kroga (360°), kar pomeni, da je obseg Zemlje 40.000 kilometrov, polmer pa 6300 kilometrov. Zdi se skoraj neverjetno, da se je polmer Zemlje, izmerjen s tako preprosto metodo, izkazal le za 5% manjši od vrednosti, pridobljene z najnatančnejšimi sodobnimi metodami.

2. Poskus Galilea Galileja

V 17. stoletju je prevladovalo Aristotelovo stališče, ki je učil, da je hitrost, s katero telo pada, odvisna od njegove mase. Težje kot je telo, hitreje pade. Zdi se, da opažanja, ki jih lahko opravi vsak od nas v vsakdanjem življenju, to potrjujejo. Poskusite hkrati izpustiti lahek zobotrebec in težak kamen. Kamen se bo hitreje dotaknil tal. Takšna opazovanja so pripeljala Aristotela do sklepa o temeljni lastnosti sile, s katero Zemlja privlači druga telesa. Pravzaprav na hitrost padanja ne vpliva le sila gravitacije, ampak tudi sila zračnega upora. Razmerje teh sil pri lahkih in težkih predmetih je različno, kar vodi do opazovanega učinka.

Italijan Galileo Galilei je dvomil v pravilnost Aristotelovih zaključkov in našel način, kako jih preizkusiti. Da bi to naredil, je s poševnega stolpa v Pisi v istem trenutku vrgel topovsko kroglo in veliko lažjo kroglo iz muškete. Obe telesi sta imeli približno enako poenostavljeno obliko, zato so bile tako za jedro kot za kroglo sile zračnega upora zanemarljive v primerjavi s silami gravitacije. Galileo je ugotovil, da oba predmeta dosežeta tla v istem trenutku, to pomeni, da je hitrost njunega padca enaka.

Rezultati, ki jih je pridobil Galilei, so posledica zakona univerzalne gravitacije in zakona, po katerem je pospešek, ki ga doživi telo, premosorazmeren s silo, ki deluje nanj, in obratno sorazmeren z njegovo maso.

3. Še en poskus Galilea Galileija

Galileo je izmeril razdaljo, ki jo kroglice, ki se kotalijo po nagnjeni deski, pretečejo v enakih časovnih obdobjih, avtor eksperimenta pa je izmeril z vodno uro.

Znanstvenik je ugotovil, da če bi se čas podvojil, bi se kroglice kotalile štirikrat dlje. To kvadratno razmerje je pomenilo, da so se kroglice pod vplivom gravitacije gibale pospešeno, kar je bilo v nasprotju z Aristotelovo trditvijo, ki je bila sprejeta 2000 let, da se telesa, na katera deluje sila, gibljejo s konstantno hitrostjo, če pa ni sile telesu, potem miruje. Rezultati tega Galilejevega poskusa so tako kot rezultati njegovega poskusa s poševnim stolpom v Pisi kasneje služili kot osnova za oblikovanje zakonov klasične mehanike.

4. Eksperiment Henryja Cavendisha

Potem ko je Isaac Newton formuliral zakon univerzalne gravitacije: sila gravitacije F med dvema telesoma z masama M in m, ločeni drug od drugega z razdaljo r, je enako F = γ( mM/r 2), je ostalo še določiti vrednost gravitacijske konstante γ. Za to je bilo potrebno izmeriti silo privlačnosti med dvema telesoma z znanimi masami. To ni tako enostavno narediti, saj je sila privlačnosti zelo majhna. Občutimo silo gravitacije Zemlje. Toda nemogoče je občutiti privlačnost celo zelo velike gore v bližini, saj je zelo šibka.

Potrebna je bila zelo subtilna in občutljiva metoda. Izumil in uporabil ga je leta 1798 Newtonov rojak Henry Cavendish. Uporabil je torzijsko tehtnico - zibalnik z dvema kroglicama, obešenima na zelo tanko vrvico. Cavendish je izmeril premik nihajne roke (rotacijo), ko so se druge krogle večje mase približale tehtnici. Za povečanje občutljivosti je bil premik določen s svetlobnimi točkami, ki so se odbijale od ogledal, nameščenih na gugalnicah. Kot rezultat tega poskusa je Cavendish lahko precej natančno določil vrednost gravitacijske konstante in prvič izračunal maso Zemlje.

5. Eksperiment Jeana Bernarda Foucaulta

Francoski fizik Jean Bernard Leon Foucault je leta 1851 eksperimentalno dokazal vrtenje Zemlje okoli svoje osi s pomočjo 67-metrskega nihala, obešenega na vrh kupole pariškega Panteona. Nihajna ravnina nihala ostane nespremenjena glede na zvezde. Opazovalec, ki se nahaja na Zemlji in se vrti z njo, vidi, da se vrtilna ravnina počasi obrača v smeri, ki je nasprotna smeri vrtenja Zemlje.

