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가장 중요한 과학적 발견
빛의 스펙트럼. 과학적 발견의 역사와 본질
데카르트 1629년 초에 그는 프리즘과 다양한 모양의 안경에서 광선의 경로를 발견했습니다. 그는 심지어 유리 연마 메커니즘을 발명했습니다. 스코틀랜드의 Gregory 교수는 오목거울 이론에 기초하여 당대에 주목할 만한 망원경 모형을 만들었습니다. 따라서 그때에도 실용적인 광학은 상당한 수준의 완성도에 도달했으며 당시 과학계를 가장 많이 차지한 과학 중 하나였습니다. 1666년까지 뉴턴 광학 연구를 시작했지만 굴절 이론은 데카르트 시대 이후 거의 발전하지 못했습니다. 무지개의 색과 신체의 색에 대한 이론과 개념이 매우 일치하지 않았습니다. 당시 거의 모든 과학자들은 이 색 또는 저 색이 "빛과 어둠의 혼합" 또는 다른 조합을 나타낸다는 진술로 제한했습니다. 그림 물감. 프리즘이나 열악한 광학 유리를 통해 물체를 볼 때 관찰되는 무지개 빛깔의 착색과 같은 명백한 사실은 광학에 관련된 모든 사람들에게 너무 잘 알려져 있음은 말할 필요도 없습니다. 그러나 모든 사람들은 모든 종류의 광선이 프리즘이나 돋보기를 통과할 때 똑같은 방식으로 굴절된다고 굳게 확신했습니다. 착색 및 무지개 빛깔의 테두리는 프리즘 또는 유리 표면의 거칠기에 기인합니다. 처음에 Newton은 돋보기와 거울을 닦는 데 열심히 노력했습니다. 이 작품들은 그에게 데카르트와 제임스 그레고리의 논문에서 이미 이론적으로 익숙한 반사와 굴절의 기본 법칙을 경험적으로 소개했습니다. Newton은 나중에 위대한 과학자 자신이 그의 글에서 자세히 설명하는 일련의 실험을 시작합니다. "1666년 초, 즉 내가 비구면 광학 유리를 연마하느라 바쁠 때 삼각 유리 프리즘을 꺼내서 그 유명한 색의 현상을 테스트하기로 결정했습니다. 이를 위해 나는 방을 어둡게 하고 덧문에 작은 구멍을 뚫어 가느다란 햇빛이 통과하도록 하고 빛이 들어오는 입구에 프리즘을 설치하여 반대쪽 벽으로 굴절되도록 했습니다. 이로 인한 밝고 생생한 색상이 나를 즐겁게 했지만, 잠시 후 더 자세히 살펴보았을 때 알려진 굴절 법칙에 따라 길쭉한 모양에 놀랐습니다. 측면과 색상은 직선으로 제한되어 있고 끝 부분은 빛의 퇴색이 너무 완만하여 정확히 어떤 모양인지 파악하기 어렵고 반원형으로 보이기도 합니다. 이 색상 스펙트럼의 길이와 너비를 비교하면 약 XNUMX배 더 크다는 것을 알았습니다. 그 불균형은 너무 이례적이어서 평소의 호기심보다 그 원인이 무엇인지 알아내고 싶은 욕구를 불러일으켰습니다. 유리의 두께가 다르거나 빛과 어둠의 경계가 그런 빛의 효과를 낼 가능성은 희박하다. 그리고 처음에는 이러한 상황을 정확하게 연구하기로 결정하고 두께가 다른 유리나 크기가 다른 구멍을 통해 빛이 통과하거나 프리즘이 실외에 설치되어 빛이 굴절되기 전에 굴절될 수 있도록 하면 어떤 일이 일어날지 시도했습니다. 구멍으로 좁혀.. 그러나 나는 이러한 상황 중 어느 것도 중요하지 않다는 것을 발견했습니다. 모든 경우의 색상 패턴은 동일했습니다. 그런 다음 생각했습니다. 일부 유리 결함이나 기타 예기치 않은 사고가 색상 확장의 원인이 될 수 있습니까? 이를 테스트하기 위해 나는 첫 번째와 유사한 또 다른 프리즘을 가져다가 두 프리즘을 통과하는 빛이 반대 방향으로 굴절될 수 있도록 배치하고 두 번째 프리즘은 빛을 반대 방향으로 되돌립니다. 먼저 그것을 편향시켰다. 따라서 첫 번째 프리즘의 일반적인 효과는 다른 프리즘에 의해 파괴되고 특이한 프리즘은 다중 굴절에 의해 강화될 것이라고 생각했습니다. 