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DÉCOUVERTES SCIENTIFIQUES LES PLUS IMPORTANTES
Spectre de lumière. Histoire et essence de la découverte scientifique
Annuaire / Les découvertes scientifiques les plus importantes Descartes dès 1629, il découvre le parcours des rayons dans un prisme et dans des verres de formes diverses. Il a même inventé des mécanismes pour le polissage du verre. Le professeur écossais Gregory a construit un modèle de télescope remarquable pour son époque, basé sur la théorie des miroirs concaves. Ainsi, dès cette époque, l'optique pratique avait atteint un degré de perfection significatif et était l'une des sciences qui occupaient le plus le monde scientifique d'alors. En 1666 quand Newton a commencé la recherche optique, la théorie de la réfraction a très peu avancé depuis l'époque de Descartes. Il y avait des théories et des concepts très confus sur les couleurs de l'arc-en-ciel et les couleurs des corps: presque tous les scientifiques de l'époque se sont limités à affirmer que telle ou telle couleur représente soit un "mélange de la lumière avec l'obscurité", soit une combinaison d'autres couleurs. Il va sans dire qu'un fait aussi évident que la coloration iridescente, observée lorsque les objets sont observés à travers un prisme ou à travers un verre optique de mauvaise qualité, n'était que trop bien connu de tous ceux qui s'occupent d'optique. Mais tout le monde était fermement convaincu que toutes sortes de rayons, lorsqu'ils traversent un prisme ou une loupe, se réfractent exactement de la même manière. La coloration et les bordures iridescentes étaient attribuées uniquement à la rugosité de la surface du prisme ou du verre. Au début, Newton a travaillé dur sur le polissage des loupes et des miroirs. Ces travaux l'ont introduit empiriquement aux lois fondamentales de la réflexion et de la réfraction, avec lesquelles il était déjà théoriquement familiarisé par les traités de Descartes et de James Gregory. Newton commence une série d'expériences, que plus tard le grand scientifique lui-même décrira en détail dans ses écrits. "Au début de 1666, c'est-à-dire alors que j'étais occupé à meuler des verres optiques non sphériques, je sortis un prisme de verre triangulaire et décidai de m'en servir pour tester le fameux phénomène des couleurs. A cette fin, j'obscurcis ma chambre et fait un petit trou dans les volets afin de laisser passer un mince rayon de soleil. J'ai placé un prisme à l'entrée de la lumière afin qu'elle puisse être réfractée sur le mur opposé. Au début, la vue de la les couleurs vives et vibrantes qui en résultaient m'amusaient, mais au bout d'un moment, me forçant à les regarder de plus près, j'ai été surpris par leur forme allongée, conformément aux lois connues de la réfraction, je m'attendais à ce qu'elles soient rondes. sur les côtés, les couleurs se limitaient à des lignes droites, et aux extrémités, la décoloration de la lumière était si progressive qu'il était difficile de déterminer exactement quelle était leur forme ; elle semblait même semi-circulaire. En comparant la longueur de ce spectre de couleurs avec sa largeur, j'ai trouvé qu'il est environ cinq fois plus grand. La disproportion était si inhabituelle qu'elle suscita en moi plus que la curiosité habituelle, le désir de savoir quelle pouvait en être la cause. Il est peu probable que l'épaisseur différente du verre ou la frontière entre la lumière et l'obscurité puisse provoquer un tel effet lumineux. Et j'ai d'abord décidé d'étudier précisément ces circonstances et j'ai essayé ce qui se passerait si la lumière passait à travers des verres d'épaisseurs différentes, ou à travers des trous de différentes tailles, ou lorsqu'un prisme était installé à l'extérieur, de sorte que la lumière puisse être réfractée avant d'être rétréci par le trou. . Mais j'ai trouvé qu'aucune de ces circonstances n'est significative. Le modèle de couleurs dans tous les cas était le même. Puis je me suis dit : des imperfections de verre ou d'autres accidents imprévus pourraient-ils être à l'origine de l'expansion des couleurs ? Pour tester cela, j'ai pris un autre prisme, semblable au premier, et je l'ai placé de telle manière que la lumière, passant à travers les deux prismes, puisse être réfractée de manière opposée, le second prisme renvoyant la lumière dans la direction d'où l'a d'abord dévié. Et ainsi, pensais-je, les effets ordinaires du premier prisme seraient détruits par l'autre, tandis que