КНИГА 1
Часть 1
Предложения

Предложение I
Теорема I. Лучи, отличающиеся по цвету, отличаются и по степеням преломляемости. Доказательство опытами Опыт 1 Я взял продолговатый кусок черной толстой бумаги с параллельными сторонами и разделил его на две равные половины линией, проведенной перпендикулярно обеим сторонам. Одну часть я покрасил красной краской, другую - синей. Бумага была очень черной, краски были интенсивными и наносились толстым слоем для того, чтобы явление могло быть более отчетливым. Эту бумагу я рассматривал сквозь призму из массивного стекла, две стороны которой, служившие для прохождения света, были плоскими и хорошо отполированными; они заключали угол около шестидесяти градусов: этот угол я называю преломляющим углом призмы. Рассматривая бумагу, я держал ее и призму перед окном таким образом, что стороны куска бумаги были параллельными призме; обе эти стороны, поперечная линия и призма были параллельны горизонту; свет, падавший из окна на бумагу, составлял с нею угол, равный углу, образуемому бумагой и отражаемым от нее светом, попадавшим в глаз. Стена комнаты за призмой под окном была покрыта черной материей, находившейся в темноте; таким образом, от нее не мог отражаться свет, который, проходя мимо краев бумаги в глаз, смешивался бы со светом от бумаги и затемнял явление. Установив предметы таким образом, я нашел, что в том случае, когда преломляющий угол призмы повернут кверху, так что бумага кажется вследствие преломления приподнятой, синяя сторона подымается преломлением выше, чем красная. Если же преломляющий угол призмы повернут вниз и бумага кажется опустившейся вследствие преломления, то синяя часть окажется несколько ниже, чем красная. Таким образом, в обоих случаях свет, приходящий от синей половины бумаги через призму к глазу, испытывает при одинаковых обстоятельствах большее преломление, чем свет, исходящий от красной половины, и, следовательно, преломляется больше. <...> Поучение То же самое происходит и при изменении некоторых обстоятельств; в первом опыте получается то же, когда призма и бумага различным образом наклонены к горизонту. <...> Но в описании этих опытов я изложил такие обстоятельства, которые или делают явление более заметным, или более легким для опытов новичка, или те же, которыми я только пользовался. Так же делал я часто и в следующих опытах; этого замечания достаточно в отношении всех опытов. Однако из этих опытов не следует, что весь свет от синей половины преломляется больше, чем свет красной половины; оба они составлены из лучей различной преломляемости, так что в красной половине есть лучи не менее преломляемые, чем лучи синей половины, а в синей половине есть лучи не более преломляемые, чем некоторые лучи красной половины, но таких лучей в отношении ко всему свету очень мало; они уменьшают успех опыта, однако не в состоянии его совершенно расстроить. Если бы красная и синяя окраски были более блеклыми и слабыми, то расстояние изображений сделалось бы меньшим, чем полтора дюйма, если же окраска будет более интенсивной и полной, то это расстояние возрастает, как станет ясным в дальнейшем. Этих опытов достаточно для цветов естественных тел; для цветов, получаемых преломлением в призмах, предложение, о котором идет речь, станет ясным из опытов, излагаемых в следующем предложении.

Предложение II.
