Ο Νεύτων και η φύση του φωτός
Σε ηλικία μόλις 23 ετών ο Νεύτων απέδειξε με μια σειρά ιστορικά πειράματα ότι το λευκό φως είναι μείγμα των επτά βασικών χρωμάτων της ίριδας
Το φως σίγουρα είναι ένα από τα πρώτα φυσικά φαινόμενα που απασχόλησαν τον άνθρωπο, από τα προϊστορικά ακόμη χρόνια. Δεν ήταν όμως καθόλου εύκολο για τους προγόνους μας εκείνης της εποχής να κατανοήσουν τη λειτουργία της όρασης και, κυρίως, να κατανοήσουν τι είναι τα χρώματα και πώς συνδέονται με το λευκό φως.
Στις αρχές της Αναγέννησης η επικρατούσα θεωρία των χρωμάτων ήταν αυτή του Αριστοτέλη.
Ο μεγάλος έλληνας φυσικός φιλόσοφος δίδασκε ότι δύο είναι τα βασικά χρώματα, το λευκό και το μαύρο, και ότι το πρώτο μετατρέπεται βαθμιαία στο δεύτερο περνώντας, κατά σειρά, από τα «ατελή» χρώματα κίτρινο, κόκκινο, ιώδες, πράσινο και κυανό. Σε αυτό ακριβώς το κλίμα αποφοίτησε από το Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ το 1665 ένας πολλά υποσχόμενος νεαρός μαθηματικός, ο ΙσαάκΝιούτον, γνωστότερος στους Ελληνες ως Νεύτων.
Τη χρονιά που πήρε το πτυχίο του είχε ξεσπάσει στην Αγγλία μια επιδημίας πανώλης και ο νεαρός Νεύτων αποφάσισε να μετακομίσει προσωρινά από το Κέμπριτζ στο σπίτι της μητέρας του, στο μικρό χωριό Γούλσθροπ.
Η προσωρινή αυτή διαμονή κράτησε τελικά δύο χρόνια, όσο και η διάρκεια της επιδημίας. Κατά την παραμονή του στο Γούλσθροπ ο Νεύτων παρήγαγε πολύ σημαντικό ερευνητικό έργο, τόσο στα μαθηματικά όσο και στο πρόβλημα της κίνησης των πλανητών. Παρ΄ όλο που, λόγω των σπουδών του, θα περίμενε κανείς ότι ο Νεύτων θα εργαζόταν σε προβλήματα με μαθηματικό υπόβαθρο, στο Γούλσθροπ είχε αφιερώσει αρκετό χρόνο σε πειράματα που σχετίζονται με την Οπτική.
Με το πιο σημαντικό από αυτά τα πειράματα απέδειξε ότι το λευκό φως δεν είναι βασικό χρώμα αλλά είναι μείγμα των επτά χρωμάτων της ίριδας, καταρρίπτοντας έτσι τη σχετική θεωρία του Αριστοτέλη.
Το πείραμα του
Ο τροχός του Νεύτωνα Νεύτωνα βασίστηκε στην ιδιότητα ενός πρίσματος να διαθλά κατά διαφορετική γωνία τα διάφορα χρώματα. Από τις δημοσιεύσεις του, και κυρίως από όσα αναφέρει στο βιβλίο του Οπτική, γνωρίζουμε επακριβώς την πειραματική διάταξη που χρησιμοποίησε καθώς και τα αποτελέσματα που κατέγραψε.
Ο Νεύτων άνοιξε μια τρύπα διαμέτρου 6 περίπου εκατοστών στο παντζούρι ενός παραθύρου έτσι ώστε να μπαίνει μέσα στο δωμάτιο το φως του Ηλιου υπό μορφή λεπτής δέσμης.
Η δέσμη έπεφτε στον απέναντι από το παράθυρο τοίχο, σχηματίζοντας μια κυκλική λευκή κηλίδα διαμέτρου ίσης με την τρύπα. Στη συνέχεια έβαλε στη διαδρομή της δέσμης ένα γυάλινο πρίσμα και παρατήρησε ότι η λευκή κηλίδα έδωσε τη θέση της σε μια χρωματιστή ταινία, πάχους όσο η διάμετρος της τρύπας και μήκους πέντε φορές μεγαλύτερου από το πάχος. Η ταινία ξεκινούσε στη μία άκρη με το κόκκινο χρώμα και κατέληγε στην άλλη με το ιώδες (βιολετί), περνώντας Πορτρέτο του Νεύτωνα σε ώριμη ηλικία ενδιάμεσα από το πορτοκαλί, το κίτρινο, το πράσινο, το γαλάζιο και το κυανό.
