(Usutav Newton ehk kuidas valgus laguneb prisma abil)
Pole inimesi, kes oleksid kergekäelisemad, vähem tähelepanelikud ja kehvema mäluga kui (suured) füüsikud naeratavad. Kui Galilei hakkas eksperimentaalselt uurima mehaanikaseadusi, pidi ta oma katsete põhjal pea peale pöörama paljud vanade kreeklaste vaated. Kuid ärge arvake, et see pole meie päevil enam võimalik. Suuremad tegid vigu ja teevad ka edaspidi. Ja äsja vermitud Galileesid komistavad vigade vastu just seal, kus neid kõige vähem oodatakse.
Vähesed tähelepanuta jäetud fakte
Väidetavalt jälgis noor Newton päikesekiirte lagunemist prisma abil. Seda tehes kasutas ta katusevahest läbi kukkuvaid kiiri. Sellest ajast peale on kõik kinnitanud, et lagunemist saab ainult kitsa valgusvihu abil. Iga füüsika professor kinnitab seda teile. Miljonid inimesed, sealhulgas professorid, on täheldanud valguse lagunemist vabal ajal tavalise kalatanki abil, kus valgusvihu laiuse piiranguid ei ole, kuid sellegipoolest ilmub suurepärane "vikerkaar". Muidugi ei pane keegi tähele, et see oleks vastuolus õpikutega.
Newton, nagu teate, oli valguse korpuskulaarse teooria (korpus on vene keeles osake) toetaja. Tema teoorias oli mõningaid vigu ja keegi Huygens (Christian, 1629-1695) möödus temast kurvis, omistades valgusele lainelised omadused.
Nii Newtoni kui ka Huygensi arvates pidanuks valgus lagunema täpselt prisma sees, mis tähendab, et päikeselisel päeval madalas merevees, kergete veelainetega tuleks jälgida kui mitte vikerkaart, siis vähemalt värvilisi triipe. Tõepoolest täheldatakse kergeid kontsentratsiooni triipe, kuid valged, mitte värvilised.
Kui nad demonstreerivad valguse lagunemist prisma abil, teavad kõik meeleavaldajad, et vikerkaare riba saab prismast vaid teatud kaugusel, selle lähedal on valgusriba keskel valge, ainult selle servad on värvilised. See on vastuolus teooriaga, kuid keegi ei märka seda vastuolu.
Reklaamvideo:
Kiired ei anna varju?
90. aastate alguses juhtus tulevase monograafia "Lahendus looduse igavestesse saladustesse" (Johann Kern. Lahendus igavestesse looduse saladustesse, Peterburi Polütehnilise Ülikooli kirjastus, 2010, [email protected]) juhtumisi nägema akvaariumist vikerkaareriba (vikerkaart). Teadmata põhjusel soovis ta määrata sissevoolava valgusriba laiuse, moodustades akvaariumi taha vikerkaareriba. Ta relvastas end joonlauaga ja asus reipalt tööle. Väga kiiresti märkas ta, et valitseja mõjutas vikerkaart "kuidagi". Kuid ta ei suutnud määrata joonlaua serva asukohta, mis vastab vikerkaare moodustava valgusriba ühele või teisele piirile. Ta oli sellest mõnevõrra hämmingus, kuid otsustas mõne aja pärast leida akvaariumist väljuva vikerkaarepiiri piirid. Jälle halb õnn. Ta nägi jälle, et valitseja mõjutab "kuidagi" vikerkaart, kuid ei määratle ühtegiükski teine tekkiva riba piir ei saanud. Alateadlikult sai ta suurepäraselt aru, et seda "ei tohiks olla", aga "oli". Akvaariumi pinnale kantud joonlaud ei andnud vikerkaarepiirkonna varju.
Järgides Galileo jälgi või eeskuju
Kangekaelsus viis ta spetsiaalse kolmnurkse "akvaariumi" või kolmnurkse veeprisma ehitamiseni ja ta hakkas tegema avastusi teise järel. Esiteks veendus ta, et tala laiust ei pea tõesti piirama, ja sai oma veeprisma kogu seinale langenud kiirte eest suurepärase vikerkaare. Siis hakkas ta kogema täpselt kitsaid päikesekiiri ja leidis, et veeprismas ei olnud valguse lagunemist. Kiirte langenud ekraanina kasutas ta kitsast valget värvi plastplaati, mida sai kogu veeprisma ulatuses liigutada. Prisma sees oli valgus ainult valge. See näitas juba, et Newtoni ja Huygensi teooriad olid valed. Kuid ta kartis seda öelda isegi endale. Võib-olla, veenis ta ennast, kogu mõte on selles, et see kõik tundub talle ainult,ja et värvilisi triipe pole väljastpoolt näha, kuna nende poolt veest väljuv valgus kuidagi jälle koguneb ja muutub valgeks? Kuid ta kleepis valged paberiribad oma akvaariumi seintele, kuhu kiired langesid, vaheldumisi seest ja väljast ning hoolitses selle eest, et need jääksid valgeks.
See oli uudishimulik. Kuid kõige tähtsam, kust ta alustas, miks ta ei suutnud leida ei sissevoolava valgusriba ega väljuva vikerkaare piiri, ei saanud ta aru. Kulus vähemalt 10 aastat, mille jooksul ta nägi korduvalt tavalise ristkülikukujulise akvaariumi loodud vikerkaart. Ta oli juba ammu unustanud oma optilised katsed kolmnurkse akvaariumiga, mis kogus pikka aega kapis tolmu ja siis üks sein pragunes ja visati välja. Aga ei, ei, päikesepaistelisel päeval tõi ta joonlaua või pliiatsi akvaariumi seinale lähemale ja iga kord, kui ta oli veendunud, et nad "ei anna varju", vaid "peaksid". Lahendust (põhjuse selgitust) ei tulnud.
