Глаз и Солнце Вавилов Сергей

Глава I

О свете

Поведение человека в жизни зависит от чувств, среди которых чувство зрения – наиболее разностороннее и благородное; несомненно, что изобретения, служащие для его усиления, являются самыми полезными из всех остальных. Трудно найти другое изобретение, в большей степени усиливающее его, чем те чудесные зрительные трубы, которые, хотя и находятся в употреблении с недавнего времени, уже позволили открыть новые светила на небе и новые предметы на Земле в гораздо большем числе, чем это было возможно до сих пор. Отодвигая границы зрения намного дальше, чем позволяло воображение наших предков, они как бы проложили нам путь к гораздо более глубокому и совершенному, чем прежде, знанию природы. Но, к стыду нашей науки, это открытие, столь полезное и удивительное, следует приписать случаю и удаче. Приблизительно тридцать лет тому назад некий Яков Меций из голландского города Алкмар, не имевший никакого образования, хотя его отец и брат были математиками по профессии, находил особое удовольствие в изготовлении зеркал и линз, составляемых им зимой даже изо льда, возможность чего подтверждена опытом. Обладая несколькими линзами различной формы, он случайно пришел к мысли посмотреть через две линзы, одна из которых была несколько толще в середине, чем по краям, а другая, наоборот, была значительно толще по краям, чем в середине; он их так удачно пристроил к концам трубы, что, в сущности, создал первую зрительную трубу. Все прочие, появившиеся с тех пор, были изготовлены исключительно согласно этому образцу, причем, насколько мне известно, никто не определил точной фигуры, которую должны иметь эти линзы.

Действительно, хотя впоследствии многие блестящие умы занимались этим вопросом и открыли ряд положений в оптике, имеющих большее значение, чем те, которые оставили нам предки, тем не менее, ввиду того, что сложные открытия не сразу доходят до последней степени совершенства, осталось еще немало трудностей, дающих мне повод писать об этом. И поскольку изготовление приборов, о которых я буду говорить, зависит от искусства мастеров, обычно не имеющих образования, я постараюсь быть понятным всем, ничего не пропускать и не предполагать, что какие-либо факты уже известны из изучения других наук. Поэтому я начну с объяснения того, что такое свет и его лучи; далее, после краткого описания частей глаза, я особо остановлюсь на вопросе о том, каким образом осуществляется зрение, и затем, отметив все обстоятельства, способствующие его дальнейшему совершенствованию, научу, как сделать их более благоприятными с помощью тех изобретений, которые будут описаны.

Но поскольку мне придется говорить о свете лишь для того, чтобы объяснить, как его лучи входят в глаз и как они отклоняются различными телами, встречающимися на пути, то мне нет надобности вскрывать его истинную природу; я полагаю, что достаточно будет воспользоваться двумя или тремя сравнениями, позволяющими представить его в наиболее доступном пониманию виде, чтобы объяснить обнаруживаемые из опыта свойства света и в дальнейшем выявить все остальные, которые довольно трудно заметить. В этом я подражаю астрономам, которые, хотя их гипотезы почти всегда ошибочны или недостоверны, делают весьма правильные заключения, опирающиеся на различные выполненные ими наблюдения.

