Глаз и Солнце

Рис. 69

Наблюдение 17. Общеизвестно наблюдение, что если выдуть пузырь из воды, в которой для вязкости растворено немного мыла, то через некоторое время пузырь кажется окрашенным в крайне разнообразные цвета. Для предохранения этих пузырей от движений, вызываемых внешним воздухом (вследствие чего их цвета неправильно движутся одни среди других, так что нельзя сделать точных наблюдений над ними), как только выдувался пузырь, я накрывал его прозрачным стаканом, и таким образом его цвета появлялись в очень правильном порядке, подобно многочисленным концентрическим кольцам, окружавшим вершину пузыря. По мере того как пузырь становился тоньше вследствие непрерывного опускания воды, эти кольца медленно расширялись и покрывали весь пузырь, спускаясь по порядку к его концу, где они последовательно исчезали. В то же время, после того как на вершине появились все цвета, здесь возникало маленькое круглое пятно, подобно тому как и в первом наблюдении, и непрерывно расширялось, достигая иногда свыше 1/2 или 3/4 дюйма, прежде чем пузырь разрывался. Вначале я думал, что вода не отражает света в этом месте, но, наблюдая более внимательно, я увидал внутри темного пятна много маленьких круглых пятен, которые казались более черными и темными, чем остальные, откуда я заключил, что в других местах, которые не были столь темными, как эти пятна, существовало некоторое отражение. При дальнейших попытках я нашел, что можно видеть изображения некоторых предметов (как, например, свечи или солнца) весьма отчетливо отраженными не только от большого черного пятна, но также и от маленьких более темных пятен, которые находились внутри. Кроме указанных выше окрашенных колец часто появляются маленькие цветные пятна, поднимающиеся или опускающиеся вверх и вниз по бокам пузыря вследствие некоторых неравенств при опускании воды. Иногда маленькие черные пятна, образовавшиеся по сторонам, подымались к большому черному пятну на вершине пузыря и с ним соединялись. <…>

Книга третья

Вопрос 29. Не являются ли лучи света очень малыми телами, испускаемыми светящимися веществами? Ибо такие тела будут проходить через однородные среды без загибания в тень, соответственно природе лучей света. Они могут иметь также различные свойства и способны сохранять эти свойства неизменными при прохождении через различные среды, в чем заключается другое условие лучей света. Прозрачные вещества действуют на лучи света на расстоянии, преломляя, отражая и изгибая их, и взаимно лучи двигают части этих веществ на расстоянии, нагревая их; это действие и противодействие на расстоянии очень похожи на притягательную силу между телами. Если преломление происходит благодаря притяжению лучей, синусы падения должны находиться к синусам преломления в данном отношении, как мы показали в наших «Началах философии». Это правило оправдывается опытом. Лучи света, переходя из стекла в Vacuum, загибаются к стеклу, и, если они падают слишком отлого в Vacuum, они загибаются обратно в стекло и полностью отражаются; это отражение не может быть приписано сопротивлению абсолютного Vacuum’а, но должно вызываться силою стекла, притягивающей лучи при их выходе в Vacuum и возвращающей их назад. Ибо если вторую поверхность стекла смочить водой, или прозрачным маслом, или жидким и прозрачным медом, то лучи, которые в ином случае отразились бы, переходят в воду, масло или мед и поэтому не отражаются, доходя до новой поверхности стекла, но начинают из него выходить. Если они входят в воду, масло или мед, они проходят, потому что притяжение стекла уравновешивается и становится бездейственным благодаря противоположному притяжению жидкости. Но если лучи выходят в Vacuum, который не производит притяжения, уравновешивающего притяжение стекла, то стекло загибает лучи и преломляет их или возвращает обратно и отражает. Это станет еще более очевидным, если сложить вместе две стеклянные призмы или два объективных стекла очень длинных телескопов, одно плоское, другое немного выпуклое, и сжать их так, чтобы они не совсем касались, но и не слишком отходили одно от другого. Свет, падающий на вторую поверхность первого стекла, там, где интервал между стеклами не больше стотысячной части дюйма, пройдет через эту поверхность и через воздух или Vacuum между стеклами и войдет во второе стекло, как объяснено в наблюдениях первой части второй книги.

Но если второе стекло убрать, свет, выходящий из второй поверхности первого стекла в воздух или Vacuum, не пойдет вперед, но вернется обратно в первое стекло и отразится; поэтому он увлекается назад силою первого стекла, ибо нет ничего другого, что могло бы вернуть его назад. Для получения всего разнообразия цветов и степеней преломляемости требуется только, чтобы лучи света были телами различных размеров, наименьшие из которых могли бы производить фиолетовый цвет, самый слабый и темный и легче всего отклоняемый преломляющими поверхностями от прямого пути; остальные лучи, по мере того как они становятся толще и толще, могут давать более сильные и светлые цвета – синий, зеленый, желтый и красный – и отклоняются все с большей трудностью. Для приведения лучей света в приступы легкого отражения и легкого прохождения требуется только, чтобы лучи были малыми телами, возбуждающими благодаря их притягивательным или каким-либо другим силам колебания в той среде, на которую они действуют; эти колебания быстрее, чем лучи, и последовательно обгоняют их, двигая их так, что попеременно скорости лучей увеличиваются и уменьшаются и получаются приступы. И наконец, необыкновенное преломление исландского кристалла весьма похоже на то, как будто бы оно производилось притягивающей силой особого рода, расположенной по некоторым сторонам как лучей, так и частиц кристалла. Ибо если бы не существовало расположения или способности особого рода по некоторым сторонам частиц кристалла, отсутствующей по другим сторонам, которая склоняла и загибала бы лучи к краю необыкновенного преломления, то лучи, падающие перпендикулярно на кристалл, не преломлялись бы к этому краю больше чем к другим краям как при падении, так и при выходе; лучи выходят перпендикулярно вследствие противоположного положения края необыкновенного преломления на второй поверхности, причем кристалл действует на них после того, как они прошли через него и выходят в воздух или, если угодно, в Vacuum. Поскольку кристалл при таком расположении или способности не действует на лучи, если одна из сторон лучей не направлена к краю необыкновенного преломления, постольку можно заключить о способности, или расположении, этих сторон лучей, отвечающей, или симпатизирующей, способности, или расположению, кристалла, как полюсы двух магнитов отвечают друг другу. И так же, как магнетизм может быть увеличен и ослаблен и находится только в магнитах и в железе, так и способность преломления перпендикулярных лучей больше в исландском кристалле, меньше в горном хрустале и совсем не находится в других телах. Я не говорю, что эта сила магнитная, она, по-видимому, другого рода. Я говорю только, что как бы то ни было, трудно понять, каким образом лучи света, если они не являются телами, могут обладать по двум сторонам постоянной способностью, отсутствующей по другим сторонам, причем независимо от их положения в пространстве или среде, через которую они проходят. <…>

Вопрос 30. Не обращаются ли большие тела и свет друг в друга и не могут ли тела получать значительную часть своей активности от частиц света, входящих в их состав? Ибо все твердые тела при нагревании испускают свет до тех пор, пока они продолжают быть достаточно горячими; свет же, взаимно, задерживается в телах, когда его лучи ударяются о части тел, как мы показали выше. Я не знаю тела менее способного к свечению, чем вода; однако при частой повторной дистилляции она изменяется в твердую землю, как показал Бойль; эта земля, способная выдерживать достаточный жар, светится при нагревании подобно другим телам.

Превращение тел в свет и света в тела соответствует ходу природы, которая как бы услаждается превращениями. Вода, являющаяся весьма жидкой, безвкусной солью, превращается теплом в пар, сорт воздуха, а при холоде – в лед, являющийся твердым, прозрачным, хрупким, плавящимся камнем; этот камень снова превращается теплом в воду, а пар переходит в воду при охлаждении. Земля при нагревании становится огнем и при охлаждении снова делается землей. Плотные тела при брожении разрежаются в различные сорта воздуха, и этот воздух при помощи брожения, а иногда и без него, снова превращается в плотные тела. <…>

И среди столь разнообразных и странных превращений почему же природа не может изменять тел в свет и света в тела? <…>

Вопрос 31. Не обладают ли малые частицы тел определенными возможностями, способностями или силами, при посредстве коих они действуют на расстояние не только на лучи света при отражении, преломлении и огибании их, но также друг на друга, производя при этом значительную часть явлений природы? Ибо хорошо известно, что тела действуют друг на друга при помощи притяжений тяготения, магнетизма и электричества; эти примеры показывают тенденцию и ход природы и делают вероятным существование других притягательных сил, кроме этих. Ибо природа весьма согласна и подобна в себе самой. <…>

Все тела, по-видимому, составлены из твердых частиц, ибо иначе жидкости не затвердевали бы, как вода, масла, уксус, купоросный спирт или масло при охлаждении, ртуть посредством свинцового дыма, селитряный спирт и ртуть посредством растворения ртути и испарения слизи, винный спирт и мочевой спирт посредством обезвоживания и смешивания их, мочевой спирт и соляный спирт при получении аммиачной соли при их совместной возгонке. Даже лучи света, по-видимому, твердые тела, ибо иначе они не удерживали бы различных свойств по различным сторонам. Поэтому твердость может полагаться свойством всякой несоставной материи. По меньшей мере это так же очевидно, как всеобщая непроницаемость материи. <…>