Теорема II. Солнечный свет состоит из лучей различной преломляемости. Доказательство опытами Опыт 3 Я поместил в очень темной комнате у круглого отверстия около трети дюйма шириной в ставне окна стеклянную призму, благодаря чему пучок солнечного света, входившего в это отверстие, мог преломляться вверх к противоположной стене комнаты и образовывал там цветное изображение солнца. Ось призмы [т. е. линия, проходящая через середину призмы от одного конца к другому параллельно ребру преломляющего угла] была в этом и следующих опытах перпендикулярна падающим лучам. Я медленно вращал призму вокруг этой оси и видел, что преломленный свет на стене или окрашенное изображение солнца сначала поднималось, затем начало опускаться. Между подъемом и спуском, когда изображение казалось остановившимся, я прекратил вращение призмы и закрепил ее в этом положении так, чтобы она не могла более двигаться, ибо в этом положении по обе стороны преломляющего угла, т. е. при входе лучей внутрь призмы и при выходе из нее, преломления света были равны между собой. Так же и в других опытах, когда я хотел, чтобы преломления по обе стороны призмы были равными, я отмечал место, где изображение солнца, образованное преломленным светом, останавливалось между двумя противоположными движениями при смене поступательного движения на попятное: когда изображение падало на это место, я закреплял призму. Именно в этом положении, как наиболее подходящем, следует понимать расположенными призмы и в следующих опытах, если только не описывается другое положение. Поместив призму в это положение, я заставил преломленный свет падать перпендикулярно на лист белой бумаги на противоположной стене комнаты и наблюдал фигуру и размеры солнечного изображения, образованного светом на бумаге. Это изображение было удлиненным, но не овальным, и замыкалось двумя прямолинейными и параллельными сторонами и двумя полукруглыми концами. По бокам оно было ограничено очень отчетливо, на концах же - неясно и неопределенно: свет ослаблялся и исчезал там постепенно. Ширина этого изображения была около двух дюймов с одной восьмой, включая полутень, и соответствовала диаметру солнца, ибо изображение находилось на расстоянии восемнадцати с половиной футов от призмы; на этом расстоянии указанная ширина, уменьшенная на диаметр отверстия в ставне окна, т. е. на четверть дюйма, соответствует на призме углу около половины градуса, являющемуся кажущимся диаметром солнца. Но длина изображения была около десяти с четвертью дюймов, ширина же прямолинейных сторон - около восьми дюймов; преломляющий угол призмы, благодаря которому получилась столь значительная длина изображения, был 64°. С меньшим углом длина изображения была меньше, ширина же оставалась той же самой. Если призма повертывалась вокруг своей оси таким образом, что лучи выходили из второй преломляющей поверхности призмы более отлого, то изображение становилось на один, два или более дюймов длиннее; если призма повертывалась в противоположном направлении, так что лучи падали более отлого на первую преломляющую поверхность, то изображение укорачивалось на один или два дюйма. Вот почему, производя этот опыт, я стремился, насколько мог, ставить призму согласно вышеуказанному правилу точно в такое положение, чтобы преломление лучей при их выходе из призмы равнялось преломлениям при падении на призму. В этой призме было несколько жил, пробегавших внутри стекла от одного конца до другого; эти жилы неправильно рассеивали некоторую часть солнечного света, но не имели заметного влияния на удлинение окрашенного спектра, ибо я производил тот же опыт с другими призмами с таким же успехом. В частности, с призмой, по-видимому, не имевшей таких жил, с преломляющим углом в 62 1/2 градуса я нашел длину изображения 9 3/4 или 10 дюймов на расстоянии 18 1/2 фута от призмы; ширина отверстия в оконной ставне при этом была 1/4 дюйма, как и раньше. Я повторял опыт четыре или пять раз, ибо нетрудно ошибиться при установке призмы в надлежащее положение, и всегда находил длину изображения такой, как она приведена выше. С другой призмой из более прозрачного стекла и лучше отполированной, свободной, по-видимому, от жил и с преломляющим углом в 63 1/2 градуса, длина изображения на том же самом расстоянии в 18 1/2 футов была также около 10 или 10 1/8 дюймов. За этими пределами на 1/4 или 1/3 дюйма на обоих концах спектра свет облаков казался несколько окрашенным в красный и фиолетовый цвет, но столь слабо, что я заподозрил, что эта окраска полностью или большей частью вызывается лучами спектра, неправильно рассеивающимися благодаря некоторой неоднородности вещества и полировке стекла; поэтому я не включил эту окраску в пределы спектра. С другой стороны, различные величины отверстия в оконной ставне, различные толщины того места призмы, где через нее проходят лучи, и различные наклоны призмы к горизонту не изменяют заметно длины изображения. Не влияет также различие вещества призмы, ибо в сосуде, сделанном из полированных стеклянных пластинок, склеенных вместе в форме призмы, и наполненном водой, получается такой же результат опыта в отношении величины преломления. Далее, следует заметить, что лучи идут от призмы к изображению по прямым линиям и поэтому на их длинном пути от призмы они наклонены друг к другу соответственно длине изображения, т. е. более чем на два с половиной градуса. Однако, согласно законам оптики в общепринятом понимании, лучи не могут столь наклониться один к другому. <...