Вероятно, вам не раз приходилось, идя ночью без факела по трудным местам, пользоваться палкой, чтобы найти дорогу; вы могли заметить, что посредством этой палки можно ощущать разные предметы, попадавшиеся вам, и отличать, были ли это деревья или камни, песок или вода, трава или грязь либо то-нибудь другое в этом роде. Конечно, подобное чувство несколько неясно и туманно у людей, мало испытывавших его; но проследите его у тех, кто родился слепым и всю жизнь им пользовался, и вы найдете его таким совершенным и точным, что, пожалуй, они как бы видят руками, и их палка представляет собой какое-то шестое чувство, данное им вместо зрения. Делая из сказанного сравнение, я желаю внушить вам, что свет в телах, называемых светящимися, является не чем иным, как некоторым действием или весьма внезапным и быстрым движением, направляющимся к нашим глазам через воздух и другие прозрачные тела тем же способом, каким перемещение или сопротивление препятствий, встречаемых слепым, проходит к его руке через палку. Вам не должно казаться странным, что лучи света могут мгновенно распространиться от Солнца до нас, ибо известно, что действие, приводящее в движение один конец палки, в одно мгновение доходит до другого, и что оно должно таким же образом распространяться даже в том случае, если бы расстояние было больше, чем то, которое отделяет Землю от небес. Вы не найдете также странным, что посредством этого действия мы могли бы видеть всякого рода цвета и что последние в телах, называемых цветными, являются не чем иным, как разными способами, с помощью которых эти тела воспринимают свет и отражают его к нашим глазам: если вы считаете, что разница, усматриваемая слепым между деревьями, камнями, водой и другими подобными предметами с помощью своей палки, не кажется ему меньшей, чем та, которая существует между красным, желтым, зеленым и любым другим цветом, то все-таки несходство между телами является не чем иным, как разными способами двигать палку или сопротивляться ее движениям. Отсюда можно сделать следующий вывод: нет необходимости предполагать, что нечто материальное должно проходить от предметов до наших глаз для того, чтобы мы могли видеть цвета и свет, и что в самих предметах есть что-либо похожее на представления и ощущения, которые они у нас вызывают, аналогично тому, как из предметов, ощупываемых слепым, ничто не выделяется, что должно было бы проходить вдоль палки до его руки; так и сопротивление или движение предметов является единственной причиной ощущений, которые он испытывает, и это не имеет ничего общего с представлениями, получаемыми им; следовательно, ваш рассудок будет свободен от маленьких изображений, распространяющихся в воздухе и называемых «познавательными образами», которые так много досаждают воображению философов. Можно даже легко решить интересующий вас вопрос о месте, откуда исходит действие, вызывающее ощущение зрения. Подобно тому, как слепой воспринимает тела, располагающиеся вокруг него, не только благодаря противодействию, оказываемому этими телами, когда они движутся навстречу его палке, но и при помощи своей руки, когда они ей сопротивляются, таким же образом следует признать, что видимые предметы ощущаются как посредством воздействия, находящегося в них и стремящегося к глазам, так и того воздействия, которое, находясь в глазах, стремится к ним. Однако так как это действие есть не что иное, как свет, то надо заметить, что оно может находиться в глазах лишь тех, кто может видеть в потемках, как кошки, а что касается обычных людей, то они видят исключительно благодаря воздействию, исходящему из предметов, ибо, как показывает опыт, сами предметы (а не наши глаза, которые их рассматривают), чтобы быть видимыми, должны быть либо освещенными, либо самосветящимися. Но так как имеется большая разница между палкой слепого и воздухом или другими прозрачными телами, через которые мы видим, то я должен привести другое сравнение.

Рис. 39

Рассмотрим (в период сбора винограда) наполовину наполненный раздавленным виноградом чан; в дне последнего проделаны одно или два отверстия А и В (рис. 39), через которые может вытекать виноградный сок, содержащийся в чане. Поскольку нет пустоты в природе, как это признают почти все философы, и поскольку во всех телах, замечаемых нами всюду, имеются поры, что достаточно ясно доказывается опытом, постольку необходимо, чтобы эти поры были заполнены материей, весьма разреженной и текучей, которая непрерывно распространяется от небесных светил до нас. Если разреженную материю сравнить с виноградным соком, наполняющим чан, а менее жидкие или более грубые части воздуха и других прозрачных тел сравнить с гроздьями винограда, расположенными между ними, то можно легко понять, что поскольку часть вина, находящаяся, например, около точки С, стремится спуститься по прямой линии через отверстие А, как только последнее открывается, и одновременно через отверстие В, постольку другая часть, которая помещается около D и Е, стремится в то же самое время спуститься через эти два отверстия, не мешая друг другу и не встречая сопротивления со стороны гроздей, имеющихся в чане, несмотря на то, что эти грозди, поддерживающие друг друга, совершенно не стремятся спуститься через А и В вместе с соком, вопреки тому, что они могут быть передвинуты разными способами давильщиками винограда.

