Мы привыкли видеть окружающий нас мир, наполненным многообразием различных цветов и цветовых оттенков. Но задумывался ли кто-нибудь из вас, что же такое цвет тел? Можем ли мы рассматривать цвет как одно из основных свойств материальных объектов?
Долгое время вопросами о природе цвета занимались в основном художники, поэты и философы. Но чаще всего их рассуждения касались пропорции смешения различных цветов, и на этой основе строились те или иные теории цвета. Например, ещё в четвёртом веке до нашей эры древнегреческий учёный Аристотель выдвинул свою теорию цветов, согласно которой солнечный свет является простым, а все остальные цвета получаются из него в результате смешивания с различным количеством тёмного цвета.
Подобные теории выдвигались и значительно позднее такими учёными, как Рене Декарт, Иоганн Кеплер и Роберт Гук. Однако научного обоснования природы цветов не было в плоть до 1666 года. В этом году Исаак Ньютон, занимаясь усовершенствованием телескопов, обратил внимание на интересный факт: изображение, получаемое с помощью объектива телескопа, было окрашено по краям. Предполагая, что это может быть как-то связано с явлением преломления света, он направил узкий пучок солнечного света, образованного малым отверстием в ставне, на грань стеклянной призмы, установленной в затемнённой комнате. При этом на экране появилось удлинённое изображение щели, состоящее из ряда цветных полос семи основных цветов, плавно переходящих друг в друга.
Получившуюся на экране цветную полоску Ньютон назвал спектром (от латинского видение). Из проведённого опыта следовало, что белый свет является сложным: пройдя через призму, он разлагается на пучки различных цветов.
Однако далеко не все современники Ньютона согласились с этим выводом: слишком уж необычным казалось это предположение. При этом возник ряд вопросов. Во-первых, почему белый свет, входящий в призму, выходил из неё в виде цветной полосы, содержащей семь основных цветов? Во-вторых, почему круглый в сечении пучок после преломления в призме оказался существенно растянутым в длину? И, наконец, влияет ли вещество самой призмы на окрашивание белого света?
Между тем Ньютон нашёл простой и убедительный способ доказательства справедливости своей теории. Для этого он на пути пучка, прошедшего через призму, поместил собирающую линзу: вышедший из неё пучок в точке схождения лучей вновь становился белым. Таким образом, опыты Ньютона убедительно свидетельствовали о том, что белый свет имеет сложную структуру.
Следующие опыты Ньютона были посвящены изучению влияния вещества призмы на характер окрашивания светового пучка. Для этого он закрывал отверстие в ставне поочерёдно синим и красным стеклом и наблюдал при этом синее и соответственно красное пятно на стене. Это означало, что призма не может влиять на цвет светового пучка.
Опытным путём Ньютон нашёл ответ и на другой важный вопрос: почему пучки разных цветов по-разному отклоняются призмой? В своём фундаментальном трактате «Оптика» Ньютон так сформулировал полученный им вывод: «Световые пучки, отличающиеся по цвету, отличаются по степени преломляемости. В наибольшей степени преломляются фиолетовые пучки, в наименьшей красные».
Чтобы подтвердить предположение Ньютона, проведём современный опыт. Возьмём оптический диск с осветителем, возле объектива которого поставим диафрагму с горизонтальной щелью и фиолетовый светофильтр (то есть фиолетовое стекло). Включив осветитель будем наблюдать на диске луч света фиолетового цвета. Если заменить светофильтр на красный, то цвет луча поменяется также на красный.
А теперь на пути красного светового пучка поставим треугольную призму. Как видим, пройдя через неё луч отклоняется от своего первоначального положения в сторону более широкой части призмы.
Заменим красный светофильтр обратно на фиолетовый. Не трудно увидеть, что изображение щели, полученное в фиолетовых цветах, отклониться в туже сторону, что и красный луч, но уже на гораздо больший угол.
Как известно, показатель преломления среды зависит от скорости света в веществе. Следовательно, пучок фиолетового цвета преломляется в большей степени потому, что фиолетовый цвет имеет в веществе наименьшую скорость. Красные же лучи преломляются меньше других потому, что их скорость в веществе наибольшая.
Это означает, что показатель преломления вещества, из которого сделана призма, зависит не только от свойств самого вещества, но и от частоты проходящего через него света.