> Опыт 4 Рассудив, что если в третьем опыте изображение солнца получается удлиненной формы вследствие расширения каждого луча или же благодаря какому-либо другому случайному неравенству преломлений, то такое же удлиненное изображение, но растянутое в ширину, должно получаться при втором преломлении, производимом в сторону, благодаря подобному же расширению лучей или другому случайному неравенству преломлений; я попробовал, каков будет результат такого второго преломления. Для этой цели я расположил все предметы так же, как и в третьем опыте, и затем поставил вторую призму непосредственно после первой в поперечном положении к ней, так чтобы она снова могла преломлять пучок солнечного света, приходящего к ней через первую призму. В первой призме пучок преломлялся кверху, а во второй - в сторону. Я нашел, что преломление во второй призме не увеличивает ширину изображения, но что его верхняя часть, претерпевающая в первой призме большее преломление и кажущаяся фиолетовой и синей, преломляется и во второй призме больше, чем нижняя часть, являющаяся красной и желтой, причем это происходит без какого-либо увеличения ширины изображения. <...> Опыт 6 В середине двух тонких досок я проделал круглые отверстия диаметром в треть дюйма, а в оконной ставне было сделано значительно более широкое отверстие для того, чтобы впускать в мою затемненную комнату широкий пучок солнечного света. Я поместил за ставней призму для того, чтобы пучок преломлялся к противоположной стене. Непосредственно за призмой я закрепил одну из досок таким образом, чтобы середина преломленного света могла проходить через отверстия в доске, остальная же часть задерживалась доской. Затем на расстоянии около двенадцати футов от первой доски я закрепил другую доску так, что середина преломленного света, проходящая через отверстие в первой доске и падающая на противоположную стену, могла проходить через отверстие во второй доске, остальная же часть, задержанная доской, могла отбрасывать на ней окрашенный спектр солнца. Непосредственно за этой доской я поместил другую призму для преломления света, проходящего через отверстие. Затем я быстро вернулся к первой призме и, медленно вращая ее в ту и в другую сторону вокруг ее оси, заставил изображение, падающее на вторую доску, двигаться вверх и вниз по доске, так что все его части могли последовательно проходить через отверстие в этой доске и падать на призму за нею. В то же время я отмечал на противоположной стене положения, до которых доходил свет после преломления во второй призме. По разностям этих положений я нашел, что свет, наиболее преломившийся в первой призме, шел к синему концу изображения и во второй призме снова больше преломлялся, чем свет, шедший к красному концу того же изображения, что доказывает как первое, так и второе предложение. Это получалось как в том случае, когда оси двух призм были параллельны, так и тогда, когда они были наклонены одна к другой и к горизонту под любым углом. <...>

КНИГА 2
Часть I
Наблюдения, касающиеся отражений, преломлений и цветов тонких прозрачных тел Другие наблюдали, что прозрачные вещества, такие, как стекло, вода, воздух и пр., если их сделать очень тонкими выдуванием в пузыри или изготовляя иным способом в виде пластинок, обнаруживают различные цвета соответственно их различной топкости, хотя при больших толщинах они кажутся очень ясными и бесцветными. В предыдущей книге я воздержался говорить об этих цветах, ибо они казались более трудными для рассмотрения и не были необходимыми для установления свойств света, разбиравшихся там. Но ввиду того что они могут привести к дальнейшим открытиям для дополнения теории света, в частности в связи со строением частиц естественных тел, от которых зависят цвета и прозрачность последних, я поместил здесь сведения и об этих цветах. Для краткости и ясности изложения я прежде всего описал главные из моих наблюдений, затем рассмотрел их и воспользовался ими. Наблюдения таковы.
Наблюдение 1
Прижимая тесно две призмы одну к другой так, что их стороны [которые случайно были несколько выпуклыми] могли в некоторых местах соприкасаться, я нашел, что место соприкосновения становилось совершенно прозрачным, как будто бы там был непрерывный кусок стекла. Ибо, когда свет падал на воздух, заключенный между стеклами в других местах, настолько отлого, что полностью отражался, то в местах соприкосновения свет казался полностью проходящим настолько, что при рассмотрении сверху эти места были похожи на черные или темные пятна благодаря тому, что отражался только ничтожный или неощутимый свет в отличие от других мест. Если смотреть через эти пятна, то они кажутся как бы дырами в тонком слое воздуха, образовавшемся между двумя прижатыми стеклами. Предметы, находящиеся за стеклами, через это отверстие можно видеть отчетливо, хотя они совершенно не видны через остальные части стекол, где была прослойка воздуха. Хотя стекла были несколько выпуклыми, однако прозрачные пятна имели значительную ширину, что происходило, по-видимому, главным образом потому, что частицы стекол смещались внутрь благодаря взаимному давлению. Ибо при очень сильном сдавливании пятна становились значительно шире, чем раньше.
