Лоуренс Краусс - Таємниці походження всесвіту

Цілком можливо, що Ньютон за традицією зацікавився світлом тому, що то був Божий дар. Але ми пам’ятаємо його працю не через його мотивацію, а через його відкриття.

Ньютон був переконаний, що світло складається з частинок, які називав корпускулами, тоді як Декарт, а пізніше Ньютонів пострах Роберт Гук, а ще пізніше голландський науковець Християн Гюйгенс одноголосно стверджували, що світло – хвиля. Одним із ключових спостережень на користь хвильової теорії було те, що біле світло, скажімо, світло Сонця, проходячи через призму, розкладається на всі кольори веселки.

Як це часто бувало за життя Ньютона, він вважав, що має рацію, а кілька його найвідоміших сучасників (і суперників) помиляються. Щоби продемонструвати це, він розробив хитромудрий експеримент із призмами, який вперше здійснив удома у Вулсторпі, де переховувався від бубонної чуми, що спустошувала Кембридж. 1672 року на зборах Королівського наукового товариства він доповів, що із сорок четвертої спроби дістав саме той результат, якого й сподівався.

Прибічники хвильової теорії стверджували, що світлові хвилі складаються з білого світла й що в результаті проходження крізь призму світло розкладається на кольори через «спотворення» променів після проходження крізь скло. Себто чим більше скла, тим сильніше розкладання.

Ньютон дійшов висновку, що все було не так і що насправді світло складається з кольорових частинок, які, об’єднуючись, здаються білими (віддаючи належне своєму захопленню окультизмом, Ньютон поділив кольорові частинки спектра – саме він запровадив цей термін – на сім типів: червоні, оранжеві, жовті, зелені, блакитні, сині та фіолетові; ще з часів давніх греків вважали, що число «сім» має містичні властивості). Аби показати, що хвилетвірна гіпотеза не відповідає дійсності, Ньютон пропустив промінь білого світла крізь дві протилежно орієнтовані призми. Перша призма розклала світло на спектр, а друга склала його назад докупи в єдиний промінь білого світла. Якби скло спотворювало світло, це було б неможливо. Друга призма лише погіршила б ситуацію й нізащо не змусила б світло повернутися в початковий стан.

Зрештою цей результат не спростовує хвильової теорії світла (насправді він її, навпаки, підтверджує, оскільки на вході в призму світло заломлюється й сповільнюється, точно як хвилі). Але оскільки прибічники цієї теорії (помилково) стверджували, що спектральне розкладання спричинене спотворенням, демонстрація Ньютона, що це не так, завдала їй сильного удару й підтвердила правильність його корпускулярної моделі.

Після цього Ньютон відкрив багато інших властивостей світла, якими ми послуговуємося нині для розуміння його хвильової природи. Ньютон показав, що в результаті проходження крізь скляну призму світло кожного з кольорів заломлюється під своїм унікальним кутом. Він також показав, що всі предмети набувають того ж кольору, що й промінь, який їх освітлює. І що кольорове світло не змінює кольору, скільки б разів воно не відбивалося чи не проходило крізь призму.

Усі ці результати, зокрема й початковий, можна легко пояснити, якщо біле світло насправді складається з набору різних кольорів, тут Ньютон мав рацію. Але їх не можна пояснити, якщо світло складається з різнокольорових частинок. Натомість біле світло складається з великої кількості хвиль різної довжини.

Утім, навіть попри все більшу популярність Ньютона та смерть його головного опонента Гука, опоненти Ісаака не збиралися складати зброю. Вони не здалися навіть після обрання Ньютона президентом Королівського наукового товариства 1703 року, ще за рік до того, як він опублікував результати своїх досліджень світла в епічній праці «Оптика». Натомість дебати про природу світла точилися ще понад століття.

Частиною проблеми з хвильовою картиною світла було запитання «Хвилею чого саме є світло?». І якщо воно дійсно є хвилею й оскільки всім відомим хвилям потрібне якесь середовище, то в якому середовищі воно поширюється? Ці запитання настільки бентежили прибічників хвильової теорії, що їм довелося навіть воскресити нову невидиму субстанцію, що пронизує весь простір, – ефір.

Розгадка цієї головоломки, як це часто буває, надійшла з абсолютно несподіваного куточка фізичного світу, сповненого іскрами та колесами, що обертаються.

Коли я став молодим професором в Єлі й мені виділили давній, проте велетенський кабінет, який мені пощастило зайняти після виходу на пенсію не менш давнього колеги, на стіні мене очікувала копія фотографії Майкла Фарадея, знятої 1861 року. Я зберігаю її досі.