Таким образом, все части разреженной материи, которые освещены стороной Солнца, обращенной к ним, стремятся по прямой линии к нашим глазам в то мгновение, когда они открыты, не мешая друг другу и не удерживаясь даже грубыми частицами прозрачных тел, расположенными между Солнцем и глазами, либо потому, что эти тела перемещаются различными способами, как воздух, почти всегда пребывающий в состоянии движения, либо потому, что они находятся в состоянии покоя, как может находиться стекло или хрусталь. Обратите внимание на то, что следует отличать движение или действие от стремления к движению, ибо можно вполне представить себе, что части вина, которые располагаются около С, одновременно стремятся к В и А, вопреки тому, что они не могут в одно и то же время двигаться по этим двум направлениям, и что они стремятся точно по прямой линии к В и А, несмотря на то, что они не могут перемещаться столь точно к А по прямой линии из-за гроздей, находящихся между ними. Следовательно, ввиду того, что это не столько движение, сколько действие светящихся точек, которое надлежит воспринимать как свет, излучаемый ими, вы должны прийти к выводу, что лучи света суть не что иное, как линии, вдоль которых стремится это действие. Таким образом, существует бесконечное число лучей, идущих от всех точек светящихся тел ко всем точкам, освещаемым ими, точно так же, как имеется беспредельное количество прямых линий, вдоль которых действие, распространяющееся от поверхности вина CDE, стремится к А; существует безмерное множество и других линий, вдоль которых действие, идущее от тех же точек, стремится к В, причем эти действия, или стремления, не мешают друг другу.

Кстати, эти лучи, когда они проходят только через одно прозрачное однородное тело, должны представляться в виде прямых линий; однако, если лучи наталкиваются на другие тела, они отклоняются или задерживаются таким же образом, как видоизменяется движение мяча либо камня, брошенных в воздух, из-за препятствий, встречаемых ими; поэтому легко поверить, что действие или стремление к движению, о которых я сказал, что их следует принимать за свет, должны следовать тем же законам, что и движение. Чтобы полностью объяснить это третье сравнение, необходимо обратить внимание на то, что тела, встречаемые мячом, пролетающим в воздухе, бывают мягкими, твердыми или жидкими; если тела мягкие, они останавливают и совершенно затормаживают движение мяча, например, когда он ударяется о материю, песок, грязь; если тела твердые, они сразу отбрасывают его в другую сторону, причем несколькими разными способами, что зависит от их поверхности: последняя бывает либо ровной и гладкой, либо шероховатой и неровной; с другой стороны, будучи гладкой, она может оказаться или плоской, или кривой; если она шероховатая, то ее неровность может заключаться в том, что либо она состоит из нескольких частей различной кривизны, каждая из которых достаточно гладкая, либо из ряда углов или острых выступов, либо из частей неодинаковой твердости, находящихся в движении; словом, мяч отбрасывается тысячью всевозможных способов. Надо заметить, что мяч, кроме своего движения, простого и обычного, переносящего его из одного места в другое, может иметь еще второе движение, которое заставляет его вращаться вокруг собственного центра, и что скорость этого вращения может иметь разные величины по отношению к первому движению. Когда несколько мячей, летящих в одном направлении, встречают тело, имеющее ровную и гладкую поверхность, они отклоняются от него одинаково; следовательно, если вся поверхность плоская, то мячи после удара сохраняют между собой то же расстояние, что и до удара; если ее кривизна направлена внутрь или наружу, они приближаются или удаляются в определенном порядке по отношению друг к другу, в большей или меньшей зависимости от этой кривизны. Как видите, здесь мячи А, В, С (рис. 40) при столкновении с поверхностью тел D, Е, F отклоняются к точкам G, Н, I. Если мячи встречают неровную поверхность, например L или М, они отскакивают в разные стороны, причем каждый в зависимости от того участка поверхности, от которого он отбрасывается; в случае, когда неровность ее состоит лишь в том, что ее участки имеют разную кривизну, мячи не меняют ничего другого в своем движении, кроме направления. Однако неровность поверхности бывает и другого рода: в этом случае она приводит к тому, что мячи, имевшие ранее простое прямолинейное движение, теряют часть его и приобретают вместо него вращательное, которое сравнительно с прямолинейным имеет разные значения и находится в зависимости от расположения встречаемых ими тел; те, кто играет в лапту, ощущают моменты, когда их мяч ударяется о неправильно вставленный кафель или когда они его касаются, наклоняя лапту (это называется, насколько я знаю, «срезать» или «закручивать»). Наконец, заметьте, если мяч во время движения встречает под косым углом поверхность жидкого тела, через которое он может пройти более или менее легко по сравнению со средой, откуда мяч выходит, он отклоняется и меняет свое направление при проникновении: например, коль скоро мяч, находящийся в воздухе, в точке А (рис. 41), толкают к В, он движется прямолинейно от А до В, если только его вес или какая-либо другая особая причина не помешают этому; но находясь в точке В, где мяч встречает поверхность воды BE, он отклоняется и направляется к I, идя опять прямолинейно от В к I, что легко проверить опытом. Однако следует предположить существование тел, которые при встрече со световыми лучами останавливают последние и отнимают у них всю силу: их называют черными, они имеют цвет темноты. Помимо того, существуют другие тела, которые отражают лучи в том же порядке, в каком и получают: у них поверхность совершенно гладкая, они могут служить зеркалами, как плоскими, так и кривыми; и наконец, есть тела, отражающие лучи диффузно, в разные стороны.

