Pierścienie Newtona

Dzięki usilnej pracy różnych umysłów, spostrzeżono fakty, zbadano i odnaleziono dokładne  warunki ich powstania. Cała ta robota naukowa poprzedziła pracę kogoś innego: wysiłki Boyle’a i Hooke’a przygotowały drogę dla badań Newton’a nad optyką. Pokonał on trudności, nieprzezwyciężone dla Hooke’a i za pomocą dokładnych pomiarów oznaczył stosunek grubości błonki do barwy. W tym celu naprzód postarał się o otrzymanie warstewki, która by była zmiennej lecz poddającej się pomiarowi grubości. Na płasko-wypukłą soczewkę szklaną bardzo małego zakrzywienia, położył on płaską płytkę szklaną i otrzymał w ten sposób warstewkę powietrza grubości wciąż wzrastającej od punku zetknięcia ku brzegom. Przy oglądaniu tej warstwy w świetle jednobarwnym dostrzegł z radością, jakiej dostarcza zawsze sprawdzenie przypuszczeń, szereg jasnych pierścieni dokoła miejsca zetknięcia, poprzedzielanych nawzajem pierścieniami ciemnymi i ułożonych względem siebie coraz gęściej, im dalej od punktu zetknięcia. Przy użyciu światła czerwonego, pierścienie posiadały pewną średnicę; przy niebieskim średnice te były mniejsze. W ogóle im bardziej łamliwego światła użyto tym węższe otrzymano pierścienie. Podczas przesuwania szkieł wzdłuż widma od części czerwonej do niebieskiej, pierścienie stopniowo się zwężały; w razie ruchu w odwrotnym kierunku, od końca niebieskiego ku czerwonemu – rozszerzały się. Piękne to doświadczenie sprawiło, zdaje się Newton’owi wielkie zadowolenie. Gdy światło białe pada na szkła, otrzymujemy szereg pierścieni tęczowych, o ile barwy nie pokrywają siebie nawzajem. Widzimy przed sobą na ekranie, powiększony obraz pierścieni Newtona] używając kolejno świateł czerwonego, niebieskiego i białego, otrzymujemy wszystkie zjawiska, dostrzeżone przez Newton’a. Zaznaczmy, że w świetle jednobarwnym pierścienie leżą względem siebie coraz bliżej w miarę oddalania się od środka. Pochodzi to stąd, że grubość warstewki powiększa się w pewnej odległości od środka szybciej, aniżeli w pobliżu jego. Przy użyciu światła białego, zbliżenie się pierścieni sprawia, że różne barwy nakładają się na siebie tak, że przy pewnej grubości połączone razem dają światło białe, i pierścienie znikają zupełnie. Dość nieco zastanowić się, a zrozumiemy, że barwy sprawione przez światło białe w cienkich płytkach, nie mogą być niezmieszanymi, ani też prostymi.

Newton porównał barwy, otrzymane w tym doświadczeniu z barwami bańki mydlanej i obliczył grubość pierścieni. Wyjaśnię tu jego metodę. Przypuśćmy, że woda w oceanie jest zupełnie spokojna; w takim razie dokładnie przedstawiałaby zakrzywioną powierzchnię ziemi. Niechaj doskonale pozioma płaszczyzna dotyka tej powierzchni w jednym punkcie. Ponieważ znamy średnicę globu, przez to każdy inżynier lub matematyk powie nam jak głęboko powierzchnia morza leży pod tą płaszczyzną na odległości jednego, dziesięciu, stu, tysiąca łokci od punktu zetknięcia jej z morzem. Istotnie przy wszystkich robotach niwelacyjnych biorą pod uwagę zakrzywienie ziemi.

Newton przeprowadził właśnie takie obliczenie. Jego płaskie szkło było styczne do zakrzywionego. Na podstawie współczynnika załamania oraz odległości ogniskowej, wyznaczył on średnicę kuli, której odcinek stanowiło jego szkło zakrzywione; wymierzył nadto odległość pierścieni od punktu zetknięcia, i obrachował grubość powietrza pomiędzy płaszczyzną styczną i powierzchnią zakrzywioną, tak samo jak inżynier oblicza odległość swej płaszczyzny stycznej od powierzchni morza. Trzeba podziwiać, jak Newton pomimo tak bardzo małych odległości i rozporządzając tylko takimi środkami, zdołał pracować z tak nadzwyczajną dokładnością.

Objaśnienie tych pierścieni przedstawiało największą trudność napotkaną przez Newton’a w optyce. Był on świadom zawiłości tego zadania Jego wzrok orli byt wolny od ślepoty, w jego poglądach nie było nieokreśloności. Na samym wstępie w teorii jego nastręczyło się pytanie: dlaczego, gdy promień światła pada na ciała przezroczyste, niektóre cząsteczki tego światła ulegają odbiciu, inne przechodzą? Czy istnieją dwa rodzaje cząsteczek, z których jedne są osobliwie przystosowane do przenikania, inne do odbicia? Rzecz to niemożliwa, bo promień światła, jeśli już po odbiciu od jednego kawałka szkła puścimy go na inny, znów rozdziela się, według prawa ogólnego na części odbitą i przepuszczoną. Cząsteczki raz jeden odbite ulegają więc nie zawsze tylko odbiciu, przepuszczone nie zawsze bywają przepuszczane. Newton widział to wszystko; czuł, że powinien wyjaśnić, dla czego ta sama cząsteczka w pewnej chwili ulega odbiciu, w następnej bywa przepuszczona. Mogło to wypływać tylko ze zmian, zachodzących w przymiotach samej cząsteczki. Ta sama cząsteczka, twierdził on, bywa „przystosowaną“ kolejno do odbicia lub przechodzenia.