Αυτή η ακολουθία των χρωμάτων δεν ήταν κάτι καινούργιο, απαντάται με αυτήν ακριβώς τη σειρά στο ουράνιο τόξο. Σίγουρα την είχαν παρατηρήσει πάρα πολλοί επιστήμονες πριν από αυτόν. Ομως ο Νεύτων ήταν ένα συστηματικό πνεύμα και προσπάθησε με μια σειρά από λεπτομερέστερα πειράματα να μελετήσει τις ιδιότητες των χρωμάτων αυτής της ταινίας.
Στην αρχή λοιπόν θέλησε να διαπιστώσει αν το φαινόμενο εξαρτάται από το είδος του πρίσματος ή τη θέση του στη διαδρομή της δέσμης και διαπίστωσε ότι κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει. Στη συνέχεια δοκίμασε να δει αν το καθένα από τα επτά αυτά χρώματα μπορούσε να αναλυθεί περαιτέρω με ένα δεύτερο πρίσμα. Διαπίστωσε ότι όχι μόνο αυτό δεν συμβαίνει, αλλά κατάλαβε ότι η ανάλυση του φωτός οφείλεται στο ότι το πρίσμα «κάμπτει» κατά διαφορετική γωνία τα διάφορα χρώματα, το ιώδες περισσότερο από όλα και το κόκκινο λιγότερο.
Είναι όμως το φαινόμενο αναστρέψιμο; Για να το ελέγξει έβαλε ένα δεύτερο πρίσμα στην πολύχρωμη δέσμη που προέκυπτε από το πρώτο, με την ακμή του αντίθετα προσανατολισμένη. Διαπίστωσε ότι η πολύχρωμη δέσμη συγκεντρώνεται πάλι σε μια λευκή κηλίδα! Ετσι κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα χρώματα της ίριδας είναι βασικά ενώ το λευκό φως δεν είναι βασικό, αλλά αποτελείται από μείγμα χρωμάτων.
Το συμπέρασμα αυτό το επιβεβαίωσε με τον γνωστό τροχό του Νεύτωνα, δηλαδή έναν δίσκο ο οποίος έχει στην επιφάνειά του κυκλικούς τομείς βαμμένους με τα επτά χρώματα της ίριδας. Αν ο δίσκος αυτός περιστραφεί με μεγάλη ταχύτητα φαίνεται λευκός, επειδή το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να διακρίνει αλλαγές σε χρονικό διάστημα μικρότερο από το 1/16 του δευτερολέπτου. Σημειώνεται ότι στο ίδιο «ελάττωμα» του ματιού, που ονομάζεται μεταίσθημα ή μετείκασμα, οφείλεται και η αντίληψη της κίνησης που μας δίνει η προβολή μιας κινηματογραφικής ταινίας.
H ΔΙΑΜΑΧΗ ΜΕ ΤΟΝ «ΚΑΜΠΟΥΡΗ»
Μετά την επιστροφή του στο Κέμπριτζ ο Νεύτων συνέχισε τα πειράματα και σύντομα αποφάσισε να δημοσιεύσει τα αποτελέσματά του.Ετσι το 1672 υπέβαλε στηΒασιλική Εταιρείατην πρώτη εργασία του,η οποία είχε για θέμα τις ανακαλύψεις του στην Οπτική.Η κίνησή του αυτή είχε σοβαρές συνέπειες για όλη την υπόλοιπη ζωή του,επειδή τον έφερε σε αντιπαράθεση με τονΡόμπερτ Χουκ, επιμελητή πειραμάτων της Βασιλικής Εταιρείας και γνωστό στους μαθητές των σχολείων μας από τον νόμο του Χουκ,σύμφωνα με τον οποίο η επιμήκυνση ενός ελατηρίου είναι ανάλογη της δύναμης που το διατείνει.Ο Χουκ είχε και αυτός μια θεωρία για το φως και τα χρώματα,η οποία δεν συμφωνούσε με εκείνη του Νεύτωνα.Ετσι άσκησε αυστηρή κριτική τόσο στην πρώτη όσο και στις επόμενες δύο εργασίες με θέματα Οπτικής που υπέβαλε στη Βασιλική Εταιρεία ο Νεύτων.Οι δύο επιστήμονες οδηγήθηκαν σε μια έντονη διαμάχη που κράτησε αρκετό καιρό.Επειτα από αυτή τη δυσάρεστη κατάσταση ο Νεύτων απέφυγε να δημοσιεύσει οτιδήποτε σχετικό με την Οπτική ως τον θάνατο του Χουκ,το 1703.