les effets inhabituels seraient renforcés par les réfractions multiples. Il s'est avéré, cependant, que le faisceau diffusé en une forme allongée par le premier prisme était ramené par le deuxième prisme aussi clairement que s'il n'avait traversé rien du tout. Ainsi, quelle que soit la cause de l'allongement, celui-ci n'est pas dû à des irrégularités aléatoires. Ensuite, je suis passé à une considération plus pratique de ce qui peut produire une différence dans l'angle d'incidence des rayons provenant de différentes parties du Soleil. Et par expérience et calculs, il m'est apparu évident que la différence des angles d'incidence des rayons provenant de différentes parties du Soleil ne peut pas provoquer, après leur intersection, une divergence d'un angle sensiblement plus grand que celui auquel ils étaient auparavant convergent, la valeur de cet angle n'est pas supérieure à 31 32 minutes ; il faut donc trouver une autre raison qui pourrait expliquer l'apparition d'un angle de deux degrés quarante-neuf minutes. Alors j'ai commencé à soupçonner si les rayons, après les avoir traversés le prisme, étaient curvilignes, et si, selon leur plus ou moins grande curvilinéarité, ils ne tendaient pas vers différentes parties de la paroi. Ma suspicion s'est accrue lorsque je me suis souvenu que j'avais souvent vu une balle de tennis qui, frappée obliquement avec une raquette, décrivait une ligne courbe similaire. Car la balle est informée dans ce cas à la fois d'un mouvement circulaire et d'un mouvement de translation. Le côté de la balle où les deux mouvements s'accordent doit pousser et pousser l'air adjacent avec plus de force que l'autre côté, et excitera donc proportionnellement plus de résistance et de réaction de l'air. Et pour cette raison même, si les rayons lumineux étaient des corps sphériques (hypothèse de Descartes) et qu'en se déplaçant obliquement d'un milieu à un autre, ils acquerraient un mouvement circulaire, ils devraient éprouver une plus grande résistance de la part de l'éther les lavant de tous les côtés de ce côté. , où les mouvements sont cohérents, et se plieraient progressivement de l'autre côté. Cependant, malgré toute la plausibilité de cette hypothèse, je n'ai observé aucune courbure des rayons lors de sa vérification. Et d'ailleurs (ce qui était suffisant pour mon propos), j'ai observé que la différence entre la longueur de l'image et le diamètre du trou par lequel passait la lumière était proportionnelle à la distance qui les séparait. Éliminant peu à peu ces soupçons, j'arrivai enfin à l'expérimentum crucis, qui se présentait comme suit : je pris deux planches et en plaçai une directement derrière le prisme de la fenêtre, afin que la lumière puisse suivre à travers un petit trou pratiqué dans celle-ci pour ce but et tomber sur l'autre planche, que j'ai placée à une distance d'environ 12 pieds, et un trou y a également été fait afin qu'une partie de la lumière puisse passer à travers. Je plaçai alors un autre prisme derrière cette seconde planche de manière que la lumière, ayant traversé ces deux planches, pût suivre à travers le prisme, s'y réfractant de nouveau avant de toucher le mur. Cela fait, j'ai pris le premier prisme dans ma main et je l'ai tourné lentement d'avant en arrière, approximativement autour de l'axe, de sorte que différentes parties de l'image tombant sur la deuxième planche puissent passer successivement à travers le trou de celle-ci, et je pouvais observer où le mur a été jeté rayons deuxième prisme. Et j'ai vu, en changeant ces endroits, que la lumière tendant vers cette extrémité de l'image, vers laquelle la plus grande réfraction avait lieu par le premier prisme, éprouvait dans le second prisme une réfraction beaucoup plus grande que la lumière dirigée vers l'autre extrémité. Et ainsi la vraie raison de la longueur de cette image a été découverte, qui ne peut être autre que le fait que la lumière se compose de rayons de réfraction différente, qui, quelle que soit la différence de leur occurrence, tombent sur différentes parties du mur conformément avec leurs degrés de réfraction..." Divers « soupçons » infondés – c’est ainsi que Newton appelait ses hypothèses – l’ont finalement amené à l’idée de faire l’expérience suivante. Tout comme au début de son analyse il avait isolé un mince faisceau de rayons blancs du soleil, l'idée lui vint maintenant d'isoler une partie des rayons réfractés. Il s’agissait de la deuxième et la plus importante étape de l’analyse