Образование

Може да се каже, че пътят на Нютон в научната сфера започнал през Юни, 1661-ва година, когато той бива приет в Trinity College, Cambridge. През онези години колежът бил основал образователната си система върху класическите принципи на Аристотел, но Нютон предпочитал да прекарва свободното си време потопен из книгите на някой от тогавашните философи, като Рене Декарт и астрономите Галилео Галилей и Томас Стрийт. Именно чрез тези материали той се запознал и с работата на Кеплер.

След университета

През 1665-та година той открил Биномната теорема и започнал развитието на математическа теория, която днес е известна под името Висша Математика (Calculus) и е основна част на съвременната наука и обучение.

Малко по-късно през същата година Нютон завършил бакалавъра си, което било меко казано на косъм предвид, че Университетът затворил временно вратите си скоро след това. Затварянето било, като превантивна мярка срещу разпространяващата се тогава Чума.

Поради същата причина, Нютон се прибрал у дома в “Woolsthorpe” за период около две години, поддържайки статута си на студент в Кеймбридж. Именно през този период на самоизгнание, Нютон успял да развие теориите си в сферите на оптиката, висшата математика и гравитацията.

Оптика

Всичко започнало, докато Нютон изучавал работата на Кеплер по астрономия. Той осъзнал, че основният недостатък на тогавашните телескопите било лошото качество на изображението, причинено от цветни силуети около обектите, които се наблюдават. Популярното мнение било, че самото стъкло е отговорно за оцветяването.

Една от основните теми на конфликт в научната общност през 17-ти век била истинската същност на светлината или по-точно, дали нейното движение трябвало да бъде описано, като на вълна или група от частици.

Привържениците на теорията, че светлината е вълна твърдели, че една светлинна вълна е изградена от чиста бяла светлина, която стъклената призма е “повреждала”, създавайки цветове.

В негов опит да промени ситуацията и подобри свойствата на нискокачествените лещи, през 1666-та година, Нютон започнал серия от експерименти свързани с използването на стъклени призми.

Най-известният експеримент на Нютон бил въз основа на работата на италианския натурфилософ Франческо Грималди и изследването му върху дифракцията на светлината, което до голяма степен включвало именно използването на триъгълни стъклени призми.

За за да проведе експеримента, Нютон открил малък, кръгъл, отвор на щората, през който да проникне тънък лъч бяла светлина. На пътят на този лъч той поставил стъклена призма. След като преминала през призмата, светлината се раздробила на ярка, цветна линия проектирана върху стената му. Нютон я нарекъл спектрум.

Първи Експеримент

“Снабдих се с триъгълна стъклена призма, за да се опитам да пресъздам известния феномен, цветове. Поради тази причина затъмних покоите си и направих малка дупка през щорите, за да допусна удобно количество от слънчевата светлина и сложа на входа и призмата си в опит да я пречупя на отсрещната стена. Да наблюдавам тези ярки и интензивни цветове бе едно много приятно разсейване; но след по-внимателното им наблюдение бях учуден да ги видя в продълговата форма, а не в кръгла, както е описано в приетите закони за пречупване на светлина. Те бяха прекъснати от двете страни с права линия, но изтъняването на светлината бе толкова градивно по краищата, че бе трудно да се прецени точната форма; но въпреки това наподобяваха полукръг. Сравнявайки дължината на този оцветен спектър с неговата ширина, я намерих около пет пъти по-голяма; Тази несъразмерност бе толкова екстравагантна, че ме развълнува за нещо повече от просто любопитство за нейния произход.”

Втори Експеримент

„И тогава заподозрях, поради неравности в стъклото или други вероятни нередности, тези цветове може би са замърсени. За да проверя, взех друга призма, като първата, и я поставих, така че светлината, преминавайки и през двете ще може да бъде пречупена в противоположни посоки и така втората призма би върнала лъча светлина в състоянието й преди да навлезе в първата призма.

По този начин си помислих, че ефектите на първата призма ще бъдат заличени от втората, но нередно по-усилени поради множеството пречупвания. Това което се случи, бе че светлината, която първата призма разпръсна в продълговата форма, втората призма върна обратно в обла, толкова правилно, колкото когато изобщо не бе преминала през тях. Така че, каквото и да е причината за тази дължина, тя не беше нередна "

Спектър

Вторият експеримент бил с цел противопоставяне на аргументите на вълновата теория, които предполагали, че през колкото повече лещи светлината преминава, толкова по-нередна и оцветена тя ще стане.

Ако първата призма разделила преминаващата светлина в пълния спектър, то втората реконструирала разделения спектър в един лъч чиста бяла светлина. Това доказало, че оцветяването не е страничен ефект на стъклото.

Тъй като вълните не се движат по права линия, законите на отражение и пречупване могат да бъдат валидни само ако светлината е направена от частици. И така, чрез използването на лъч светлина преминаващ през две стъклени призми, Нютон успял да защити непопулярната тогава корпускулярна теория.

След като Нютон сравнил тези наблюдения, той стигнал до заключение. Има прости цветове, които не се разделят при преминаване през стъклената призма. Има и сложни цветове, които се състоят от прости цветове. Чистата бяла светлина е подобен сложен цвят, който се раздробява на по-малки прости цветове. Заедно, тези цветове наричаме видимия спектър.

Въпреки, че спектърът се проявява без отличаващи се граници между цветовете, Нютон избрал да ги раздели в седем категории: Червено, Оранжево, Жълто, Зелено, Синьо, Индигово и Виолетово.

Разделението на спектъра в различни цветови зони е чисто условно. Нашите очи са способни да различат безброй преходни нюанси в спектъра. Преходът между цветовете е плавен и постепенен.

Всеки цвят от цветовото колело на Нютон съответства на нота от музикалната скала. Той вярвал, че Виолетово е повторение на Червено по същия начин, по който музикалните ноти повтарят октавите. Това му подсказало за идеята да създаде аналогия между музикалните ноти и спектъра.

Работата на Нютон в тази насока впечатлила Лукасийския професор Исак Бароу. Човек, който бил по-заинтересован да развива своят религиозен и административен потенциал, отколкото научният си. Само година, след като Нютон защитил своята Магистратура, той успял да наследи позицията на Бароу, като станал професор през 1669-та година. Малко по-късно бил избран и за член на Кралското Дружество през 1672 година.

През 1704-та Нютон бил избран отново, но този път за председател на Кралското Дружество и използвал момента да публикува книгата си "Оптика", неговата най-обширна теория за светлината. Същността на това невероятно изследване бе публикувано 38 години след началото на неговите гениални експерименти когато той бил само на 22 години.

Трудът му определил ключовите принципи в съвременния модел на светлината:

Прости цветове - характеризиращи се със своите уникални рефрактивни свойства при дисперсия в дадена среда;

Слънчева светлина - смесица от прости цветове или просто видимият спектър.

Основната идея на Нютон била, че един лъч светлина сам по себе си няма цвят. Светлината притежава единствено качеството да предизвика нашата предразположеност да виждаме цветове. В този смисъл цветовете никога не са обективна физическа стойност, която да е независима от очите.