И так же, как в алгебре, там, где исчезают и прекращаются положительные количества, начинаются отрицательные, так и в механике, – там, где прекращается притяжение, должна заступать отталкивательная способность. Существование такой способности следует, по-видимому, из отражений и изгибаний лучей света. Ибо в обоих этих случаях лучи отталкиваются телами без непосредственного контакта с отражающим или огибаемым телом. Это следует, по-видимому, также из испускания света; как только луч выбрасывается из светящегося тела вследствие колебательного движения частей тела и выходит за предел притяжения, он увлекается наружу с огромной скоростью. Ибо сила, достаточная для возвращения луча обратно при отражении, может быть достаточной и для испускания. <…>

Итак, природа весьма схожа в себе самой и очень проста, выполняя все большие движения небесных тел при помощи притяжения тяготения, являющегося посредником между этими телами, и все малые движения частиц этих тел – при помощи некоторых иных притягательных и отталкивательных сил, связывающих эти частицы. Vis inertiae есть пассивный принцип, посредством которого тела пребывают в их движении или покое, получают движение, пропорциональное приложенной к ним силе, и сопротивляются настолько же, насколько сами встречают сопротивление. По одному этому принципу в мире еще не могло бы произойти движение. Был необходим некоторый иной принцип, чтобы привести тела в движение, и раз они находятся в движении – требуется еще один принцип для сохранения движения. <…>

Мы видим, что разнообразие движений, которое мы находим в мире, постоянно уменьшается и существует необходимость сохранения и пополнения его посредством активных начал, – такова причина тяготения, при помощи которого планеты и кометы удерживают свои движения в орбитах и тела приобретают большое движение при падении; такова причина брожения, при помощи которого сердце и кровь животных удерживаются в вечном движении и тепле, внутренние части земли постоянно нагреваются и становятся очень горячими в некоторых местах, тела горят и светятся, горы воспламеняются, подземные пещеры взрываются и Солнце продолжает быть необычайно горячим и сверкающим и согревает все тела своим светом. Мы встречаемся с очень немногими движениями в мире, кроме тех, которые обязаны этим активным началам. Если бы они не происходили от этих начал, то тела Земли, планет, комет, Солнца и всех вещей на них охлаждались бы, замерзали и становились неактивными массами; прекратилось бы всякое тление, рождение, растительность и жизнь, и планеты с кометами не оставались бы на своих орбитах.

При размышлении о всех этих вещах мне кажется вероятным, что Бог в начале дал материи форму твердых, массивных, непроницаемых, подвижных частиц таких размеров и фигур и с такими свойствами и пропорциями в отношении к пространству, которые более всего подходили бы к той цели, для которой он создал их. Эти первоначальные частицы, являясь твердыми, несравнимо тверже, чем всякое пористое тело, составленное из них, настолько тверже, что они никогда не изнашиваются и не разбиваются в куски. Никакая обычная сила не способна разделить то, что создал сам Бог при первом творении. Так как частицы продолжают оставаться целыми, они могут составлять тела той же природы и сложения на веки. Если бы они изнашивались или разбивались на куски, то природа вещей, зависящая от них, изменялась бы. Вода и земля, составленные из старых изношенных частиц и их обломков, не имели бы той же природы и строения теперь, как вода и земля, составленные из целых частиц в начале. Поэтому природа их должна быть постоянной, изменения телесных вещей должны проявляться только в различных разделениях и новых сочетаниях и движениях таких постоянных частиц; сложные тела могут разбиваться не в середине твердых частиц, но там, где эти частицы расположены рядом и только касаются в немногих точках. Мне кажется, далее, что эти частицы имеют не только Vis inertiae, сопровождаемую теми пассивными законами движения, которые естественно получаются от этой силы, но также, что они движутся некоторыми активными началами, каково начало тяготения и начало, вызывающее брожение и сцепление тел. Я не рассматриваю эти начала как таинственные качества, предположительно вытекающие из особых форм вещей, но как общие законы природы, посредством которых образовались самые вещи; истина их ясна нам из явлений, хотя причины до сих пор не открыты. Ибо это – явные качества, и только причины их тайны. Последователи Аристотеля дают название скрытых качеств не явным качествам, но только таким, которые, как они предполагают, кроются в телах и являются неизвестными причинами явных явлений. Таковы были бы причины тяготения, магнитных и электрических притяжений и брожений, если бы мы предположили, что эти силы или действия возникают от качеств нам неизвестных, которые не могут быть открыты и стать явными. Такие скрытые качества останавливают преуспеяние натуральной философии и поэтому отброшены за последние годы. Сказать, что каждый род вещей наделен особым скрытым качеством, при помощи которого он действует и производит явные эффекты, – значит ничего не сказать. Но вывести два или три общих начала движения из явлений и после этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных начал, – было бы очень важным шагом в философии, хотя бы причины этих начал и не были еще открыты. Поэтому я, не сомневаясь, предлагаю принципы движения, указанные выше, имеющие весьма общее значение, и оставляю причины их для дальнейшего исследования. При помощи этих начал составлены, по-видимому, все вещи из жестких, твердых частиц, указанных выше, различным образом сочетавшихся при первом творении по замыслу разумного агента. Ибо тот, кто создал их, расположил их в порядке. И если он сделал так, то не должно философии искать другое происхождение мира или полагать, что мир мог возникнуть из хаоса только по законам природы; но, будучи раз созданным, мир может существовать по этим законам многие века. <…>

И поскольку пространство делимо in infinitum и материя не необходимо присутствует всюду, постольку можно допустить, что Бог может создавать частицы материи различных размеров и фигур, в различных пропорциях к пространству, и, может быть, различных плотностей и сил и таким образом может изменять законы природы и создавать миры различных видов в различных частях вселенной. По крайней мере я не вижу никакого противоречия во всем этом.

Джордж Беркли

Теория зрения, или зрительного языка, показывающая непосредственное присутствие и провидение божества; защищенная и объясненная. В ответ анонимному автору[18]

<…> 6. То, что атеистические принципы пустили глубокие корни и распространяются дальше, чем способны вообразить многие люди, будет ясно каждому, кто учтет, что пантеизм, материализм и фатализм являются не чем иным, как слегка замаскированным атеизмом; что повсеместно находят интересными идеи Гоббса, Спинозы, Лейбница и Бейля и одобряют их и что те, кто отвергают свободу и бессмертие души, в действительности отвергают ее существование, и это даже в отношении моральных действий и в области естественной религии, а отрицая то, что Бог является свидетелем, судьей человеческих действий и воздаятелем за них, они отрицают и само существование Бога; и что рассуждения, которым следуют неверующие, ведут к атеизму, равно как и к безверию <…>.

10. Специфические объекты всякого ощущения, хотя они правильно или точно воспринимаются только одним данным чувством, могут оказаться плодом воздействия воображения со стороны некоторых других чувств. Поэтому объекты всех чувств могут стать объектами воображения, каковая способность представляет все чувственные вещи. Отсюда цвет, который поистине воспринимается только зрением, может быть тем не менее почувствован через воображение, если будут услышаны слова «синий» или «красный». Первичным и специфическим образом цвет есть объект зрения, но вторичным образом это объект воображения, но его нельзя считать специфическим объектом слуха.

11. Объекты чувств, будучи непосредственно воспринимаемыми вещами, называются также идеями. Причина этих идей, или вызывающая их сила, – это не объект чувств; [она] не воспринимается сама по себе, но лишь выводится разумом из ее действий, имея в виду те объекты или идеи, которые воспринимаются чувствами. Вывод разума из наших чувственных идей надежно ведет к силе, причине, [действующему] агенту. Но мы не можем отсюда заключать, что наши идеи похожи на эту силу, причину или активное существо. Наоборот, очевидно, что идея может быть похожа только на другую идею и что в наших идеях, или непосредственных объектах чувств, нет ничего от силы, причинности или активной деятельности.

12. Отсюда следует, что сила, или причина идей, есть объект не чувств, а разума. Наше знание о причине определяется действием, знание о силе – нашей идеей. Поэтому, в сущности, о внешних причинах или силах мы ничего не можем сказать; они не являются объектами нашего ощущения или восприятия. Следовательно, когда бы название чувственного «объекта» ни употреблялось в строго интеллигибельном смысле, оно служит для обозначения не абсолютно существующей внешней причины или силы, но самих идей, вызываемых ими.

13. Идеи, которые наблюдаются связанными друг с другом, обычно рассматриваются с точки зрения отношения причины и действия, тогда как, согласно строгой философской истине, они относятся только как знак к обозначаемой вещи. Ибо мы хорошо знаем наши идеи и поэтому понимаем, что одна идея не может быть причиной другой; знаем, что наши идеи чувств не являются причинами самих себя. Мы также знаем, что сами мы не вызываем их. Отсюда нам ясно, что идеи должны иметь иную действующую причину, отличную и от них самих, и от нас.