Η συμπεριφορά αυτή του Νεύτωνα είναι χαρακτηριστική του ιδιόρρυθμου χαρακτήρα του.Ο Γουίλιαμ Γουίστον, διάδοχος του Νεύτωνα στην πανεπιστημιακή έδρα του στο Κέμπριτζ, έγραψε ότι ο προκάτοχός του ήταν «ένας από τους πιο φοβισμένους, επιφυλακτικούς και καχύποπτους χαρακτήρες που γνώρισα ποτέ». Ο βοηθός του ΝεύτωναΧάμφρεϊ Νιούτον(απλή συνωνυμία) είπε ότι είχε δει τον δάσκαλό του να γελάει μόνο μια φορά. Και έχει μείνει στην ιστορία η πρόταση που περιέχεται σε ένα γράμμα του Νεύτωνα προς τον Χουκ:
«Αν είδα μακριά είναι γιατί στάθηκα σε ώμους γιγάντων». Μια επιπόλαιη ανάγνωση αυτής της πρότασης μπορεί να θεωρηθεί δείγμα σεμνότητας, η αλήθεια είναι όμως ότι αποτελούσε αιχμή του Νεύτωνα ότι δεν είχε χρησιμοποιήσει καθόλου τις θεωρίες του Χουκ, ο οποίος ήταν κοντός και καμπούρης.
Ο κ. Χάρης Βάρβογλης είναι καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης.
Διαβάστε περισσότερα: http://www.tovima.gr/default.asp?pid=2&ct=33&artid=370181&dt=28/11/2010#ixzz16rkinfdP
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ "ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΗΣ ΚΑΙ ΝΕΥΤΩΝ"
Το φως σίγουρα είναι ένα από τα πρώτα φυσικά φαινόμενα που απασχόλησαν τον άνθρωπο, από τα προϊστορικά ακόμη χρόνια. Δεν ήταν όμως καθόλου εύκολο για τους προγόνους μας εκείνης της εποχής να κατανοήσουν τη λειτουργία της όρασης και, κυρίως, να κατανοήσουν τι είναι τα χρώματα και πώς συνδέονται με το λευκό φως.
Στις αρχές της Αναγέννησης η επικρατούσα θεωρία των χρωμάτων ήταν αυτή του Αριστοτέλη.
Ο μεγάλος έλληνας φυσικός φιλόσοφος δίδασκε ότι δύο είναι τα βασικά χρώματα, το λευκό και το μαύρο, και ότι το πρώτο μετατρέπεται βαθμιαία στο δεύτερο περνώντας, κατά σειρά, από τα «ατελή» χρώματα κίτρινο, κόκκινο, ιώδες, πράσινο και κυανό. Σε αυτό ακριβώς το κλίμα αποφοίτησε από το Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ το 1665 ένας πολλά υποσχόμενος νεαρός μαθηματικός, ο ΙσαάκΝιούτον, γνωστότερος στους Ελληνες ως Νεύτων.
Τη χρονιά που πήρε το πτυχίο του είχε ξεσπάσει στην Αγγλία μια επιδημίας πανώλης και ο νεαρός Νεύτων αποφάσισε να μετακομίσει προσωρινά από το Κέμπριτζ στο σπίτι της μητέρας του, στο μικρό χωριό Γούλσθροπ.