Рис. 40

Рис. 41

Рис. 42

Среди последних одни заставляют лучи отражаться, не меняя ничего в их действии (их называют белыми), другие же вызывают при этом изменение, подобное тому, какое получает движение мяча, когда его «закручивают»: такие тела бывают красными, желтыми, синими или любого другого цвета; я думаю, что можно определить и показать опытным путем, в чем заключается природа каждого из этих цветов, но это переходит границы моей темы.

Здесь же достаточно будет предупредить, что лучи, падающие на цветные и неполированные тела, отражаются обычно во все стороны, даже если они устремляются в одном направлении. Лучи, падающие на поверхность белого тела AB (рис. 42), исходящие только из источника С, отражаются во всех без исключения направлениях; поэтому в каком бы месте ни расположить глаз (например, в точке D), всегда окажется несколько лучей, идущих из каждого участка поверхности АВ, которые стремятся к нему. Если предположить, что это тело очень пористо, как бумага или материя, так что свет проходит насквозь и он виден, даже если глаз находится по другую сторону от источника света (например, в точке Е), то тем не менее в нем всегда отразятся несколько лучей, исходящих из каждой части этого тела. Наконец, заметим, что лучи отклоняются так же, как мяч, когда они встречают под косым углом поверхность прозрачного тела, в которую они проникают более или менее легко по сравнению с той средой, откуда они исходят; этот род отклонения называется рефракцией. <…>