14. При исследовании зрения моей целью было рассмотрение действий, явлений и объектов, воспринимаемых чувствами, идей зрения, связанных с [идеями] осязания, а также исследование того, как одна идея внушает другую, принадлежащую иному чувству, как видимые вещи внушают вещи осязаемые, как вещи, существующие в настоящее время, внушают вещи отдаленные и будущие вследствие либо сходства, либо необходимой связи, либо геометрического вывода или произвольного установления.

15. И в самом деле, среди математиков и философов преобладали мнение и неоспоримый принцип, что существуют идеи, общие этим двум чувствам, откуда и появилось разделение первичных и вторичных качеств. Но, я думаю, было достаточно показано, что не существует такой вещи, как общий объект, идея или разновидность идеи, воспринимаемой сразу и зрением, и осязанием.

16. Для того чтобы с достаточной строгостью исследовать природу зрения, необходимо в первую очередь внимательно рассмотреть наши собственные идеи: провести различие там, где имеется таковое; назвать вещи своими именами; определить термины, а не запутывать себя и других двусмысленным употреблением: ведь принятие или непринятие их [терминов] часто приводило к ошибкам. Так происходит, когда люди говорят, будто одна идея оказывается действующей причиной другой; отсюда они ошибочно принимают выводы разума за восприятия чувств; вследствие этого они путают силу, пребывающую в чем-либо внешнем, с действительным объектом чувств, который поистине является не чем иным, как нашей собственной идеей.

17. После того как мы хорошо поймем и [внимательно] рассмотрим природу зрения, мы, отталкиваясь от этого в своих рассуждениях, быстрее сможем получить некоторое знание о внешней, невидимой причине наших идей, будет ли таковая единой или многообразной, разумной или лишенной разума, активной или инертной, телом или духом. Но для того чтобы понять и уразуметь данную теорию, а также открыть ее истинные принципы, мы должны учесть, что наиболее правильный путь заключается не в том, чтобы заниматься неизвестными субстанциями, внешними причинами, агентами и силами, и не в том, чтобы умозаключать или выводить нечто из вещей непонятных, невоспринимаемых и совершенно неизвестных.

20. Реальные объекты зрения мы видим, а то, что мы видим, мы знаем. И для того чтобы понять истинную теорию зрения, эти подлинные объекты чувств и знания, т. е. наши собственные идеи, должны быть рассмотрены, подвергнуты сравнению и различению. Что же касается внешней причины этих идей, будет ли таковая единой и однородной или многообразной и разнообразной, будет ли она мыслящей или немыслящей, духом или телом, то, что бы мы еще ни воображали или заключали о ней, видимые явления от этого не изменят своей природы, а наши идеи по-прежнему останутся теми же самыми. Хотя я могу иметь ошибочное понятие об этой причине или быть совершенно несведущим относительно ее природы, это все же не мешает мне высказать истинные и очевидные суждения о моих идеях <…>.

25. <…> Я думаю, что совершенно очевидно, что наш опыт относительно связи между идеями зрения и осязания не является безошибочным, ибо если бы он был таковым, то ни в живописи, ни в учении о перспективе, ни в диоптрике, ни в какой-либо другой области не бывало бы deceptio visus.[19]

28. И в самом деле, я не вижу, как выводы, которые мы делаем от идей зрения к идеям осязания, могут включать рассмотрение общей или неизвестной причины, а также зависеть от нее, тогда как они на деле зависят просто от обычая или привычки. Опыт, который я имел относительно того, как определенные идеи некоторого чувства сопровождаются или связаны с определенными идеями другого чувства, является, я думаю, достаточной причиной, почему одно способно вызывать другое.

30. <…> Я вижу действия или явления, и я также знаю, что действия должны иметь свою причину, но я не вижу и не знаю о том, что их связь с причиной является необходимой. Что бы там ни было, я уверен, что не наблюдаю такой необходимой связи, а следовательно, не могу заключать от идей одного чувства к идеям других чувств.

32. <…> Если признать, что мы видим не с помощью геометрии, то очевидно, что законы оптики уже не будут стоять на старом непоколебленном основании. [И так окажется], если станет очевидным, что те объяснения явлений, которые даются в общепринятых оптических теориях, являются недостаточными и ошибочными; если окажется, что иные принципы необходимы для объяснения природы зрения; если, в противоположность старому общепризнанному предположению оптиков, не существует идеи или чего-либо подобного идее, общей обоим чувствам.

35. Оказалось уместным, если не неизбежным, начать в привычной манере оптиков, т. е. приняв в качестве истинных различные вещи, которые в строгом смысле не являются таковыми, а только общепризнаны неучеными людьми. В наших умах имеет место продолжительная в тесная связь между идеями зрения и осязания. Отсюда их [идеи зрения и осязания] стали рассматривать в качестве одной вещи, причем данный предрассудок оказался полезным в жизни, а язык способствовал его возникновению. Дело науки и умозрительных рассуждений заключается в том, чтобы раскрыть наши предрассудки и ошибки, распутывая сложнейшие связи, различая те вещи, которые [действительно] различны, давая вместо путаных и усложненных мнений мнения ясные, постоянно исправляя наши суждения и доводя их до философской точности. И поскольку такая работа требует времени и может выполняться только постепенно, то крайне трудно, если не вообще невозможно, избежать ловушек обыденного языка и не быть соблазненным вследствие этого вещами, которые, строго говоря, ни истинны, ни прочно установлены. Все это делает размышление и беспристрастность особенно необходимыми для читателя [качествами]. Ибо если язык приспособлен к представлениям людей и использованию в жизни, то трудно выразить в силу этого саму сущность вещей, которая столь далека от их [практического] использования и так противоположна нашим представлениям.

38. Следует отметить, что при рассмотрении теории зрения я использовал определенный известный метод, при котором люди от ложных и общераспространенных предложений часто достигают истину. Тогда как при синтетическом методе построения науки или получения уже открытой истины мы движемся в обратном порядке, т. е. заключения анализа принимаются в качестве оснований синтеза. Поэтому я и начну с заключения, что зрение является языком Творца природы, выводя из него теоремы и объяснения явлений, а также разъясняя природу видимых объектов и зрительной способности.

39. Идеи, которые наблюдаются связанными с другими идеями, рассматриваются как знаки, с помощью которых актуально невоспринимаемые чувствами вещи обозначаются или внушаются воображению, объектами чего они становятся и которое одно только и воспринимает их. И как звуки внушают некоторые другие вещи, подобным же образом свойства [вещей] вызывают [сами] эти звуки. И вообще все знаки внушают обозначаемые ими вещи, причем не существует такой идеи, что она не представляла бы духу другой идеи, которая часто связывалась с ней. В определенных случаях знак может вызывать свой коррелят в виде образа, в других – в качестве действия или причины. Но там, где нет ни такого отношения сходства или каузальности, ни вообще какой-либо необходимой связи, две вещи, благодаря их простому сосуществованию, или две идеи, в силу того, что они воспринимались вместе, могут вызывать или обозначать одна другую, а их связь все это время будет случайной, поскольку именно связь, как таковая, и вызвала это действие.

40. Большое число произвольно выбранных знаков, разнообразных и противоположных, составляет язык. Если такая произвольная связь устанавливается человеком, то это будет искусственный язык. Бесконечно разнообразны модификации света и звука, вследствие чего каждый из них способен давать неограниченное разнообразие знаков, и соответственно оба они используются для формирования языков: один – благодаря произвольному решению людей, другой – [благодаря решению] самого Бога. Связь, устанавливаемая Творцом природы, в обычном ходе вещей может быть с уверенностью названа «естественной», тогда как связь, созданную людьми, следует назвать «искусственной». И тем не менее это не мешает тому, чтобы одна была столь же случайной, как и другая. И в самом деле, существует не больше потребности представить или необходимости выводить осязаемые вещи из модификаций света, чем в языке заключать о смысле [сказанного] из звука. Но как существует связь между различными тонами и артикуляциями голоса и их разнообразными значениями, так же обстоит дело и между различными видами света и их соответствующими коррелятами, или, другими словами, между идеями зрения и осязания.

41. Что же касается света и его различных видов и цветов, то все рассудительные люди согласны в том, что они соответствуют только зрению; они не относятся ни к осязанию, ни являются одинаковыми [с идеями], которые воспринимаются этим чувством. Но здесь закрадывается ошибка, когда, кроме них, предполагают существование других идей, общих обоим чувствам, которые, подобно протяжению, размеру, форме и движению, равным образом воспринимаются и зрением, и осязанием. Но то, что в действительности нет таких общих идей и что объекты зрения, называемые данными словами, оказываются совершенно различными и гетерогенными по отношению ко всему, что является объектом осязания, называемым теми же самыми именами, это было доказано в «Теории» <…>.

42. Одно дело воспринимать, а другое – судить. Сходным образом быть внушаемым – это одно, а быть выведенным – другое. Вещи внушаются и воспринимаются чувствами. С помощью разума мы высказываем суждения и делаем выводы. То, что мы непосредственно и прямо воспринимаем зрением, есть его первичный объект – свет и [различные] цвета. А то, что внушается или воспринимается опосредствованно, – это осязаемые идеи, которые можно рассматривать как вторичные и непрямые объекты зрения. Там, где связь является необходимой, мы выводим причины из действий, действия из причин, одни свойства из других. Но как происходит, что мы с помощью идей зрения постигаем другие идеи, которые непохожи на них, не причиняют их, не вызываются ими, не имеют какой-либо необходимой связи с ними? Решение этой проблемы в ее полном объеме охватывает всю теорию зрения. Такая постановка вопроса переводит его на новую основу и представляет, в отличие от всех предшествующих теорий, в ином свете.