6. Poskus Isaaca Newtona

Leta 1672 je Isaac Newton izvedel preprost poskus, ki je opisan v vseh šolskih učbenikih. Ko je zaprl polkna, je vanje naredil majhno luknjo, skozi katero je šel sončni žarek. Na pot žarka je bila postavljena prizma, za prizmo pa zaslon. Na zaslonu je Newton opazil "mavrico": beli sončni žarek, ki je šel skozi prizmo, se je spremenil v več barvnih žarkov - od vijolične do rdeče. Ta pojav imenujemo disperzija svetlobe.

Sir Isaac ni bil prvi, ki je opazil ta pojav. Že na začetku našega štetja je bilo znano, da imajo veliki monokristali naravnega izvora lastnost razgradnje svetlobe na barve. Prva raziskovanja disperzije svetlobe pri poskusih s stekleno trikotno prizmo sta že pred Newtonom opravila Anglež Hariot in češki naravoslovec Marzi.

Vendar pred Newtonom takšna opažanja niso bila podvržena resni analizi in zaključki, narejeni na njihovi podlagi, niso bili navzkrižno preverjeni z dodatnimi poskusi. Tako Hariot kot Marzi sta ostala privrženca Aristotela, ki je trdil, da so razlike v barvi določene z razlikami v količini teme, "pomešane" z belo svetlobo. Vijolična barva se po Aristotelu pojavi, ko je največja količina svetlobe dodana temi, rdeča pa, ko je temi dodana najmanjša količina. Newton je izvedel dodatne poskuse s prekrižanimi prizmami, ko je svetloba prešla skozi eno prizmo in nato prešla skozi drugo. Na podlagi vseh svojih poskusov je sklenil, da »nobena barva ne nastane iz mešanice bele in črne, razen vmesnih temnih; količina svetlobe ne spremeni videza barve.” Pokazal je, da je treba belo svetlobo obravnavati kot spojino. Glavne barve so od vijolične do rdeče.

Ta Newtonov eksperiment služi kot izjemen primer, kako si različni ljudje, ki opazujejo isti pojav, različno razlagajo in le tisti, ki dvomijo o njihovi razlagi in izvajajo dodatne poskuse, pridejo do pravilnih zaključkov.

7. Poskus Thomasa Younga

Do začetka 19. stoletja so prevladovale ideje o korpuskularni naravi svetlobe. Svetloba je veljala za sestavljeno iz posameznih delcev – korpuskul. Čeprav je pojava difrakcije in interference svetlobe opazoval Newton (»Newtonovi obroči«), je splošno sprejeto stališče ostalo korpuskularno.

Če pogledate valove na površini vode iz dveh vrženih kamnov, lahko vidite, kako lahko valovi, ki se med seboj prekrivajo, interferirajo, torej izničijo ali medsebojno krepijo. Na podlagi tega je angleški fizik in zdravnik Thomas Young leta 1801 izvajal poskuse s svetlobnim snopom, ki je šel skozi dve luknji v neprozornem zaslonu in tako oblikoval dva neodvisna vira svetlobe, podobna dvema kamnoma, vrženim v vodo. Posledično je opazil interferenčni vzorec, sestavljen iz izmenjujočih se temnih in belih robov, ki ne bi mogli nastati, če bi svetlobo sestavljale korpuskule. Temne proge so ustrezale območjem, kjer se svetlobni valovi iz obeh rež medsebojno izničijo. Svetlobni trakovi so se pojavili tam, kjer so se svetlobni valovi medsebojno krepili. Tako je bila dokazana valovna narava svetlobe.

8. Eksperiment Klausa Jonssona

Nemški fizik Klaus Jonsson je leta 1961 izvedel poskus, podoben poskusu interference svetlobe Thomasa Younga. Razlika je bila v tem, da je Jonsson namesto svetlobnih žarkov uporabil žarke elektronov. Dobil je interferenčni vzorec, podoben tistemu, ki ga je Young opazil pri svetlobnih valovih. To je potrdilo pravilnost določb kvantne mehanike o mešani korpuskularno-valovni naravi osnovnih delcev.

