Читать книгу - "Расплетая радугу. Наука, заблуждения и потребность изумляться - Ричард Докинз"

Осуществив рассечение радуги на свет с различными длинами волн, Ньютон заложил основы для максвелловской теории электромагнитного поля, а следовательно, и для эйнштейновской специальной теории относительности. Если вы находите поэтическую таинственность в радуге, то вам просто необходимо отведать относительность! Эйнштейн и сам мог подходить к науке с откровенно эстетическими мерками — возможно, даже чересчур увлекаясь. «Самое прекрасное, что мы можем испытать, — говорил он, — это ощущение тайны. Оно источник любого подлинного искусства и науки». Сэр Артур Эддингтон, чьи собственные научные труды тоже были отмечены печатью поэзии, воспользовался солнечным затмением 1919 года, чтобы проверить общую теорию относительности. Вернувшись с острова Принсипи, он, по словам Банеша Хофмана, объявил, что в Германии живет величайший ученый эпохи. У меня горло перехватывало от волнения, когда я читал об этом, но Эйнштейн отнесся к своему триумфу невозмутимо: если бы результат наблюдений оказался иным, «тем было бы хуже для уважаемого лорда. Моя теория верна».

Исаак Ньютон сделал себе свою собственную радугу в затемненном помещении. Маленькая дырочка, проделанная в ставнях, пропускала солнечный свет. На его пути была установлена та самая пресловутая призма, которая преломляла (отклоняла) луч на некий угол: в первый раз, когда он проникал в стекло, а потом еще раз — когда он снова выходил в воздух через противоположную грань призмы. Когда же этот свет доходил до стены, на ней четко отображались цвета спектра. Ньютон не был первым, кто получил искусственную радугу, используя призму, но именно он впервые доказал с ее помощью, что белый свет представляет собой смесь разнообразных оттенков. Призма рассортировывает их, отклоняя на разные углы: синий более резко, красный — слабее, а зеленый, желтый и оранжевый — на углы промежуточных значений. Прежде, понятное дело, думали, будто призма оказывает какое-то дополнительное воздействие на свет, подкрашивая его, а не просто выделяет цвета из уже существующей смеси. Ньютон поставил точку в этом вопросе благодаря двум опытам, в которых свет пропускался через вторую призму. В своем experimentum crucis за первой призмой он ставил заслонку, пропускавшую только небольшую часть спектра — скажем, красную. Когда этот красный свет снова преломлялся второй призмой, он оставался все таким же красным. Это показало, что призма качественно не влияет на свет, а просто разделяет на компоненты то, что в норме представляет собой смесь. В другом решающем опыте Ньютон перевернул вторую призму вверх ногами. И веер из спектральных цветов, который был развернут первой призмой, вторая опять сложила воедино. Из нее выходил вновь воссозданный свет белой окраски.

Самый простой способ понять цветовой спектр — это подойти к нему с точки зрения волновой теории света. Особенность волн состоит в том, что между начальным и конечным пунктами их распространения ничего на самом деле не перемещается. Все перемещения происходят локально и в маленьком масштабе. Мелкие локальные изменения запускают такие же изменения на соседних небольших участках, и так далее вдоль всей прямой — наподобие знаменитых «волн» на футбольных стадионах. На смену исходной волновой теории света впоследствии пришла квантовая теория, согласно которой свет распространяется в виде потока дискретных фотонов. Те физики, которых я припер к стенке, сознались, что фотоны несутся к нам от Солнца и этим отличаются от футбольных фанатов, не перемещающихся вокруг стадиона, а остающихся на своих местах. Тем не менее хитроумные эксперименты нашего столетия показали, что даже в рамках квантовой теории фотоны ведут себя и как волны тоже. Для многих целей, в том числе и для тех, что мы преследуем в данной главе, вполне позволительно забыть о квантовой теории и рассматривать свет просто как волны, расходящиеся от своего источника подобно ряби на пруду, в который бросили камешек. Правда, световые волны распространяются сразу в трех измерениях и несравнимо быстрее. Расплести радугу — значит разобрать ее по частям с разными длинами волн. Белый свет — это мешанина из волн разной длины, зрительная какофония. Белые предметы отражают свет любой длины волны, но, в отличие от зеркал, беспорядочно рассеивают его. Вот почему, глядя на белую стену, мы можем видеть отражение света, но не собственного лица. Цветные предметы — в силу атомной структуры своих пигментов или поверхности — поглощают свет одних длин волн, а других — отражают. Обычное оконное стекло свободно пропускает свет любой длины волны. Цветные же стекла пропускают только некоторые длины волн, а остальной свет поглощают.

Так отчего же при отклонении лучей стеклянной призмой или, при определенных условиях, каплей дождя белый цвет распадается на составляющие? И вообще, почему стекло или вода в принципе отклоняют траекторию светового луча? Связано это с тем, что при переходе из воздуха в стекло (или воду) свет замедляется. А пройдя через стекло насквозь, снова разгоняется. Как же подобное согласуется с утверждением Эйнштейна о том, что скорость света — важнейшая физическая постоянная во Вселенной и ничто не может распространяться быстрее? Дело в том, что знаменитая полная скорость света, обозначаемая буквой c, достигается только в вакууме. А когда свет проходит через прозрачную субстанцию вроде стекла или воды, его скорость уменьшается — в соответствии с величиной, которая называется показателем преломления данного вещества. В воздухе свет тоже замедляется, но не так сильно.