43. Одно дело объяснить, как дух, или душа, человека способна видеть, и такое [объяснение] принадлежит философии. И совсем другое дело, относящееся скорее к геометрии, рассмотреть движущиеся по определенным линиям частицы, изучить лучи света в их преломлениях, отражениях, пересечениях и образованиях ими углов. И уже нечто третье, принадлежащее анатомии и экспериментам, – это рассмотрение чувства зрения, исходящего из механики глаза. Оба последних исследования полезны на практике, так как способствуют [исправлению] дефектов и вылечивают расстройства зрения в соответствии с естественными законами, существующими в нашей земной системе. Но первая теория позволяет нам понять истинную природу зрения, рассматриваемого в качестве способности души. А данная теория, как я уже отмечал, может быть сведена к простому вопросу, а именно: как это происходит, что ряд идей, совершенно отличных от идей осязаемых, должны тем не менее внушать их для нас, хотя между теми и этими нет необходимой связи? Причем правильным ответом будет следующий: это происходит благодаря произвольной связи, установленной Творцом природы.

44. Прямым, непосредственным объектом зрения является свет во всех его видах и проявлениях, цветах всех родов, степеней и количеств: некоторых ярких, некоторых бледных; более одних и менее других; разнообразных в своих границах и пределах; различных в последовательности и положении. Слепой, впервые получивший способность видеть, сможет воспринять эти объекты, которых существует бесконечное разнообразие, но он не будет способен ни воспринять, ни вообразить какое-либо сходство или связь между данными видимыми объектами и объектами, воспринимаемыми осязанием. Свет, тени и цвета ничего не смогут внушить ему о телах, которые тверды или мягки, неровны или гладки; сходным образом их размеры, границы или последовательности не смогут внушить ему геометрические фигуры, протяжение, расположение, что они должны были бы сделать, согласно общепринятому мнению, что данные объекты общи зрению и осязанию.

45. Все разнообразные виды, комбинации, количества, степени и расположения света и цветов при первом же восприятии будут признаны только в качестве новой совокупности ощущений, или идей. А поскольку они совершенно новы и неизвестны, то слепорожденный при первом взгляде не сможет дать им имена вещей, ранее [ему] известных и [им] осязавшихся. Но, получив определенный опыт, он сможет воспринять их связь с осязаемыми вещами и поэтому станет рассматривать их в качестве знаков, а также даст им (как это и происходит в других случаях) одни и те же имена, что и вещам обозначаемым.

46. Большее или меньшее, более крупное или более мелкое, протяженность, пропорцию, интервал – все это можно найти как у времени, так и у пространства, но из этого отнюдь не следует, что они являются гомогенными количествами. Из приписывания им общих имен еще менее будет следовать, что идеи зрения гомогенны идеям осязания. Верно, что термины, обозначающие осязаемые протяжение, форму, положение, движение и т. д., также применяются для обозначения количества, отношения и порядка непосредственных видимых объектов, или идей зрения. Но это проистекает только из опыта и аналогии. Существуют «высокие» и «низкие» музыкальные ноты. Люди говорят в высокой или низкой тональности. А это, совершенно очевидно, является не более как метафорой или аналогией. Сходным образом для выражения последовательности видимых идей применяются слова: «положение», «высокое» и «низкое», «верх» и «низ», и их смысл при таком применении оказывается аналогичным.

47. Но в отношении зрения мы не останавливаемся на возможной аналогии между различными и гетерогенными природами. Мы предполагаем тождество их природы, а также наличие одного и того же объекта, общего обоим чувствам. И мы приходим к данной ошибке тогда, когда различные движения головы – вверх и вниз, направо и налево, сопровождающие разнообразие видимых идей и в сущности являющиеся осязаемыми, переносят свои собственные свойства и названия на видимые идеи, которые связываются с помощью этого и получают названия «высокого» и «низкого», «правого» и «левого», а также отмечаются другими именами, обозначающими различное положение. Все это предшествует такой связи в опыте и на самом деле никогда не должно было быть приписано им, по крайней мере в прямом и буквальном смысле. <…>

Огюстен Жан Френель

О свете. Мемуар[20]

Природа света

1. Между физиками уже давно существует разногласие о природе света. Одни полагают, что свет выбрасывается светящимися телами, тогда как другие думают, что он происходит от колебаний бесконечно тонкой упругой жидкости, распространенной во всем пространстве, подобно тому, как звук происходит от колебаний воздуха. Волновой принцип, обязанный своим происхождением Декарту и, в выводах из него вытекающих, с большим искусством развитый Гюйгенсом, был принят также Эйлером, а в самое последнее время знаменитым доктором Томасом Юнгом,[21] которому оптика обязана многими важными открытиями. Принцип испускания, или принцип Ньютона, поддерживаемый великим именем своего автора – и, я сказал бы даже, той славой непогрешимости, которую ему создал его труд «Principes», – пользовался более общим признанием. Другая гипотеза казалась уже совсем оставленной, когда господин Юнг весьма любопытными опытами снова привлек к ней внимание физиков. Эти опыты являются ее поразительным подтверждением и кажутся в то же время весьма трудно совместимыми с принципом испускания.

Вновь открытые явления, по сравнению с ранее известными фактами, с каждым днем увеличивают шансы в пользу волнового принципа. Долгое время пренебрегаемый и более трудный в смысле получения следуемых из него механических выводов, чем гипотеза испускания, он тем не менее дает нам уже значительно более широкие средства для надобностей вычислений. Последнее является одним из наименее сомнительных признаков правильности теории. Когда гипотеза правильна, то она должна приводить к открытию численных соотношений, связывающих весьма несходные между собой явления. Напротив, когда она неправильна, то точным образом она может представить только те явления, для которых была придумана, подобно тому как эмпирическая формула обобщает в себе произведенные измерения лишь в тех пределах, для которых ее вычислили. С ее помощью нельзя будет открыть тайные связи, соединяющие данные явления с явлениями другого рода.

Так, например, господин Био, стремясь, со свойственной ему проницательностью, не уступавшей его упорству, найти законы, которым подчиняются красивые явления окрашивания, открытые господином Араго в кристаллических пластинках, нашел, что получаемые в них окраски следуют по отношению к их толщинам тем же законам, что и цветные кольца, а именно: что толщины двух однородных кристаллических пластинок, окрашенных в каких-нибудь два цвета, находятся в таком же отношении, как толщины воздушных слоев, отражающих в цветных кольцах соответственно те же самые цвета. Это соотношение, на которое указывает нам аналогия, уже само по себе весьма замечательно и важно, независимо от какой-либо теоретической идеи; но Юнг с помощью принципа интерференции, являющегося непосредственным следствием принципа волнового, пошел еще дальше. Он открыл между этими двумя различными явлениями еще другое значительно более тесное соотношение, а именно: разность хода лучей, преломленных в кристаллической пластинке обыкновенным образом, и лучей, претерпевших преломление необыкновенное, как раз равняется разности путей, пройденных лучами, отраженными от первой и второй поверхности воздушного слоя, который дает ту же самую окраску, что и кристаллическая пластинка. Мы имеем здесь дело уже не с некоторым простым соотношением между явлениями, но с тождеством их.

Я мог бы к этому еще прибавить, что столь сложные по своему внешнему виду законы дифракции, которые напрасно старались разгадать соединенными силами опыта и принципа испускания, были показаны во всей их общности с помощью наиболее простых из принципов волновой теории. Несомненно, что и наблюдение способствовало их открытию, но с помощью его оно не могло бы быть сделано, в то время как волновая теория по отношению к явлениям дифракции так же, как и во многих других случаях, могла предвосхитить опыт и заранее предсказывать явления со всеми их особенностями.

2. Только что указанные нами успехи волнового принципа показывают, что выбор между той или другой теорией не может быть безразличен. Полезность теории не ограничивается только тем, что облегчает изучение фактов, соединяя их в более или менее многочисленные группы по наиболее характерным соотношениям. Другая, не менее важная, цель всякой хорошей теории должна состоять в том, чтобы содействовать прогрессу науки открытием связующих фактов и соотношений между наиболее различными, и кажущимися наиболее независимыми друг от друга, категориями явлений. Но ясно, что исходя из мнимой гипотезы о природе света нельзя достигнуть цели столь же быстро, как в случае овладения искомой тайной природы. Теория, основная гипотеза которой правильна, с каким бы трудом она ни поддавалась математическому анализу, укажет – даже между весьма чуждыми ей по содержанию фактами – на соотношения, которые для другой теории навсегда останутся неизвестными. Таким образом, не говоря уже о весьма естественном и всегда должном существовать желании знать истину, мы видим, насколько для прогресса оптики и всего, что с нею связано, – т. е. для прогресса всей физики и всей химии, – важно, чтобы было известно, устремляются ли световые молекулы от тел, нас освещающих, к нашим глазам, или же свет распространяется с помощью вибраций промежуточной жидкости, частицам которой светящиеся тела сообщают свои колебания. Но пусть не думают, что это один из тех вопросов, решения которых нельзя достигнуть; и если он долгое время казался нерешенным, то не следует отсюда выводить, что его разрешить невозможно. Мы думаем даже, что он уже решен и что, внимательно рассмотрев оба принципа и те объяснения, которые они дают до настоящего времени известным явлениям, нельзя будет не признать превосходства волновой теории.