Η προσωρινή αυτή διαμονή κράτησε τελικά δύο χρόνια, όσο και η διάρκεια της επιδημίας. Κατά την παραμονή του στο Γούλσθροπ ο Νεύτων παρήγαγε πολύ σημαντικό ερευνητικό έργο, τόσο στα μαθηματικά όσο και στο πρόβλημα της κίνησης των πλανητών. Παρ΄ όλο που, λόγω των σπουδών του, θα περίμενε κανείς ότι ο Νεύτων θα εργαζόταν σε προβλήματα με μαθηματικό υπόβαθρο, στο Γούλσθροπ είχε αφιερώσει αρκετό χρόνο σε πειράματα που σχετίζονται με την Οπτική.
Με το πιο σημαντικό από αυτά τα πειράματα απέδειξε ότι το λευκό φως δεν είναι βασικό χρώμα αλλά είναι μείγμα των επτά χρωμάτων της ίριδας, καταρρίπτοντας έτσι τη σχετική θεωρία του Αριστοτέλη.
Το πείραμα του
Ο τροχός του Νεύτωνα Νεύτωνα βασίστηκε στην ιδιότητα ενός πρίσματος να διαθλά κατά διαφορετική γωνία τα διάφορα χρώματα. Από τις δημοσιεύσεις του, και κυρίως από όσα αναφέρει στο βιβλίο του Οπτική, γνωρίζουμε επακριβώς την πειραματική διάταξη που χρησιμοποίησε καθώς και τα αποτελέσματα που κατέγραψε.
Ο Νεύτων άνοιξε μια τρύπα διαμέτρου 6 περίπου εκατοστών στο παντζούρι ενός παραθύρου έτσι ώστε να μπαίνει μέσα στο δωμάτιο το φως του Ηλιου υπό μορφή λεπτής δέσμης.
Η δέσμη έπεφτε στον απέναντι από το παράθυρο τοίχο, σχηματίζοντας μια κυκλική λευκή κηλίδα διαμέτρου ίσης με την τρύπα. Στη συνέχεια έβαλε στη διαδρομή της δέσμης ένα γυάλινο πρίσμα και παρατήρησε ότι η λευκή κηλίδα έδωσε τη θέση της σε μια χρωματιστή ταινία, πάχους όσο η διάμετρος της τρύπας και μήκους πέντε φορές μεγαλύτερου από το πάχος. Η ταινία ξεκινούσε στη μία άκρη με το κόκκινο χρώμα και κατέληγε στην άλλη με το ιώδες (βιολετί), περνώντας Πορτρέτο του Νεύτωνα σε ώριμη ηλικία ενδιάμεσα από το πορτοκαλί, το κίτρινο, το πράσινο, το γαλάζιο και το κυανό.
Αυτή η ακολουθία των χρωμάτων δεν ήταν κάτι καινούργιο, απαντάται με αυτήν ακριβώς τη σειρά στο ουράνιο τόξο. Σίγουρα την είχαν παρατηρήσει πάρα πολλοί επιστήμονες πριν από αυτόν. Ομως ο Νεύτων ήταν ένα συστηματικό πνεύμα και προσπάθησε με μια σειρά από λεπτομερέστερα πειράματα να μελετήσει τις ιδιότητες των χρωμάτων αυτής της ταινίας.
Στην αρχή λοιπόν θέλησε να διαπιστώσει αν το φαινόμενο εξαρτάται από το είδος του πρίσματος ή τη θέση του στη διαδρομή της δέσμης και διαπίστωσε ότι κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει. Στη συνέχεια δοκίμασε να δει αν το καθένα από τα επτά αυτά χρώματα μπορούσε να αναλυθεί περαιτέρω με ένα δεύτερο πρίσμα. Διαπίστωσε ότι όχι μόνο αυτό δεν συμβαίνει, αλλά κατάλαβε ότι η ανάλυση του φωτός οφείλεται στο ότι το πρίσμα «κάμπτει» κατά διαφορετική γωνία τα διάφορα χρώματα, το ιώδες περισσότερο από όλα και το κόκκινο λιγότερο.
Είναι όμως το φαινόμενο αναστρέψιμο; Για να το ελέγξει έβαλε ένα δεύτερο πρίσμα στην πολύχρωμη δέσμη που προέκυπτε από το πρώτο, με την ακμή του αντίθετα προσανατολισμένη. Διαπίστωσε ότι η πολύχρωμη δέσμη συγκεντρώνεται πάλι σε μια λευκή κηλίδα! Ετσι κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα χρώματα της ίριδας είναι βασικά ενώ το λευκό φως δεν είναι βασικό, αλλά αποτελείται από μείγμα χρωμάτων.