9. Poskus Roberta Millikana

Ideja, da je električni naboj katerega koli telesa diskreten (to pomeni, da je sestavljen iz večjega ali manjšega niza elementarnih nabojev, ki niso več podvrženi fragmentaciji), se je pojavila v začetku 19. stoletja in so jo podpirali znani fiziki, kot je Michael Faraday in Hermann Helmholtz. V teorijo je bil uveden izraz "elektron", ki označuje določen delec - nosilec elementarnega električnega naboja. Ta izraz pa je bil takrat čisto formalen, saj niti delec sam niti z njim povezan elementarni električni naboj nista bila eksperimentalno odkrita. Leta 1895 je Wilhelm Conrad Roentgen med poskusi z razelektritveno cevjo odkril, da je njena anoda pod vplivom žarkov, ki letijo s katode, sposobna oddajati lastne rentgenske žarke oziroma Roentgenove žarke. Istega leta je francoski fizik Jean Baptiste Perrin eksperimentalno dokazal, da so katodni žarki tok negativno nabitih delcev. Toda kljub ogromnemu eksperimentalnemu materialu je elektron ostal hipotetičen delec, saj ni bilo niti enega eksperimenta, v katerem bi sodelovali posamezni elektroni.

Ameriški fizik Robert Millikan je razvil metodo, ki je postala klasičen primer elegantnega fizikalnega eksperimenta. Millikanu je uspelo izolirati več nabitih kapljic vode v prostoru med ploščama kondenzatorja. Z osvetljevanjem z rentgenskimi žarki je bilo mogoče rahlo ionizirati zrak med ploščama in spremeniti naboj kapljic. Ko se je polje med ploščama vklopilo, se je kapljica pod vplivom električne privlačnosti počasi pomikala navzgor. Ko je bilo polje izklopljeno, je padlo pod vplivom gravitacije. Z vklopom in izklopom polja je bilo mogoče preučevati vsako od kapljic, suspendiranih med ploščama, 45 sekund, nato pa so izhlapele. Do leta 1909 je bilo mogoče ugotoviti, da je naboj katere koli kapljice vedno celo število večkratnik osnovne vrednosti e(naboj elektrona). To je bil prepričljiv dokaz, da so elektroni delci z enakim nabojem in maso. Z zamenjavo vodnih kapljic z oljnimi kapljicami je Millikan lahko podaljšal trajanje opazovanj na 4,5 ure in leta 1913, ko je enega za drugim odpravljal možne vire napak, objavil prvo izmerjeno vrednost naboja elektrona: e= (4,774 ± 0,009) × 10 -10 elektrostatičnih enot.

10. Poskus Ernsta Rutherforda

Do začetka 20. stoletja je postalo jasno, da so atomi sestavljeni iz negativno nabitih elektronov in neke vrste pozitivnega naboja, zaradi česar atom na splošno ostane nevtralen. Vendar je bilo preveč predpostavk o tem, kako izgleda ta »pozitivno-negativni« sistem, medtem ko je očitno primanjkovalo eksperimentalnih podatkov, ki bi omogočili izbiro v korist enega ali drugega modela. Večina fizikov je sprejela model Josepha Johna Thomsona: atom kot enakomerno nabita pozitivna krogla s premerom približno 10 -8 cm z negativnimi elektroni, ki lebdijo v notranjosti.

Leta 1909 je Ernst Rutherford (s pomočjo Hansa Geigerja in Ernsta Marsdena) izvedel poskus, da bi razumel dejansko strukturo atoma. V tem poskusu so težki pozitivno nabiti delci α, ki se gibljejo s hitrostjo 20 km/s, prešli skozi tanko zlato folijo in bili razpršeni na atomih zlata, pri čemer so se odmaknili od prvotne smeri gibanja. Za določitev stopnje odstopanja sta morala Geiger in Marsden z mikroskopom opazovati bliskavice na plošči scintilatorja, ki so se pojavile tam, kjer je delec α zadel ploščo. V dveh letih so prešteli približno milijon izbruhov in dokazali, da približno en delec od 8000 zaradi sipanja spremeni smer gibanja za več kot 90° (torej se obrne nazaj). To se nikakor ne bi moglo zgoditi v Thomsonovem "ohlapnem" atomu. Rezultati so jasno podprli tako imenovani planetarni model atoma - masivno drobno jedro, ki meri približno 10 -13 cm, in elektroni, ki se vrtijo okoli tega jedra na razdalji približno 10 -8 cm.

Sodobni fizikalni poskusi so veliko bolj zapleteni od poskusov iz preteklosti. V nekaterih so naprave nameščene na površinah več deset tisoč kvadratnih kilometrov, v drugih zapolnijo prostornino velikosti kubičnega kilometra. Tretjič... A počakajmo na naslednjo številko. Sodobni fizikalni poskusi so tema naslednjega (in zadnjega) članka v seriji.