Имея в виду излагать главным образом фактическое содержание явлений, мы не можем не изложить при этом и тех теоретических соображений, которые в столь сильной степени способствовали открытию управляющих ими законов. Мы полагаем, что будет весьма полезно как для преподавания, так и для прогресса науки, если станут известными наиболее существенные и наиболее плодотворные принципы теории, преимущества которой долгое время оставались неоцененными. Размеры теоретического дополнения, как и само изложение главного, нуждающегося в дополнении предмета исследования этого труда, не позволят нам войти в детали вычислений; объяснив для каждого фактического вопроса, каким образом он становится математической задачей, мы дадим затем главные результаты анализа.

Прежде всего мы займемся дифракцией света, которая естественным образом должна быть помещена в начале всякого курса оптики, так как предметом ее изучения является наиболее простой вид отбрасываемой непрозрачными телами тени, а именно тот ее вид, когда освещающий предмет сводится к одной светящейся точке; изложению же этих явлений мы отведем столько места, сколько они, по нашему мнению, заслуживают, как наиболее подходящие для решения того большого вопроса, о котором мы только что говорили.

Дифракция света

3. Дифракцией света называют те видоизменения, которым он подвергается, проходя около края тел. Если через отверстие с очень маленьким диаметром впустить в темную комнату солнечные лучи, то замечают, что тени тел, вместо того чтобы быть ясно и резко ограниченными – как это должно было бы быть, если бы свет распространялся всегда по прямой линии, расщепляются на своих контурах и оказываются ограниченными тремя хорошо различимыми цветными полосами, ширина которых неодинакова и идет, уменьшаясь от первой к третьей; когда промежуточное тело достаточно узко, то полосы видны даже в тени, которая кажется разделенной на отдельные темные полоски и более светлые полоски, расположенные на равных расстояниях друг от друга. Последние второго вида полосы мы назовем внутренними полосами, а первые внешними полосами.

4. Гримальди был первым физиком, тщательно их наблюдавшим и изучавшим. Ньютон, тоже занимавшийся дифракцией и даже посвятивший ей последнюю главу своей «Оптики», по-видимому, не заметил внутренних полос, хотя его исследования более поздние, чем исследования Гримальди. В самом деле, в двадцать восьмом вопросе третьей книги своей «Оптики», возражая против волнового принципа, по которому световые волны должны были бы распространяться и внутри тени тела, он говорит: «Правда, лучи, проходящие вдоль тела, несколько изгибаются, как это мною и было показано выше, но это изгибание не совершается в сторону тени; оно совершается в противоположную сторону, и только тогда, когда лучи проходят на очень близком расстоянии от тела; после этого они опять распространяются по прямой линии». Трудно понять, каким образом изгиб света во внутреннюю часть тени мог ускользнуть от столь опытного наблюдателя, в особенности если принять в расчет, что он производил опыты с самыми узкими телами, так как он пользовался даже волосами. Можно даже подумать, что этим он был обязан своим теоретическим предубеждениям, до некоторой степени закрывавшим ему глаза на многозначащие явления, сильно ослаблявшие то главное возражение, на котором он основывал превосходство своего принципа.

Ввиду того что изгиб света во внутреннюю сторону тени является фактом основной важности, мы считаем особенно нужным указать на детали опыта, с помощью которого он устанавливается. Чтобы у вас при производстве его не оставалось на этот счет никаких сомнений, впустите в темную комнату луч солнца через дырочку, проделанную в ставне и покрытую вами листом оловянной бумаги, с проколотым в ней булавкой отверстием, не превосходящим одной десятой миллиметра; вместо того чтобы заставить падать косые солнечные лучи непосредственно на отверстие, что не позволило бы проследить за их ходом в темной комнате на достаточно большом расстоянии, заставьте их падать на расположенное вне комнаты зеркало, наклонив его так, чтобы лучи отражались приблизительно в горизонтальном направлении. Затем поместите в конус лучей, образованный впущенными таким образом лучами, железную или стальную, или сделанную из какого-нибудь другого совершенно не прозрачного вещества, нить, диаметр которой был бы, например, один миллиметр. Для большей определенности я предположу, что нить находится на расстоянии одного метра от маленького отверстия и что белый картон, на котором вы получаете ее тень, помещен еще на два метра дальше, т. е. на расстоянии трех метров от ставен. Очевидно, что если бы маленькое отверстие было бесконечно узким, если бы светящаяся точка была математической точкой, то геометрическая тень, очерченная на картоне, должна была бы иметь три миллиметра в ширину, причем под этим названием я понимаю тень, границы которой были бы очерчены лучами, не претерпевшими никакого изгиба.

5. Вычислим теперь, насколько ширина абсолютной геометрической тени должна уменьшиться вследствие размеров освещающего отверстия. Ввиду того что последнее, по предположению, имеет диаметр в одну десятую миллиметра, крайние лучи будут исходить из точек, удаленных от центра на одну двадцатую миллиметра, а принимая во внимание, что картон находится от железной нити на расстоянии вдвое большем, чем расстояние нити от светящейся точки, геометрическая тень должна иметь в ширину одну десятую миллиметра. Таким образом, абсолютная геометрическая тень с каждой стороны не может уменьшиться больше, чем на одну десятую миллиметра, и, следовательно, будет иметь в ширину 2,8 миллиметра. Значит, если бы лучи не испытывали никакого изгиба во внутреннюю часть тени, то это пространство должно было бы быть в полной темноте. Но, внимательно его наблюдая, вы обнаружите слегка освещенные полосы, благодаря которым будут вырисовываться темные разделяющие их линии, и вы заметите, что даже в самом центре тени[22] находится блестящая полоса. Из этого опыта, который так легко проверить, следует, как это было замечено Гримальди, что свет изгибается во внутренней части тени тел. Нужно сказать, что по мере того, как угол загиба увеличивается, свет очень быстро уменьшается в силе; но это быстрое уменьшение не находится ни в каком противоречии с теорией колебаний, которая очень просто объясняет его малыми размерами световых волн и которая дает даже закон, по которому это уменьшение происходит. Таким образом, Ньютон ошибался, предполагая, что свет не проникает за непрозрачные тела, и то возражение, которое он выводил отсюда против волновой теории, покоилось на неверном предположении.

6. Так как мы только что говорили о внутренних полосах, то поэтому сейчас же и опишем один остроумный опыт, произведенный по этому вопросу господином Юнгом, и приведем то важное следствие, которое он из него вывел.

Прикрыв с помощью экрана весь свет, приходивший от одной из сторон узкого тела, он заметил, что все полосы, расположенные во внутренней части тени, совершенно исчезли, несмотря на то, что таким образом им устранялась только одна половина отклоненных лучей. Отсюда он вывел, что для образования полос необходимо совместное действие обоих пучков лучей и что оно являлось результатом их действия друг на друга; в самом деле, каждый из этих двух пучков, взятый по отдельности, давал в тени один лишь непрерывный свет; и если бы они просто смешивались и не оказывали бы друг на друга никакого влияния, то их соединение тоже должно было бы дать непрерывный свет.

7. Если сделать предположение – естественное с точки зрения принципа истечения, – что различные отклонения световых лучей вблизи тел происходят вследствие возбуждаемого телами некоторого притягательного или отталкивающего действия на световые молекулы, то можно было бы думать, что в этом опыте действие свободного края узкого тела изменялось экраном, касавшимся другого края таким образом, что утрачивалась способность образовывать внутренние полосы. Это возражение должно казаться весьма слабым уже потому, что внешние полосы, образованные свободным краем узкого тела, вовсе не меняются от соседства экрана, но господин Юнг, кроме того, и совсем устранил его, удалив экран от узкого тела настолько, что уже не могло быть основания предполагать, что он может сколько-нибудь изменить притягательные или отталкивающие силы узкого тела. Экран помещался на пути одного из двух световых пучков, или как раз перед тем, как он касался края тела, или сейчас же после этого, – в том и другом случае внутренние полосы всегда исчезали.

8. Кроме того, он доказал существование взаимодействия световых лучей, пропуская свет через два маленьких достаточно друг от друга близких отверстия; он заметил, что в тени промежуточной части находятся темные и блестящие линии, происходившие, очевидно, от действия этих двух пучков друг на друга, так как они немедленно исчезали, как только одно из отверстий закрывалось.

Полосы становятся более ясными, если вместо того, чтобы сделать два маленьких отверстия в экране, проделать в нем на расстоянии одного или двух миллиметров две параллельные щели; и в этом случае, закрыв одну из щелей, можно уничтожить внутренние полосы, хотя свет, получающийся в тени промежуточной части от другой щели, все еще будет весьма значителен. Если щели недостаточно узки или если тень рассматривается достаточно близко от экрана, то часто можно видеть полосы и после того, как один из световых пучков был загорожен; но это не те полосы, которые мы имеем в виду, и их легко отличить, если только щели значительно уже, чем отделяющий их промежуток; ибо в этом случае полосы, получающиеся от совместного действия двух световых пучков и исчезающие при уничтожении одного из них, оказываются гораздо более тонкими, чем те другие. Эти последние, значительно более широкие, получаются от действия каждой щели в отдельности, причем можно заметить, что узкие полосы возникают в средней части пространства там, где обе группы широких полос начинают смешиваться.