그러나 첫 번째 프리즘에 의해 가늘고 긴 모양으로 산란된 빔은 마치 아무 것도 통과하지 않은 것처럼 두 번째 프리즘에 의해 명확하게 둥글게 돌아오는 것으로 밝혀졌습니다. 따라서 신장의 원인이 무엇이든 임의의 불규칙성 때문이 아닙니다. 다음으로 나는 무엇이 태양의 다른 부분에서 오는 광선의 입사각의 차이를 만들 수 있는지에 대한 보다 실용적인 고려로 넘어갔습니다. 그리고 경험과 계산을 통해 태양의 다른 부분에서 오는 광선의 입사각 차이가 교차 후에 이전보다 눈에 띄게 더 큰 각도의 발산을 유발할 수 없다는 것이 분명해졌습니다. 수렴하지만 이 각도의 값은 31 32분 이하입니다. 따라서 XNUMX도 XNUMX분의 각도를 설명할 수 있는 또 다른 이유를 찾아야 합니다. 그런 다음 나는 프리즘을 통과한 후 광선이 곡선인지, 그리고 더 크거나 작은 곡선에 따라 벽의 다른 부분으로 향하지 않는지 의심하기 시작했습니다. 라켓으로 비스듬히 쳤을 때 비슷한 곡선을 그리는 테니스 공을 자주 본 적이 있다는 사실을 기억하자 의심이 더 커졌습니다. 이 경우 공은 원형 및 병진 운동 모두에 대해 정보를 받습니다. 두 동작이 일치하는 공의 측면은 다른 쪽보다 더 많은 힘으로 인접한 공기를 밀고 밀어야 하므로 비례적으로 더 많은 공기 저항과 반응을 들뜨게 됩니다. 그리고 바로 이러한 이유로 빛의 광선이 구형체(데카르트의 가설)이고 한 매질에서 다른 매질로 비스듬히 이동할 때 원형 운동을 얻을 것입니다. 그 쪽에서 모든 쪽. , 움직임이 일관되고 점차 반대쪽으로 구부러집니다. 그러나이 가정의 모든 타당성에도 불구하고 확인했을 때 광선의 곡률을 관찰하지 못했습니다. 그리고 (나의 목적에 충분했던) 이미지의 길이와 빛이 통과하는 구멍의 직경 사이의 차이는 그들 사이의 거리에 비례한다는 것을 관찰했습니다. 점차적으로 이러한 의심을 제거하면서 나는 마침내 다음과 같은 실험적인 십자형에 이르렀습니다. 나는 두 개의 판자를 가져다가 그 중 하나를 창의 프리즘 바로 뒤에 놓았습니다. 이것을 목적으로 하고 내가 약 12피트의 거리에 놓은 다른 판자에 떨어지고 그 안에도 빛의 일부가 통과할 수 있도록 구멍을 뚫었습니다. 그런 다음 이 두 판자 뒤에 또 다른 프리즘을 배치하여 이 두 보드를 통과한 빛이 프리즘을 통과하여 벽에 닿기 전에 다시 굴절되도록 했습니다. 그런 다음 나는 첫 번째 프리즘을 손에 들고 거의 축을 중심으로 앞뒤로 천천히 돌려서 두 번째 판에 떨어지는 이미지의 다른 부분이 그 구멍을 연속적으로 통과할 수 있도록 했습니다. 벽에 광선이 던져진 곳 두 번째 프리즘. 그리고 나는 이 위치를 바꾸면서 첫 번째 프리즘에 의해 가장 큰 굴절이 발생한 이미지의 끝으로 향하는 빛이 다른 쪽 끝으로 향하는 빛보다 훨씬 더 큰 굴절을 두 번째 프리즘에서 경험하는 것을 보았습니다. 따라서 이 이미지의 길이에 대한 진정한 이유가 발견되었습니다. 이는 빛이 서로 다른 굴절의 광선으로 구성되어 발생의 차이에 관계없이 벽의 다른 부분에 떨어지는 사실 외에는 발견되지 않았습니다. 굴절 정도에 따라 ... " 뉴턴이 자신의 가설이라고 부르는 다양한 근거 없는 “의심”은 마침내 다음과 같은 실험을 하겠다는 생각으로 이어졌습니다. 그가 분석을 시작할 때 얇은 흰색 태양 광선을 분리한 것처럼 이제 굴절된 광선의 일부를 분리하려는 아이디어가 그의 마음에 떠올랐습니다. 이는 스펙트럼 분석의 두 번째이자 가장 중요한 단계였습니다. 자신의 경험에 따르면 스펙트럼의 보라색 부분은 항상 맨 위에 있고 파란색은 아래에 있으며, 맨 아래에는 빨간색이 있다는 사실을 알아차린 뉴턴은 한 가지 색상의 광선을 분리하여 별도로 연구하려고 했습니다. 