Глава III

О глазе

Если бы можно было разрезать глаза пополам так, чтобы а) жидкости, заполняющие его, не вытекли, б) ни одна из его частей не сместилась и в) плоскость сечения точно прошла через середину зрачка, то он казался бы таким, каким изображен на рисунке 43. Здесь АВСВ – оболочка, достаточно толстая и твердая, как бы составляющая круглый сосуд, в котором содержатся все внутренние части; DEF – другая оболочка, менее плотная, обволакивающая, как обои стену, первую оболочку; ZH – так называемый оптический нерв, состоящий из большого числа тонких волокон, концы которых устилают все пространство GHI: переплетаясь с большим числом маленьких вен и артерий, они образуют особого рода тело, в высшей степени нежное и деликатное, являющееся как бы третьей оболочкой, покрывающей все дно второй; К, L, М представляют собой нечто вроде слизи или жидкости, очень прозрачной, заполняющей все пространство, находящееся внутри этих оболочек, каждая из которых имеет вид, изображенный на рисунке. Опыт показывает, что средняя жидкость L, именуемая хрусталиком, вызывает приблизительно то же преломление, что и стекло или хрусталь, остальные две – К и М – вызывают несколько меньшее преломление, приблизительно такое, как вода; следовательно, световые лучи свободнее проходят через среднюю жидкость, нежели через крайние, и еще легче через последние две, чем через воздух. В первой оболочке часть ВСВ прозрачна и несколько больше искривлена, чем остальная – BAB. Во второй – внутренняя поверхность части EF, повернутая к глазному дну, совершенно черная; в середине ее находится маленькое круглое отверстие FF, так называемый зрачок, расположенный в центре глаза, кажущийся довольно черным, когда его наблюдают извне. Это отверстие не сохраняет своих размеров: часть EF оболочки, где это отверстие находится, плавает свободно в очень жидкой среде К; оно кажется маленьким мускулом, могущим сокращаться и расширяться в зависимости от того, какие (ближние или дальние) предметы рассматриваются и какова резкость, с которой они разглядываются; в этом вы можете легко убедиться, следя за глазом ребенка. Если заставить его пристально наблюдать, то нетрудно заметить, что его зрачок становится несколько меньше при рассматривании близкого предмета, нежели далекого (причем последний не должен быть более освещенным); кроме того, если ребенок все время разглядывает один и тот же предмет, его зрачок делается значительно меньше, когда он находится в очень светлой комнате, нежели в затемненной, где закрыто большинство окон; наконец, если ребенок, оставаясь при той же степени освещенности и наблюдая тот же предмет, попытается рассматривать его мельчайшие подробности, его зрачок будет уже, чем в том случае, когда он обозревает предмет целиком и без внимания. Заметьте, что подобное движение должно быть названо волевым, несмотря на то, что об этом не знают те, кто его делает; оно является зависимым и следует сознательному стремлению наблюдателя, желающего все как можно лучше рассмотреть; движение губ и языка, которые служат для произношения слов, также называется волевым, ибо оно подчиняется осознанным действиям говорящего, несмотря на то, что часто люди не знают, какими должны быть движения для того, чтобы они могли содействовать произношению каждоо звука. EN, EN представляют собой несколько черных волокон, обвивающих вокруг среду, обозначенную буквой L; появляясь во второй оболочке в том месте, где кончается третья, они кажутся маленькими сухожилиями, с помощью которых среда L, становясь иногда более искривленной, иногда более плоской, в зависимости от того, какие (ближние или дальние) предметы желают рассматривать, отчасти меняет весь вид глазного тела. Это движение можно проследить на опыте; действительно, если перед глазами человека, пристально наблюдающего башню или гору, достаточно удаленные, поставить книгу, он не сможет четко увидеть ни одной буквы до тех пор, пока форма глаза не будет несколько изменена. ОА представляет собой шесть-семь мускулов, прикрепленных к глазу снаружи, которые могут его двигать во все стороны и, возможно даже, сжимать или растягивать, помогая изменять форму. Я намеренно опускаю много других деталей, отмечаемых в этой теме, которыми анатомы заполняют свои книги, так как изложенного мною, полагаю, вполне достаточно, чтобы объяснить все необходимое для моей цели; остальные подробности, о которых я мог бы дополнительно сообщить, нисколько не окажут содействия пониманию, а лишь отвлекут ваше внимание. <…>

Рис. 43

Глава VI

О зрении

…Все качества, замечаемые нами в рассматриваемых предметах, могут быть сведены к шести главным свойствам, а именно: свету, окраске, положению, расстоянию, величине и форме. Касаясь света и окраски, которые только одни принадлежат чувству зрения, надо исходить из того, что наша душа обладает такой природой, что сила движений, совершающихся в частицах мозга, откуда идут тонкие волокна оптических нервов, сообщает ей ощущение света, а род движения – ощущение цвета, аналогично тому, как колебания слуховых нервов придают ей восприятие звука, а действие нервов языка вызывает восприятие вкуса; вообще действия нервов всего тела сообщают душе чувство щекотания, когда они слабы, и боли, когда они слишком сильны, несмотря на то что во всем этом нет никакого сходства между идеями, постигаемыми ею, и движениями, вызывающими идеи; сказанному здесь вы легко поверите, если вспомните, что раненным в глаз кажется, что они видят бесконечное число искр и молний даже при закрытых глазах или в полной темноте; следовательно, данное ощущение может быть приписано исключительно силе удара, приводящего в действие тонкие волокна оптического нерва подобно тому, как это бы сделал очень яркий свет; та же сила, достигая ушей, могла бы возбудить появление какого-нибудь звука; касаясь тела в других местах, она может вызвать боль. Указанное обстоятельство подтверждается также следующим образом: если заставить себя смотреть на солнце или на какой-нибудь другой яркий свет, то глаза некоторое время сохраняют ощущение света, так что, хотя они и закрыты, кажется, что они видят разные цвета, меняющиеся и переходящие из одного в другой по мере того, как они ослабляются; подобное явление возможно только вследствие того, что тонкие волокна оптического нерва, будучи приведены в исключительно сильное движение, не могут так быстро успокоиться, как обычно; однако движение, которое совершается в них после того, как глаза закрылись, будучи недостаточно сильно, чтобы изобразить очень яркий свет, вызвавший его, придает ощущение менее живых цветов; данные цвета меняются, ослабляясь, что указывает на то, что их природа заключается лишь в разнородности движения и является такой, как я раньше предполагал. Наконец, последнее становится очевидным из того, что окраска часто появляется в прозрачных телах, где безусловно ничто не может ее вызвать, за исключением различных способов, которыми воспринимаются световые лучи. Такое явление мы наблюдаем, когда в облаках возникает радуга или когда в граненом стекле замечается аналогичная картина.