Мы всегда предполагали, что весь свет, которым в этих опытах пользуются, получается от одной и той же светящейся точки; если бы это было иначе, если бы два смешиваемых световых пучка не испускались бы одним и тем же источником, то только что описанные явления не имели бы больше места; с помощью волновой теории мы вскоре покажем причину этого. В настоящий момент ограничимся изучением фактов, которые с наибольшей очевидностью показывают, что в некоторых случаях световые лучи оказывают друг на друга заметное действие.

Чтобы дополнить только что нами по этому поводу сказанное, нам остается еще остановиться на другом опыте, в котором это действие обнаруживается с большею отчетливостью и который имеет то преимущество, что отделяет его от явлений чистой дифракции. В этом опыте лучи, полученные от одного и того же источника света, заставляют отразиться от двух слегка наклоненных друг к другу зеркал. Но прежде чем объяснить детально все те предосторожности, которые нужно принять, чтобы обеспечить успех опыта, необходимо указать на возможные усовершенствования в способах наблюдения.

9. Вместо того чтобы получать светящуюся точку с помощью отверстия, проколотого булавкой в оловянной бумаге или в картоне, закрывающих дырочку в ставнях темной комнаты, гораздо удобнее вставить в эту дырочку стеклянную чечевицу с очень коротким фокусом и на нее направить солнечные лучи, отраженные горизонтально зеркалом, помещенным вне темной комнаты. Известно, что действие чечевицы состоит в том, что она соединяет параллельные лучи, падающие на ее поверхность, приблизительно в одной точке, называемой фокусом, и что этот фокус, находящийся на прямой, проходящей через середину чечевицы, оказывается тем ближе к поверхности чечевицы, чем больше ее выпуклость. Для большей определенности я предположу, что это расстояние фокуса будет равно 1 см, или 10 мм. Если солнце, подобно неподвижным звездам, не являло бы для наших глаз никакой угловой протяженности, то все его лучи, преломившись в чечевице, соединялись бы приблизительно в одной точке; но солнце охватывает собой угол приблизительно в 32 минуты, т. е. лучи, приходящие от двух взаимно противоположных точек его окружности, образуют между собой угол в 32 минуты. Но для того, чтобы определить местонахождение изображений таких двух точек в фокусе чечевицы, нужно взять те из испускаемых ими лучей, которые проходят через центр чечевицы, и, в соответствии со сделанным нами предположением о фокусном расстоянии, изображения будут находиться на продолжении этих двух лучей на расстоянии 10 мм от чечевицы. Таким образом, промежуток, их отделяющий, будет равняться хорде небольшой дуги в 32 минуты, описанной радиусом в 10 мм; это дает по вычислении 93 тысячных миллиметра, или, приблизительно, одну одиннадцатую миллиметра.

Таков, значит, будет диаметр маленького изображения солнца, образованного в фокусе чечевицы направленными на ее поверхность лучами,[23] которые, после пересечения в фокусе, разойдутся светящимся конусом; последний значительно пространнее, чем тот, который получается, если вводить лучи с помощью маленького отверстия. Большая величина светового конуса как раз и делает этот способ более удобным. Он мне был указан господином Араго, и с тех пор я всегда пользовался им в моих опытах.

Если необходимо, чтобы светящаяся точка была особенно неподвижна, как, например, в том случае, когда желательно измерением определить относительные положения полос, то нужно пользоваться вместо простого зеркала гелиостатом – прибором, который так называется, потому что сохраняет отраженные лучи в одном и том же постоянном направлении, несмотря на суточное движение солнца. В самом деле, ясно, что без этой предосторожности лучи отраженные, меняя направление вместе с лучами падающими, заставят слегка переместиться светящуюся точку, образованную их пересечением. Но, как мы только что сказали, абсолютная неподвижность светящейся точки необходима только тогда, когда желательно измерять полосы; строго говоря, можно было бы и тут обойтись без гелиостата, если не делать слишком много измерений сразу, не производить слишком длительных наблюдений, пользуясь при этом чечевицей с очень коротким фокусом.

10. Указав, каким образом лучше всего получить светящуюся точку, я изложу теперь, каким образом лучше всего наблюдать полосы, следуя при этом по пути, который привел меня к моему способу наблюдения.

Желая наблюдать внешние полосы на очень близком расстоянии от непрозрачного тела, я стал отбрасывать тень тела на матовое стекло, а полосы рассматривал сзади с помощью лупы. Но я заметил, что, переводя мой глаз, вооруженный лупой, за пределы матового стекла, я продолжал видеть полосы, и даже со значительно большей ясностью, и что они оставались совершенно сходными с теми, которые обрисовывались на матовом стекле. Отсюда я вывел, что в матовом стекле не было надобности и что было достаточно отбрасывать свет непосредственно на лупу и рассматривать светящуюся точку, поместившись за дающим тень телом.[24] Причина этого весьма проста; с помощью выпуклого стекла в глубине глаза обрисовывается то, что находится в его фокусе, независимо от того, будет ли это какой-нибудь вещественный предмет или изображение, образованное некоторой комбинацией световых лучей, лишь бы эти лучи доходили без изменения до поверхности выпуклого стекла. Окуляр телескопа действует таким же способом, когда с его помощью мы рассматриваем воздушное изображение предметов, получающееся в фокусе объектива, которое заметно также, хотя и значительно менее ясно, при рассматривании на белом картоне или на матовом стекле. Таким образом, простым рассуждением мы могли бы прийти к этому же методу наблюдения, который следует предпочесть применявшемуся до тех пор, так как он имеет преимущество увеличивать размеры полосы и в то же время усиливать их яркость; это позволяет обнаружить их во многих случаях, когда, вследствие их тонкости или слабости света, это оказалось бы невозможным, получая их на белый картон.

Чтобы дать понятие о превосходстве этого метода, достаточно сказать, что с его помощью легко можно обнаружить полосы в свете всякой сколько-нибудь яркой звезды, если поместить на пути ее лучей непрозрачное тело, и что при этом можно даже сделать заметными темные и блестящие полосы внутри тени тела, если оно достаточно узко и достаточно удалено от наблюдателя, в то время как даже самый зоркий глаз не мог бы различить даже тени этого тела, отброшенной на белый картон. Чтобы заметить полосы в свете звезды, нужно пользоваться лупой с большим фокусным расстоянием, как, например, у стекол обыкновенных очков с фокусом в один или два фута, так как при более выпуклом стекле свет оказывается слишком ослабленным. Отсюда следует, что увеличение будет меньше и что в этом случае нельзя наблюдать столь же тонкие полосы, как в случае более яркого света; вообще говоря, чем свет слабее, тем меньше должно быть увеличение. Если в этом опыте, который всякий легко может повторить, желают добиться успеха, то, как мы уже советовали, нужно позаботиться, чтобы световой фокус выпуклого стекла попадал в середину зрачка, что можно сделать, если держать его на расстоянии, при котором вся поверхность стекла кажется освещенной, и если затем, сохраняя относительное положение глаза и лупы, исследовать тень непрозрачного тела, полосы которого желают наблюдать.

Я счел долгом несколько распространиться об этом способе наблюдений, вследствие той легкости, с которой он позволяет изучать все дифракционные явления и с точностью их измерять. В самом деле ясно, что для измерения ширины полос, т. е. расстояний между центрами темных или блестящих полос, достаточно пользоваться небольшой подвижной лупой, в фокусе которой находится очень тонкая нить, на которую производится установка и перемещение которой можно определить с помощью нониуса или микрометрического винта; этот аппарат представляет тогда собою то, что называют микрометром. Тот, которым я пользовался во всех моих опытах и который был сконструирован господином Фортеном, несет на себе медную пластинку, которая с небольшим трением скользит между двумя неподвижными выемками; в середине ее проделано отверстие шириною в один сантиметр; на краях отверстия с одной стороны закреплена нить сурового шелка, которая должна служить для установки, а с другой стороны – небольшая трубка, несущая лупу, которую можно приближать или удалять от нити до тех пор, пока она не будет находиться в ее фокусе. Пластинка, на которой закреплена вся эта система, приводится в движение микрометрическим винтом, выработанным с большою точностью. Ширина его хода точно известна, подразделения же их определяются с помощью круга, разделенного на сто частей и по которому пробегает стрелка, прикрепленная к винту. Перемещение чечевицы и нити при вращении винта может быть таким способом определено с точностью до одной сотой миллиметра. Установив это, легко понять, каким образом можно, например, измерить расстояние между центрами двух темных полос; нить последовательно приводят к центру первой полосы и затем к центру второй, каждый раз отмечая на круге деления, на которых останавливается стрелка, и считая число полных оборотов, которое, кроме того, еще указывается нониусом, разделенным на части, равные ходу винта. Так как величина хода винта известна, то легко вычислить смещение нити или интервал, заключенный между центрами двух темных полос.

