Опыты Ньютона со светом

Пропуская солнечный свет через стеклянную призму, Ньютон (Sir Isaac Newton PRS 1642 – 1727) нашел, что солнечный свет имеет сложный состав. Он состоит из излучений различной преломляемости и различного цвета. Степень преломляемости и цвет излучения связаны взаимно однозначно. Ньютон писал: "Наименее преломляемые лучи способны порождать только красный цвет и, наоборот, все лучи, кажущиеся красными, обладают наименьшей преломляемостью". Схема одного из опытов запечатлена на старинной гравюре.

Выделяя излучения одного какого-либо цвета из спектра и вторично пропуская их через призму, Ньютон нашел, что они больше не расщепляются в спектр, так как являются простыми, или однородными по составу.

Ньютон подвергал однородные излучения всевозможным преобразованиям: преломлению, фокусированию, отражению от различно окрашенных поверхностей. Он показал, что данное однородное излучение не может изменить своего первоначального цвета, каким бы преобразованиям оно не подвергалось. Все разнообразие цветов состоит из цветов однородных излучений солнечного спектра и цветов их смесей. Кроме них не существует каких-либо новых цветов, получаемых от каких-либо превращений света, т.к. любые превращения суть только различные преобразования тех же самых излучений. "...Если бы солнечный свет состоял из одного только сорта лучей, то во всем мире был бы только один цвет..." — утверждал Ньютон.

У Ньютона мы впервые находим деление науки о цвете на две части: объективную — физическую и субъективную, связанную с чувственным восприятием. Ньютон пишет: "...лучи, если выражаться точно, не окрашены. В них нет ничего другого, кроме определенной силы или предрасположения к возбуждению того или иного цвета". Далее Ньютон проводит аналогию между звуком и цветом. "Подобно тому как колебательные движения воздуха, действуя на ухо, вызывают ощущение звука, действие света на глаз производит ощущение цвета".

Ньютон дал правильное объяснение цветам естественных тел, поверхностей предметов. Его объяснение можно привести дословно. "Эти цвета происходят от того, что некоторые естественные тела отражают одни сорта лучей, другие тела — иные сорта обильнее, чем остальные. Сурик отражает наиболее обильно наименее преломляемые лучи, создающие красный цвет, и поэтому кажется красным. Фиалки отражают обильнее всего наиболее преломляемые лучи, благодаря чему имеют этот цвет; так же и другие тела. Всякое тело отражает лучи своего собственного цвета более обильно, чем остальные, и благодаря избытку и главенству их в отраженном свете обладает своей окраской".

Ньютону принадлежат первые опыты по оптическому смешению цветов, а также по классификации и количественному их выражению.

Ньютон писал: "При помощи смешения цветов могут получаться цвета, подобные цветам однородного света по видимости, но не в отношении неизменности цветов и строения света". Здесь вполне определенно указывается на то, что различные по спектральному составу излучения могут восприниматься как одинаковые по цвету. В современном цветоведении это явление называется независимостью цвета от спектрального состава излучения. Оно дает основание определять цвет смеси излучений по цветам смешиваемых излучений, не принимая во внимание их спектральный состав.

Мы еще вернемся к этому вопросу и увидим, что явление независимости цветов объясняется строением глаза. Но во времена Ньютона это не было известно. Он открыл это явление опытным путем и использовал его в дальнейшем для отыскания цветов смеси излучений по цветам смешиваемых излучений.

Ньютон считал, что существует семь основных цветов, смешением которых можно получить все существующие в природе цвета. Это красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый цвета спектра солнечного света. Деление спектра на семь цветов в известной степени условно. По этому поводу Вильгельм Освальд (1853–1932, немецкий физико–химик, организовал в Германии специальный институт по изучению проблем цвета) отмечает, что холодная морская и темная лиственная зелень различны по зрительному восприятию примерно так же, как красный и фиолетовые цвета. Но по Ньютону все зеленые цвета представлены только одним цветом. Кроме того, Ньютон ошибочно считал, что получение всех цветов возможно смешением семи основных. Сейчас мы знаем, что для этого достаточно трех основных цветов. Тем не менее и в настоящее время в русском языке, как и во многих других, для обозначения этих семи цветов используются простые слова. Другие цвета мы либо называем сложными словами, производными от этих семи, например сине–зеленый, либо используем для этого не собственно названия цветов, а названия предметов (тел), например, кирпичный, бирюзовый, изумрудный и т.п.

Ньютон впервые ввел цветовой график, получивший название цветового круга Ньютона. Он использовал его для систематизации многообразных цветов и для определения по смешиваемым цветам цвета их смеси. В основу графического сложения цветов Ньютон положил правило нахождения центра тяжести. Это правило широко используется и сейчас для цветовых расчетов на цветовых диаграммах и для количественной характеристики цветов.

На основе цветового графика и графического сложения цветов логически напрашивается вывод, что любой цвет может быть получен смешением всего трех цветов. Однако потребовалось более ста лет после смерти Ньютона, чтобы этот основной закон цветоведения был окончательно установлен и нашел свое объяснение в предположении о трехцветной природе зрения.