Наблюдение 2
Когда слой воздуха при вращении призм около их общей оси становился столь мало наклонным к падающим лучам, что некоторые из них начинали пропускаться, то на слое появлялось много тонких цветных дуг, имевших вначале форму конхоиды. При дальнейшем движении призм эти дуги увеличивались и загибались все больше и больше вокруг прозрачных пятен, пока, наконец, они не завершались в круги или кольца, окружая пятна и сжимаясь после этого постепенно все больше и больше. При первом появлении эти дуги были фиолетового и синего цвета и между ними находились белые дуги кругов, которые при дальнейшем движении призм становились несколько окрашенными по их внутренним лимбам в красный и желтый цвет, ко внешним же лимбам примыкал синий. Следовательно, порядок этих цветов от центрального темного пятна был в это время такой: белый, синий, фиолетовый, черный, красный, оранжевый, желтый, белый, синий, фиолетовый и т. д. Однако желтый и красный были значительно слабее, чем синий и фиолетовый. При дальнейшем движении призм вокруг их оси эти цвета сжимались все больше и больше, стягиваясь к белизне с каждой стороны, пока, наконец, они совершенно в ней не изчезали. Тогда в этих частях круги казались черными и белыми, без всякой другой примешанной окраски. Но при дальнейшем движении призм цвета снова появлялись из белизны: фиолетовый и синий - на внутреннем лимбе, красный и желтый - на внешнем лимбе. Теперь порядок цветов от центрального пятна был белый, желтый, красный, черный, фиолетовый, синий, белый, желтый, красный и т. д., т. е. противоположный прежнему. <...>
Наблюдение 4
Для более тонкого наблюдения порядка цветов, возникающих из белых кругов по мере того, как лучи делаются все менее и менее наклонными к воздушной пластинке, я взял два объективных стекла: одно плосковыпуклое для телескопа в четырнадцать футов и другое - широкое двояковыпуклое от телескопа около пятидесяти футов; наложив на последнее стекло первое плоской его стороной вниз, я слегка сжимал их вместе для того, чтобы заставить цвета последовательно возникать в середине кругов, и постепенно поднимал верхнее стекло над нижним для того, чтобы цвета последовательно снова исчезали на том же месте. Окраска, появлявшаяся последней при сжимании стекол в середине других цветов, при первом своем появлении была похожа на круг почти однородного цвета от окружности к центру; при дальнейшем сжимании стекол этот круг становился шире, пока в его центре не появлялся новый цвет и круг не делался кольцом, окружающим этот новый цвет. Дальнейшее сжатие увеличивает диаметр этого кольца, ширина же его орбиты или периметра убывает до тех пор, пока в центре не появится новый цвет. И так же возникают последовательно третий, четвертый, пятый и другие следующие новые цвета и становятся кольцами, окружающими внутренние цвета, из которых последним было черное пятно. И, наоборот, при подъеме верхнего стекла над нижним диаметр колец убывает, ширина же их орбит возрастает до тех пор, пока их цвета не дойдут последовательно до центра; при этом они имеют значительную ширину и я мог легче различить и разобрать их вид, чем раньше. Таким способом я наблюдал их последовательность и количество, как о том следует ниже. За прозрачным центральным пятном, появившимся при соприкосновении стекол, следовали синий, белый, желтый и красный. Синий был в столь малом количестве, что я не мог различить его в кругах, полученных при помощи призм, не мог в них я хорошо разобрать и фиолетовый, однако желтый и красный были очень обильными и, казалось, простирались на столько же, как и белый, и в четыре или пять раз больше синего. Следующие круги в порядке цветов, непосредственно окружавшие предыдущие, были фиолетовый, синий, зеленый, желтый и красный; все они были обильны и ярки, за исключением зеленого, который находился в малом количестве и казался более слабым и размытым, чем другие цвета. Из остальных четырех фиолетовый распространялся меньше всех и синий меньше, чем желтый или красный. Третья окружность или порядок был таков: пурпуровый, синий, зеленый, желтый и красный, причем пурпуровый был красноватее, чем фиолетовый в предыдущей окружности, и зеленый был значительно отчетливее, являясь столь же живым и обильным, как и другие цвета, за исключением желтого; однако красный стал немного бледнее, очень сильно склоняясь к пурпуровому. После этого следовала четвертая окружность - зеленая и красная. Зеленый был очень обильным и живым, склоняясь с одной стороны к синему и с другой к желтому. Но в этой четвертой окружности не было ни фиолетового, ни синего, ни желтого, красный же был очень несовершенным и грязным. Последующие цвета становятся все более и более несовершенными и размытыми, пока после трех или четырех смен не переходят в совершенную белизну. <...>