11. Я бы мог указать на способ наблюдения с лупой с самого начала, прежде чем описывать первоначальные опыты с дифракцией; но я боялся, что даваемые ими важные результаты останутся под некоторым сомнением, если их опытное обоснование ставить некоторым образом в зависимость от большего или меньшего доверия, с которым можно было бы вначале относиться к новому способу наблюдений; поэтому я описал эти опыты так, как их производили Гримальди и господин Юнг, получая полосы на белый картон. Дело здесь не в какой-либо трудности убедиться рассуждением, что пользование лупой ничего не меняет в этих явлениях; для того чтобы убедиться в этом и на опыте, достаточно даже просто сравнить полосы, обрисовавшиеся на экране, с полосами, видными через лупу, фокус которой находится на том же расстоянии от непрозрачного тела, как и картон; окажется, что они совершенно подобны друг другу, с одной лишь разницей в увеличении и яркости, даваемых лупой; и если их измерить, то ширина их будет одинакова. Но было полезно a priori и неоспоримым образом доказать существование проникновения света в тень и взаимодействие лучей друг на друга; и я счел поэтому нужным изложить новый способ наблюдений лишь после того, как он оказался необходимым для новых опытов, о которых мне нужно было говорить.

12. Мы можем объяснить теперь опыт с двумя зеркалами, в котором при соединении двух пучков, правильно отраженных от зеркальных поверхностей, получаются поразительнейшие явления, свидетельствующие о взаимодействии световых лучей. Чтобы избежать вторичных отражений, усложняющих явления, не следует употреблять стекол, покрытых с обратной стороны зеркальным слоем, но следует пользоваться стеклами, зачерненными с обратной стороны; металлические зеркала еще более удобны. Поместив сначала оба зеркала рядом друг с другом так, чтобы их края точно соприкасались между собою, их вращают затем до тех пор, пока они не окажутся почти в одной и той же плоскости, но все же еще образуют между собой слегка входящий угол, так что дают сразу два изображения одной светящейся точки. О величине этого угла можно судить по расстоянию, которое разделяет изображения; для того, чтобы полосы имели достаточную ширину, нужно, чтобы это расстояние было маленьким. Но больше всего внимания нужно обратить на то, чтобы зеркала не выступали по линии контакта одно над другим, ибо если одно из них выступало на одну или две сотых миллиметра, то это часто бывало достаточным для того, чтобы помешать появлению полос. Выполнение этого условия достигается постепенными пробами, причем то из двух зеркал, которое кажется наиболее выступающим, понемногу вдавливают в мягкий воск, с помощью которого оба зеркала прикреплены к общей подставке; ощупыванием или, еще лучше, пытаясь обнаружить полосы с помощью лупы, можно судить о том, выполнено ли условие или нет. Конечно, можно придумать механизм, с помощью которого можно было бы по желанию менять угол между обоими зеркалами, избегая при этом всякого выступания одного над другим; но для этого нужно было бы, чтобы этот механизм был построен с большой тщательностью. Если указанный мною способ, вследствие требуемой им работы ощупью, оказывается более длинным, то он имеет, по крайней мере, то преимущество, что не требует других аппаратов, кроме двух маленьких металлических зеркал или черного стекла, благодаря чему он является доступным всякому.

13. В этом опыте, так же как и в опытах с дифракцией, следует пользоваться светом только одной светящейся точки; для того, чтобы полосы были достаточно четкими, нужно, чтобы светящаяся точка была тем дальше и тем тоньше, чем у́же оказываются полосы. Наклон системы соединенных зеркал по отношению к падающим лучам не имеет никакого значения. Чтобы обнаружить полосы, нужно немного отойти от зеркал, а отраженные от них лучи направить на короткофокусную лупу, за которой должен находиться глаз, помещенный таким образом, чтобы вся поверхность лупы казалась освещенной. Затем полосы ищутся в той части пространства, в которой соединяются лучи, отраженные от обоих зеркал, и которую легко отличить от остального светлого пространства, так как оно кажется более ярким.

Эти полосы представляют собой ряд блестящих и темных полос, параллельных между собой и на равных расстояниях друг от друга. В белом свете они оказываются окрашенными в самые яркие цвета,[25] в особенности же те из них, которые ближе к середине; по мере того как расстояние от центра их увеличивается, они становятся постепенно все слабее и, наконец, в восьмом порядке исчезают. В более однородном свете, как, например, в свете, полученном с помощью призмы или с помощью окрашенного в красный цвет стекла, замечается значительно большее число полос, представляющих собой простое чередование темных и светлых полос, окрашенных в один и тот же цвет. Если пользоваться по возможности более однородным светом, то явление сводится к своему наиболее простому виду. Мы сначала разберем этот частный случай. После этого нам будет легко объяснить наблюдаемые в белом свете явления, если мы наложим друг на друга блестящие и темные полосы, получаемые в отдельности для каждого рода цветных лучей, входящих в состав белого света.

Направление этих полос всегда перпендикулярно к прямой линии, соединяющей два изображения светящейся точки, во всяком случае в той части пространства, которая освещается правильно отраженным светом, причем направление этой прямой линии по отношению к краям соприкасающихся зеркал может быть каким угодно. Этим вполне доказывается, что полосы не являются результатом действия крайних частей зеркал на проходящие близ них световые лучи. Кроме того, можно, увеличив угол между зеркалами, настолько удалить оба изображения светящейся точки друг от друга, что образующие полосы лучи будут находиться на таком расстоянии от соприкасающихся частей зеркал, что уже не может оставаться оснований предполагать какого-нибудь действия со стороны этих крайних частей.

Центральная полоса – полоса блестящая – такая же, как для полос, пересекающих тень узкого тела, или для тех полос, которые получаются с помощью экрана с проделанными в нем двумя параллельными, очень тонкими и достаточно близкими друг к другу, щелями. Если, как мы предполагаем, пользоваться светом приблизительно однородным, то эта блестящая полоса оказывается помещенной между двумя самыми темными полосами; за каждой из последних следует блестящая полоса, за которой следует опять темная, и так далее. В полосах второго и третьего порядка темные полосы все еще очень темны; но, по мере того как расстояние от центра увеличивается, они становятся все менее резкими, что происходит вследствие того, что употребляемый свет никогда не бывает вполне однороден.

Достаточно сравнить темные полосы первого, второго и третьего порядка со светом, даваемым одним зеркалом, чтобы убедиться в том, что их освещение значительно слабее и что в тех местах, которые они занимают, прибавление лучей, отраженных от одного зеркала, к лучам другого, вместо того, чтобы дать более интенсивный свет, производит темноту. Это сравнение легко сделать, если по очереди смотреть на темные полосы и на те части светового поля, которые находятся по левую и правую сторону от части, вдвойне освещенной и вмещающей полосы. Если опасаться, что контраст блестящих полос с примыкающими к ним темными полосами может в этом отношении ввести в некоторое заблуждение, то будет достаточно поместить нить микрометра сначала в середину одной из самых темных полос, а затем в часть светового поля, освещенную одним только зеркалом; в самом деле, эту нить можно будет различить значительно легче в ее втором положении, чем тогда, когда она будет по середине темных полос первого и второго порядка, в особенности если темная комната хорошо закрыта и если были приняты все необходимые предосторожности для того, чтобы на нить попадал свет только от двух зеркал.

Таким образом, вполне доказано, что в некоторых случаях свет, прибавленный к свету, производит темноту. Этот основной факт, который не ускользнул от Гримальди, но который, по-видимому, все же был неизвестен Ньютону, был за это последнее время в достаточной степени доказан опытами господина Юнга; но тот опыт, который я только что описал, выдвигает его, быть может, еще в большей степени, так как наблюдаемые в нем темные полосы, вообще говоря, более темны, чем полосы в чисто дифракционных явлениях, и так как этот опыт исключает всякую возможность дифрактивного действия, которое могло бы расширить световые пучки в одном месте, сжав их в другом, ибо наблюдаемое здесь явление получается с помощью правильно отраженных лучей.

В этом случае, так же как и в опытах господина Юнга, легко видеть, что полосы возникают вследствие взаимодействия встречающихся лучей. В самом деле, если экраном, помещенным у одного из зеркал, закрыть все лучи, отраженные зеркалом или на него падающие, то эти полосы исчезнут совершенно, хотя пространство, ими занимаемое, будет по-прежнему освещено другим зеркалом; останутся заметными только бледные и неравномерно размещенные полосы, ограничивающие тень экрана. Если экраном закрыть только половину зеркала, с тем чтобы полосы исчезли лишь на половину их длины, можно будет очень удобно сравнить оставшуюся часть наиболее темных полос со смежною частью пространства, в которой свет от одного из зеркал загражден экраном, и таким образом еще раз убедиться, что эта часть освещена сильнее, чем середина каждой из темных полос, в которой все же сходятся лучи, отраженные от двух зеркал. Значит, в ней эти лучи, в силу некоторого действия их друг на друга, взаимно нейтрализуются.