뉴턴은 아주 작은 구멍이 있는 판을 가져다가 화면을 향한 프리즘 표면에 적용하고 프리즘에 대고 눌러 위아래로 움직여 어려움 없이 단색의 분리를 달성했습니다. 빨간색, 보드의 작은 구멍을 통과하는 광선. 새롭고 더욱 얇은 순수 적색 광선 빔이 추가 연구 대상이 되었습니다. 두 번째 프리즘을 통해 붉은 광선을 통과시킵니다. 뉴턴은 그것들이 다시 굴절되는 것을 보았지만 이번에는 모든 것이 거의 동일했습니다. 뉴턴은 심지어 그것이 정확히 같다고 생각했습니다. 즉, 그는 단색광선이 완전히 균질하다고 생각했습니다. 노란색, 보라색 및 기타 모든 광선에 대한 실험을 반복한 후 그는 마침내 특정 광선을 다른 색상의 광선과 구별하는 주요 특징을 이해했습니다. 동일한 프리즘을 통과하여 빨간색 광선, 보라색 광선 등을 통과하면서 그는 마침내 백색광이 굴절률이 다른 광선으로 구성되어 있으며 굴절 정도가 광선의 품질, 즉 색상과 밀접한 관련이 있다는 것을 확신했습니다. . 빨간색 광선은 가장 굴절하기 어려운 광선이며 가장 굴절하기 쉬운 보라색 광선까지 계속됩니다. 뉴턴은 가장 큰 발견의 결론을 다음과 같이 공식화했습니다. "1. 빛의 광선이 굴절 정도가 다른 것처럼, 특정 색상을 나타내는 경향도 다릅니다. 색상은 일반적으로 고려되는 것처럼 자연 신체의 굴절 또는 반사로 인해 발생하는 빛의 특성이 아닙니다. 그러나 그것들은 자연스럽고 타고난 특성이며, 광선에 따라 다릅니다. 2. 같은 굴절 정도는 항상 같은 색에 해당하고 같은 색은 항상 같은 굴절 정도에 해당합니다. 그리고 색상과 굴절 사이의 연결은 매우 정확하고 명확합니다. 광선은 두 측면에서 정확히 일치하거나 비례적으로 일치하지 않습니다. 3. 각각의 특정 종류의 광선에 내재된 색상 패턴과 편차 정도는 자연 물체의 굴절이나 반사 또는 내가 관찰할 수 있는 다른 원인에 의해 변경되지 않습니다. 블라디미르 카르체프(Vladimir Kartsev)는 자신의 책에서 "뉴턴의 이론은 물리학이 정밀 과학으로 발전하는 것을 가능하게 했습니다. 물리학은 수학에 점점 더 가까워지기 시작했고 철학과는 점점 멀어지기 시작했습니다. 실험과 결론을 설명하는 편지"라고 말했습니다. 철학적 거래(Philosophical Transactions)의 출판사인 뉴턴은 출판하기 전에 왕립학회에서 듣고 토론하기 위해 테스트를 받아야 했습니다. 이것은 8년 1672월 XNUMX일에 일어났습니다... ... 뉴턴의 첫 번째 과학 기사였습니다. 그러한 작은 작업이받은 특이한 공명, 뉴턴의 운명과 과학 전체의 운명에 대한 막대한 영향은 우리 동시대 사람들이 과학 연구의 세계에 가져온 새로운 것에 더 많은 관심을 기울이도록 강요합니다. 이 기사는 새로운 과학, 즉 확고하게 확립된 실험적 사실과 그와 밀접하게 관련된 논리적 추론에만 근거한 근거 없는 가설에서 자유로운 과학, 새로운 시대의 과학의 출현을 표시합니다. 이제 XNUMX세기 말에 뉴턴이 쓴 이 작은 기사의 선정성과 특이성을 평가하기는 어렵습니다. 그러나 XNUMX세기의 가장 깊은 마음은 소문자 "미친 아이디어"로 재빨리 분별하여 결국 확립되고 습관적인 아이디어의 폭발로 이어졌고, 이는 결국 최근에야 아리스토텔레스 형이상학을 이겼습니다. 다양한 광선 굴절의 발견은 수많은 과학적 발견의 출발점이 되었습니다. 뉴튼의 아이디어가 더욱 발전함에 따라 최근 소위 스펙트럼 분석이라는 발견이 이루어졌습니다. 저자: Samin D.K.
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