Рис. 44

Однако здесь надо особенно рассмотреть, чем является количество видимого света, т. е. сила, приводящая в движение каждое маленькое волокно оптического нерва, так как она не всегда равна свету, находящемуся в предметах, и меняется в зависимости от расстояний, отделяющих их от глаза, и величины зрачка, а также от пространства, которое лучи, идущие из каждой точки предмета, могут занимать на дне глаза. Очевидно, что точка Х (рис. 44) послала бы больше лучей в глаз В, если бы зрачок FF был открыт до G, и что она направила бы столько же света в глаз В, находящийся близко от него и имеющий очень узкий зрачок, сколько и в глаз А, зрачок которого значительно шире, но который расположен дальше в таком же соотношении. На дно глаза А не попадает больше лучей из различных точек предмета VXY, рассматриваемых одновременно, чем на дно глаза В; однако, поскольку лучи распространяются на площади TR, меньшей, чем площадь HI, заполняемая ими на дне глаза В, постольку они должны действовать с большей силой на каждый кончик оптического нерва, которого они касаются, что очень легко рассчитать; если, например, площадь HI в четыре раза больше, чем TR, и она содержит концы четырех тысяч тонких волокон оптического нерва, а TR – лишь тысячу, то, следовательно, каждое из этих волокон будет приведено в движение на дне глаза А тысячной частью сил, которыми обладают все лучи, входящие туда, а на дне глаза В – только четвертью тысячной части. Необходимо также принять во внимание, что рассматриваемые части тела можно распознать лишь постольку, поскольку они выделяются окраской, и что ясное различие цветов обусловливается не только тем, что все лучи, выходящие из каждой точки предмета, собираются приблизительно в стольких же различных точках на дне глаза и что никакие иные лучи из других мест не достигают данных точек, как это было ранее подробно объяснено, но также и тем, что множество тонких волокон оптического нерва занимают пространство, на котором лежит изображение на дне глаза. Если, например, предмет VXY (рис. 44) состоял бы из десяти тысяч частей, могущих послать лучи по направлению ко дну глаза RST десятью тысячами различных способов и, следовательно, выявить одновременно десять тысяч цветов, то они тем не менее дали бы душе возможность различить не больше одной тысячи, при условии, если на площадке RST имеется только тысяча волокон оптического нерва; таким образом, десять частей предмета действуют одновременно на одно волокно и могут его стимулировать только одним способом, составленным из всех действий одной части, так что пространство, занятое каждым из волокон, должно рассматриваться как одна точка. Этим объясняется, что луч, расцвеченный бесконечным числом цветов, издали будет казаться совершенно белым или целиком синим. Вообще все тела видны менее отчетливо вдали, чем вблизи; наконец, чем больше места на дне глаза занимает изображение одного и того же предмета, тем лучше его можно различить, на что в дальнейшем будет обращено особое внимание.