14. Взаимодействие световых лучей, которое мы только что установили с помощью нескольких опытов, подтверждается также большим числом других оптических явлений и представляется теперь одним из наиболее доказанных принципов физики. Мы выбрали сначала те факты, которые ставили его вне всякого сомнения; мы вернемся затем к тем из них, которые представляют собой его самое важное подтверждение. Но сначала нам необходимо изучить закон, по которому действует это замечательное свойство света.

Если вычислить разности путей, проходимых лучами, которые дают каждую из темных и блестящих полос, то прежде всего окажется, что середина блестящей центральной полосы соответствует равным путям, и что если обозначить через d разность путей, пройденных лучами тех пучков, которые соединяются в середине следующей, расположенной или слева или справа, светлой полосы, то середины других блестящих полос будут соответствовать разностям пройденных путей, равным 2d, 3d, 4d, 5d, 6d и т. д., в то время как середины темных полос, начиная с тех, которые граничат с центральной блестящей полосой, и до самых отдаленных, будут последовательно соответствовать разностям пройденных путей, равным 1/2d, 3/2d, 5/2d, 7/2d и т. д.

Отсюда следует, что соединение лучей производит максимум света, если разность пройденных ими путей равна 0, d, 2d, 3d, 4d, 5d и т. д., и что, напротив того, они взаимно нейтрализуют друг друга и производят темноту, когда эта разность равна 1/2d, 3/2d, 5/2d, 7/2d, 9/2d, 11/2d и т. д. Таков общий закон периодических действий, возбуждаемых световыми лучами друг на друга.

Если оба световых луча имеют одинаковую интенсивность, как в только что описанном опыте, то в середине темных полос оказывается полное отсутствие света, во всяком случае для полос первого, второго и даже третьего порядка, если только употребляемый свет в достаточной степени однороден. Но так как он никогда не бывает совершенно однородным, то и оказывается, что эта, столь резкая для первых полос, разница в освещении светлых и блестящих полос постепенно уменьшается по мере удаления от центра и в конце концов, на некотором расстоянии, всегда становится незаметной. Причину этого легко найти; применяемый свет, как бы он ни был упрощен разложением в призме или прохождением через окрашенное стекло, всегда будет состоять из разнородных лучей, цвет и физические свойства которых всегда будут хоть и мало различны, но для которых период d все же не будет иметь в точности одну и ту же длину. Но отсюда следует, что темные и блестящие полосы, положение которых этим периодом определяется, не будут разделены одинаковыми промежутками. Правда, ширины полос, образованных разнородными лучами, будут тем менее отличаться друг от друга, чем более применяемый свет будет приближаться к полной однородности; но, как бы эта разность ни была мала, легко понять, что, повторенная большое число раз, она в конце концов изменит положение полос настолько, что блестящие полосы одного рода лучей совпадут с темными полосами другого рода лучей; таким образом, на достаточном расстоянии от средней линии, «соответствующей равным путям», темные и блестящие полосы различного рода лучей применяемого света, смешавшись, сгладят друг друга и дадут однообразную окраску.

Чем более будет упрощен свет, тем дальше от центра будет находиться точка, в которой имеет место эта полная компенсация, и тем большее число полос будет, следовательно, заметно. Если пользоваться белым светом, т. е. самым сложным, то число видимых полос будет самым маленьким, и их будет видно только по семи с каждой стороны от центра. Они представляются окрашенными так же, как цветные кольца, и причина их окраски точно такая же. Если бы длина d была одинакова для лучей различных цветов, то ширина их полос (т. е. расстояние между серединами двух последовательных блестящих или темных полос) была бы также одинакова и наблюдалось бы полное совпадение между их точками, как самыми темными, так и самыми светлыми. Различные лучи, составляющие белый свет, находясь тогда повсюду в одинаковом соотношении, дали бы ряд черных и белых полос, не имеющих и следа какой-нибудь окраски. Но это не так: d сильно меняется для лучей, различным образом окрашенных, и почти удваивается от одного конца солнечного спектра к другому; поэтому и длина их полос меняется в таком же отношении, и их темные и блестящие полосы не могут больше накладываться друг на друга; местоположение их будет тем более различно, чем дальше они будут от средней линии. Итак, должно оказаться, что блестящая полоса лучей некоторого определенного цвета будет соответствовать темной полосе лучей другого рода; отсюда следует, что первые лучи будут преобладать над вторыми. Мы видим, что полосы представляют собою последовательность оттенков, которые будут меняться в соответствии с теми количествами, в которых будут смешиваться лучи, входящие в состав белого света.

Средняя линия центральной полосы всегда белая, так как ей всегда соответствует разность пройденных путей, равная нулю; она соответствует максимуму блеска для всех родов лучей, какова бы ни была длина d. С каждой стороны этой светлой полосы свет начинает постепенно окрашиваться; начиная от второй полосы и далее, в третьей и в четвертой полосах цвета становятся очень яркими; но затем они ослабевают, и за восьмой полосой, вследствие более полного смешивания темных и блестящих полос всех цветов, они совершенно исчезают, что дает однообразную белую окраску.

Если только что нами описанный опыт произвести с семью главными цветами, которые Ньютон различает в солнечном спектре, и если с помощью микрометра, о котором было сказано выше, измерить ширину полос, то легко понять, что отсюда можно вычислить соответствующие значения d; но этот опыт был проделан тщательно с одним только в достаточной степени однородным красным светом, который пропускается некоторыми стеклами, вставляемыми в церквах. Для преобладающих лучей этого света, которые находятся в конце солнечного спектра, длина d равна 0,000638 мм, если взять за единицу одну тысячную часть метра. Отсюда можно вывести значение d для лучей семи главных родов, если воспользоваться опытами Ньютона над цветными кольцами. Для этого достаточно помножить на 4 длины того, что Ньютон называет приступами легкого отражения или легкого прохождения световых молекул.

Таким способом была вычислена следующая таблица:

Только что нами сказанное о небольшом числе полос, даваемых белым светом, и о весьма ограниченном числе тех из них, которые можно различать в возможно более упрощенном свете, объясняет нам, почему во многих случаях, когда лучи, исходящие из одного источника, пересекаются под направлениями, почти параллельными друг другу, все же не наблюдается полос. Это происходит оттого, что разность пройденных путей слишком значительна и содержит во всех точках пространства, освещенных обоими пучками вместе, слишком большое число раз d, ибо таким образом центральная полоса и другие, которые к ней достаточно близко примыкают, чтобы быть видными, оказываются расположенными вне поля, общего обоим световым пучкам. Вот почему в опыте с двумя зеркалами так важно, чтобы зеркала не выступали одно над другим; в самом деле, вследствие крайней малости величины d, которая для желтых лучей составляет всего лишь одну полутысячную миллиметра, самый небольшой выступ, создающий для пройденных путей разность, равную его удвоенной величине, может отбросить группу видимых полос за пределы поля, общего обоим зеркалам.[26]

15. Рассуждение, которое мы только что привели для объяснения окрашивания полос, получаемых вследствие взаимодействия двух белых пучков, приложимо ко всем явлениям дифракции в белом свете. Эти явления всегда происходят оттого, что лучи различной окраски не дают темных и блестящих полос одной и той же ширины и что поэтому для каждой точки они не будут больше находиться в том соотношении, которое составляет белый свет.

Если известны положения этих полос для каждого рода лучей, равно как и законы изменения их интенсивностей от точки к точке, то можно вычислить отношения, в которых они смешиваются, и определить затем получающиеся отсюда окраски, воспользовавшись для этого эмпирической формулой Ньютона, с помощью которой находится окраска, соответствующая какой-нибудь смеси цветных лучей. Таким образом, достаточно изучать явления оптики в однородном свете, что приводит их к наибольшей степени простоты, и из полученных результатов всегда, и с легкостью, можно будет вывести то, что они должны представлять собой в белом свете. В соответствии с этим во всем том, что мы скажем дальше, мы всегда станем предполагать, что применяемый свет однороден, исключая те случаи, когда мы будем специально касаться результатов, полученных с белым светом.

16. Из только что изложенного очень простого закона о взаимодействии световых лучей легко заключить, что ширина полос, всегда пропорциональная длине d, должна быть, кроме того, обратно пропорциональна расстоянию, которое разделяет оба изображения светящейся точки, и прямо пропорциональна их расстоянию от микрометра, или, другими словами, обратно пропорциональна углу, под которым наблюдатель увидел бы оба изображения, если бы поместил свой глаз в точке, в которой он измеряет полосы.

Тот же простой геометрический закон приложим к полосам, полученным с двумя очень тонкими щелями, проделанными в экране. Ширина этих полос всегда пропорциональна расстоянию от экрана и обратно пропорциональна промежутку, заключенному между двумя щелями.

Этот закон оказывается еще приблизительно верным и для полос, наблюдаемых в тени узкого тела, – по крайней мере до тех пор, пока они не оказываются слишком близкими к границе тени; ибо в последнем случае они следуют другому, более сложному закону, который хотя и покоится на весьма простых основаниях, но может быть изображен только трансцендентной функцией, в которую входит, кроме ширины тела и его расстояния от микрометра, также и его расстояние от светящейся точки.

Что касается до внешних, окаймляющих тени, полос, то их ширина зависит всегда сразу от этих двух расстояний. Если первое из них остается постоянным, то они будут тем шире, чем второе из них меньше.