Наблюдение 5
Для определения промежутка между стеклами, или толщины воздуха, лежащего между ними, при помощи которого производится каждый цвет, я измерил диаметры первых шести колец в наиболее ярких частях их орбит и нашел, что их квадраты находятся в арифметической прогрессии нечетных чисел: 1,3,5,7,9, 11. И так как одно из этих стекол было плоским, другое - сферическим, то промежутки между ними при этих кольцах должны быть в той же прогрессии. Я измерил также диаметры слабых или темных колец между наиболее блестящими цветами и нашел, что их квадраты располагаются в арифметическую прогрессию четных чисел: 2, 4, 6, 8, 10, 12. Производить эти измерения - дело тонкое и трудное; я повторял их несколько раз в различных частях стекол, чтобы по согласию убедиться в них. Тот же метод я применял, делая определения и в некоторых других из следующих наблюдений. <...>
Наблюдение 9
Смотря через два соприкасающихся объективных стекла, я нашел, что промежуточный воздух обнаруживает цветные кольца столь же хорошо и в проходящем свете, как в отраженном. Центральное пятно было теперь белым, и от него порядок цветов был такой: желтовато-красный, черный, фиолетовый, синий, белый, желтый, красный, фиолетовый, синий, зеленый, желтый, красный и т.д. Но эти цвета были очень слабыми и размытыми, если только свет не пропускался через стекла очень отлого, ибо таким способом они становились очень живыми. Только первый желтовато-красный, подобно синему в четвертом наблюдении, был столь незначительным и слабым, что едва различался. Сравнивая окрашенные кольца, получаемые при отражении, с кольцами при пропускании света, я нашел, что белый был противоположным черному, красный - синему, желтый - фиолетовому и зеленый - смеси красного и фиолетового, т. е. те части стекла были черными при рассмотрении насквозь, которые казались белыми при наблюдении сверху, и обратно: там, где в одном случае появился синий цвет, в другом был красный; и точно так же в отношении других цветов, где АВ, CD - поверхности стекол, соприкасающихся в Е, черные же линии между ними суть их расстояния в арифметической прогрессии: цвета, написанные наверху, видны в отраженном свете, написанные внизу - в свете проходящем.
Наблюдение 10
При небольшом смачивании объективных стекол по их ребрам вода медленно проникала между ними, и при этом круги становились меньше, а цвета - более слабыми; по мере того как вода проникала в одну половину, в той половине, в которую вода приходила раньше, цвета казались отделившимися от другой половины и сжимались на меньшем пространстве. Измеряя, я нашел отношения их диаметров к диаметрам подобных же кругов, образованных воздухом, около семи к восьми, и, следовательно, промежутки между стеклами при соответственных кругах, вызванных двумя средами - водой и воздухом, относятся приблизительно как три к четырем. Может быть, таково общее правило, что в том случае, когда между стеклами зажата иная среда, более или менее плотная, чем вода, то промежутки при кольцах, появляющихся при этом, будут относиться к промежуткам в случае воздушного слоя, как синусы, измеряющие преломление, происходящее при переходе из этой среды в воздух. <...>
Наблюдение 12
Эти наблюдения производились на открытом воздухе. Далее, однако, для исследования действий окрашенного света, падающего на стекла, я затемнил комнату. рассматривая стекла при помощи отражения цветов призмы, отбрасываемых на лист белой бумаги, причем мой глаз помещался так, что я мог видеть окрашенную бумагу при помощи отражения в стеклах, как в зеркале. Благодаря этому кольца стали отчетливы и наблюдались в значительно большем числе, чем на открытом воздухе. Иногда я видел их более двадцати, в то время как на открытом воздухе не мог различить свыше восьми или девяти. <...>