spectrale. Remarquant que, d'après son expérience, la partie violette du spectre était toujours en haut, la bleue en bas, et ainsi de suite jusqu'en bas, en rouge, Newton essaya d'isoler les rayons d'une couleur et de les étudier séparément. Prenant une planche avec un très petit trou, Newton l'appliqua sur la surface du prisme qui fait face à l'écran et, en la pressant contre le prisme, la déplaça de haut en bas, et obtint sans difficulté l'isolation d'une seule couleur, par exemple. , uniquement rouges, rayons passant par le petit trou du plateau. Un nouveau faisceau de rayons rouges purs, encore plus fin, a fait l'objet d'une étude plus approfondie. En faisant passer les rayons rouges à travers le deuxième prisme. Newton a vu qu'ils étaient à nouveau réfractés, mais cette fois tout était presque pareil. Newton pensait même que c'était exactement la même chose, c'est-à-dire qu'il considérait les rayons monochromatiques comme complètement homogènes. Après avoir répété l'expérience sur les rayons jaunes, violets et tous les autres rayons, il comprit enfin la caractéristique principale qui distingue certains rayons des rayons d'autres couleurs. En passant par le même prisme tantôt des rayons rouges, tantôt violets, et ainsi de suite, il fut finalement convaincu que la lumière blanche est constituée de rayons de réfrangibilité différente et que le degré de réfraction est étroitement lié à la qualité des rayons, à savoir leur couleur. . Il s'est avéré que les rayons rouges sont les moins réfrangibles et ainsi de suite jusqu'au plus réfrangible - le violet. Newton a formulé les conclusions de la plus grande découverte comme suit : "1. Tout comme les rayons de lumière diffèrent par le degré de leur réfraction, ils diffèrent également par leur tendance à présenter telle ou telle couleur particulière. Les couleurs ne sont pas des qualités de la lumière résultant de réfractions ou de réflexions dans les corps naturels (comme on le considère habituellement). mais ce sont des qualités naturelles et innées, différentes selon les rayons... 2. Le même degré de réfraction correspond toujours à la même couleur, et la même couleur correspond toujours au même degré de réfraction. Et le lien entre les couleurs et la réfraction est très précis et clair : soit les rayons s'accordent exactement sur les deux points, soit ils ne s'accordent pas proportionnellement sur eux. 3. Les modèles de couleur et le degré de déviation inhérents à chaque type particulier de rayons ne sont modifiés ni par la réfraction ou la réflexion des corps naturels, ni par aucune autre cause que je pourrais observer. "Les théories de Newton ont permis le développement de la physique en tant que science exacte", écrit Vladimir Kartsev dans son livre. "Elle a commencé à se rapprocher de plus en plus des mathématiques et à s'éloigner de plus en plus de la philosophie. Une lettre décrivant des expériences et des conclusions envoyées par Newton à l'éditeur de Philosophical Transactions devrait Avant la publication, il était nécessaire de se soumettre à des tests à la Royal Society, pour y être entendu et discuté. Cela s'est produit le 8 février 1672... ... C'était le premier article scientifique de Newton. La résonance inhabituelle qu'a reçue une si petite œuvre, son énorme influence sur le destin de Newton et sur le sort de la science dans son ensemble, obligent nos contemporains à regarder de plus près la nouveauté qu'elle a apportée au monde de la recherche scientifique. Cet article marque l'avènement d'une nouvelle science - la science du temps nouveau, une science libre d'hypothèses sans fondement, basée uniquement sur des faits expérimentaux solidement établis et sur des raisonnements logiques étroitement liés à ceux-ci. Or, en cette fin de XXe siècle, il est difficile d'apprécier le sensationnalisme et l'insolite de ce petit article de Newton. Mais les esprits les plus profonds du XVIIe siècle ont vite discerné dans une petite lettre des "idées folles", aboutissant finalement à une explosion d'idées établies et habituelles, qui, à leur tour, n'ont triomphé que récemment de la métaphysique aristotélicienne. La découverte de différentes réfractions des rayons a servi de point de départ à un certain nombre de découvertes scientifiques. Le développement ultérieur de l'idée de Newton a conduit ces derniers temps à la découverte de ce qu'on appelle l'analyse spectrale. Auteur : Samin D.K.
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