Nüüd on ta selle üle ainult üllatunud. Ta teadis suurepäraselt, et valgus prismas ei lagune. Ja ta teadis, et valgus, olles läbinud prisma, laguneb vikerkaarevärvideks. Mis järeldus sellest tehti? Ainus: valgus laguneb prisma väljumisel. Kuid ta ei teinud seda järeldust. Ma ei teinud seda isegi siis, kui akvaariumist päikese poole vikerkaare poole vaadates nägin rohelisi, punaseid, siniseid nõelu ühest kohast pritsimas. Muidugi on ta, lihtsalt surelik, andestatav. Suur Galilei, kes tundis oma esimest seadust paremini kui keegi teine ja uskus, et Maa liigub ümber Päikese, ei aimanud ka (universaalse) gravitatsiooni olemasolu. Kuid üks järgneb teisest - ilma vahepealsete järeldusteta. Tuli mõelda ainult sellele, et Maa liigub mingil põhjusel ringi ümber Päikese. Tema esimese seaduse alusel järeldus sellest, et Maale peab Päikese suunalt mõjuma teatud jõud. Selle seaduse pidi avastama tema, Galileo. Kuid ta ei teadnud sellest.
Uued teadmised ja uus mõistatus
Kui Johan Kern oli lõpetanud ettevalmistusi oma venekeelse versiooni avaldamiseks raamatust "Lahendus looduse igavestele saladustele", koitis ta ootamatult. Jah, ta ise ei tea, mis ajendas teda otsustama. Jääb vaid öelda, et see tuli iseenesest. Järeldus, mille oleks pidanud ja oleks pidanud tegema rohkem kui kümme aastat tagasi, ilmus äkki ilma põhjuseta, iseenesest. Ta taipas äkki, et valgus laguneb just siis, kui see prisma maha jätab, ja see laguneb väljumispinna igas punktis. Lahkumispinna igas punktis tekivad lahknevad värvilised kiired. Ja seetõttu ei anna nad varju objektilt, mis kantakse kiirte väljundpinnale. Ja seetõttu ei anna nad varju päikesekiirte sissepääsupinnale kantud esemelt.
Seda saab selgelt seletada järgmiselt. Kiirteed prismas on 300 aasta jooksul kujutatud järgmisel joonisel:
Siin tähistab w valget, r punast ja v violetset kiirgust (lihtsuse mõttes pole vikerkaare spektri vahevärve näidatud).
Kui kiirte tee oleks tõepoolest selline, nagu joonisel näidatud, siis liikudes plaadi 1 abil mööda prisma tasapinda oleks võimalik osa vikerkaarespektrist kattuda ja jälgida ainult osa selle värvidest. Kuid kõik saavad kontrollida, kas see ei toimi. Plaadi 1 liigutamisel saab vikerkaare värvi muuta ainult tuhmimaks (või täielikult kustutada), kuid on võimatu saavutada, et osa spektri värve kaoks.
Selle lihtsa katse põhjal võime järeldada, et kiirte tee on tegelikult järgmine:
Valged kiired jäävad prisma sees valgeks, kuid punased, oranžid, kollased, rohelised, sinised, sinised ja violetsed kiired tekivad prisma vastassuunas igast punktist ja igaüks neist oma nurga all (ainult punane r ja violetne v kiired, väikseima ja suurima läbipaindenurgaga kiired). Selle tulemusel saate plaadi 1 abil vikerkaare värve rohkem tuhmida, võite kustutada kogu vikerkaare, kuid te ei saa kustutada ühtegi vikerkaare värvi eraldi. Ja teisaldatava plaadi 1 servast on võimatu varju saada. Ja see kõik on tingitud ainult asjaolust, et kõik vikerkaare värvid sünnivad välise "väljapääsu" tasapinna igas punktis.
Kui õhus olid eri värvi kiirte kiirused erinevad, siis sellist kiirte kulgu oli võimalik seletada. Kuid me teame, et kõigi valguskiirte kiirus õhus on sama. Seetõttu on selline kiirte tee vastuolus kõigi olemasolevate valgusteooriatega. Valgus pole ei laine ega ka korpused (osakesed). Absoluutselt hoolimata asjaolust, et valgusel on laineomadusi, ei saa eespool tehtud järeldust, et valgus ei ole laine ega ka korpused, siiski muuta.
Matemaatikas mainitakse sageli ainsusi, s.t. erilised või omapärased punktid. Prisma kogu väljundpind on sarnaste ainsuspunktide kogum. Neis juhtub midagi, mis viib valguse lagunemiseni värvikomponentideks. See protsess on uus mõistatus, mis "esitatakse" meile vastutasuks leitud täpsemate teadmiste eest, kuidas valguse lagunemine prisma abil toimub, teadmise eest, kuidas valguskiiri blokeeriv objekt ei saa varju anda.
See uus kiirtee kujutamine läbi prisma sobis suurepäraselt raamatu pealkirjaga ja pidi selgelt kaunistama selle eksperimentaalset osa. Seetõttu peatati raamatu trükkimine ja ülaltoodud avamise kirjeldus lisati sinna lisana.
Kiirtee täpsustamine prismas peaks viima murdumisnäitaja täpsema määramiseni ja seega optiliste instrumentide täpsema arvutamiseni.
Johann Kern. [email protected]