Το συμπέρασμα αυτό το επιβεβαίωσε με τον γνωστό τροχό του Νεύτωνα, δηλαδή έναν δίσκο ο οποίος έχει στην επιφάνειά του κυκλικούς τομείς βαμμένους με τα επτά χρώματα της ίριδας. Αν ο δίσκος αυτός περιστραφεί με μεγάλη ταχύτητα φαίνεται λευκός, επειδή το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να διακρίνει αλλαγές σε χρονικό διάστημα μικρότερο από το 1/16 του δευτερολέπτου. Σημειώνεται ότι στο ίδιο «ελάττωμα» του ματιού, που ονομάζεται μεταίσθημα ή μετείκασμα, οφείλεται και η αντίληψη της κίνησης που μας δίνει η προβολή μιας κινηματογραφικής ταινίας.
H ΔΙΑΜΑΧΗ ΜΕ ΤΟΝ «ΚΑΜΠΟΥΡΗ»
Μετά την επιστροφή του στο Κέμπριτζ ο Νεύτων συνέχισε τα πειράματα και σύντομα αποφάσισε να δημοσιεύσει τα αποτελέσματά του.Ετσι το 1672 υπέβαλε στηΒασιλική Εταιρείατην πρώτη εργασία του,η οποία είχε για θέμα τις ανακαλύψεις του στην Οπτική.Η κίνησή του αυτή είχε σοβαρές συνέπειες για όλη την υπόλοιπη ζωή του,επειδή τον έφερε σε αντιπαράθεση με τονΡόμπερτ Χουκ, επιμελητή πειραμάτων της Βασιλικής Εταιρείας και γνωστό στους μαθητές των σχολείων μας από τον νόμο του Χουκ,σύμφωνα με τον οποίο η επιμήκυνση ενός ελατηρίου είναι ανάλογη της δύναμης που το διατείνει.Ο Χουκ είχε και αυτός μια θεωρία για το φως και τα χρώματα,η οποία δεν συμφωνούσε με εκείνη του Νεύτωνα.Ετσι άσκησε αυστηρή κριτική τόσο στην πρώτη όσο και στις επόμενες δύο εργασίες με θέματα Οπτικής που υπέβαλε στη Βασιλική Εταιρεία ο Νεύτων.Οι δύο επιστήμονες οδηγήθηκαν σε μια έντονη διαμάχη που κράτησε αρκετό καιρό.Επειτα από αυτή τη δυσάρεστη κατάσταση ο Νεύτων απέφυγε να δημοσιεύσει οτιδήποτε σχετικό με την Οπτική ως τον θάνατο του Χουκ,το 1703.
Η συμπεριφορά αυτή του Νεύτωνα είναι χαρακτηριστική του ιδιόρρυθμου χαρακτήρα του.Ο Γουίλιαμ Γουίστον, διάδοχος του Νεύτωνα στην πανεπιστημιακή έδρα του στο Κέμπριτζ, έγραψε ότι ο προκάτοχός του ήταν «ένας από τους πιο φοβισμένους, επιφυλακτικούς και καχύποπτους χαρακτήρες που γνώρισα ποτέ». Ο βοηθός του ΝεύτωναΧάμφρεϊ Νιούτον(απλή συνωνυμία) είπε ότι είχε δει τον δάσκαλό του να γελάει μόνο μια φορά. Και έχει μείνει στην ιστορία η πρόταση που περιέχεται σε ένα γράμμα του Νεύτωνα προς τον Χουκ:
«Αν είδα μακριά είναι γιατί στάθηκα σε ώμους γιγάντων». Μια επιπόλαιη ανάγνωση αυτής της πρότασης μπορεί να θεωρηθεί δείγμα σεμνότητας, η αλήθεια είναι όμως ότι αποτελούσε αιχμή του Νεύτωνα ότι δεν είχε χρησιμοποιήσει καθόλου τις θεωρίες του Χουκ, ο οποίος ήταν κοντός και καμπούρης.
Ο κ. Χάρης Βάρβογλης είναι καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης.
Διαβάστε περισσότερα: http://www.tovima.gr/default.asp?pid=2&ct=33&artid=370181&dt=28/11/2010#ixzz16rkinfdP
Αναρτήσεις