Рис. 45

Что касается расположения каждой части предмета по отношению к нашему телу, то мы замечаем его посредством глаз так же, как при помощи рук; ознакомление с ним зависит не от изображения или воздействия, исходящих от предмета, а только от размещения маленьких частиц мозга, откуда нервы берут свое начало. Это размещение, отчасти меняющееся каждый раз, когда меняется положение членов, обслуживаемых нервами, организовано природой с целью не только указать душе, в каком месте находится та часть тела, которую она приводит в движение (по сравнению с другими), но также и для того, чтобы душа могла переносить оттуда свое внимание ко всем местам, расположенным на прямых линиях, проводимых из конца каждой части и продолженных до бесконечности. Совершенно так же обстоит со слепым, о котором мы так много говорили ранее: когда он поворачивает свою руку А (рис. 45) к точке E или руку С к Е, нервы, находящиеся в руке, производят некоторое изменение в его мозгу, дающее возможность душе слепого узнать не только место А или С, но и все другие, располагающиеся на прямой линий АЕ или CE, так что она может обратить свое внимание на предметы B и D и определить места, где они пребывают, хотя душа не знает и нисколько не думает о тех местах, где помещаются обе руки. Точно так же, когда глаз или голова поворачиваются в какую-нибудь сторону, наша душа предупреждается об этом изменением, которое нервы, находящиеся в мускулах, обслуживающих движения, вызывают в мозгу. Здесь, в глазу RST (рис. 46), изменение положения тонкого волокна оптического нерва, помещающегося в точке R, или S, или Т, вызывает изменение расположения частей мозга 7, 8 или 9, вследствие чего душа может знать все места, которые находятся на прямой RV или SX, или TY. Следовательно, вам не должно казаться странным, что предметы можно обозревать в их истинном положении, несмотря на то, что изображения, создаваемые ими в глазу, являются совершенно обратными. Наш слепой может одновременно чувствовать предмет В (рис. 45), лежащий справа, с помощью левой руки и D, находящийся слева, посредством правой. Однако слепой не делает вывода о том, что тело двойное, хотя он касается его двумя руками; подобным образом при помощи глаз, расположенных так, чтобы обратить наше внимание на одно и то же место, мы видим лишь один предмет, несмотря на то, что в каждом глазу получается свое изображение.

Оценка расстояния зависит не от расположения тех или иных изображений предметов, а прежде всего от формы хрусталика; как уже говорилось, форма хрусталика должна быть несколько иной при рассматривании близких предметов, чем далеких, и по мере того, как мы ее меняем, чтобы приспособиться к расстояниям, отделяющим нас от предметов, одновременно меняется некая часть нашего мозга таким образом, который установлен природой для того, чтобы наша душа могла оценить данное расстояние; это обычно происходит без всякого размышления с нашей стороны; вместе с тем, когда мы держим в руке какое-нибудь тело, то придаем ей форму, соответствующую величине и фигуре тела, и ощущаем его подобным способом, причем нет надобности думать о каких бы то ни было движениях. Кроме того, мы оцениваем расстояние благодаря относительному расположению глаз; точно так же и наш слепой, держащий две палки АЕ и CE, о длине которых он не имеет представления, но знает только интервал, отделяющий его две руки А и С, и величину углов ACE и САЕ, может отсюда как бы с помощью естественной геометрии понять, где находится точка Е; таким же образом, если оба глаза RST и rst (рис. 46) повернуты к точке Х, величины отрезка Ss и двух углов XSs и XsS позволят нам понять, где помещается точка X. Мы можем это уяснить и с помощью лишь одного глаза, меняя его положение следующим образом: сначала ставим его в точку S и направляем в сторону X, а затем помещаем в s. Этого достаточно, чтобы величины отрезка Ss и двух углов XSs и XsS встретились вместе в нашем воображении и дали нам возможность оценить расстояние до точки X. Это достигается работой мысли, которая, представляя собой лишь простое воображение, тем не менее напоминает размышления, совершенно подобные рассуждениям, совершаемым землемерами, когда с помощью двух разных пунктов они измеряют расстояния до недоступных мест. Помимо того, существует другой способ определения расстояния, базирующийся на показаниях резкости или нерезкости изображения и вместе с тем силы или слабости света. Когда мы внимательно рассматриваем точку Х (рис. 47), то видим, что лучи, исходящие из предметов 10 и 12, не собираются столь точно в точках R и Т на дне нашего глаза, как если бы упомянутые предметы находились в точках V и Y; отсюда мы заключаем, что они дальше или ближе от нас, чем точка X. Далее, поскольку свет, устремляющийся к нашему глазу от предмета 10, более сильный, чем если бы он исходил от того же предмета, но помещенного в точку V, постольку можно установить, что предмет 10 располагается ближе; с другой стороны, так как свет, идущий из точки 12, более слабый, чем если бы он шел из точки Y, мы делаем вывод о том, что предмет 11 находится дальше. Наконец, если у нас уже создалось некоторое представление о величине предмета, его расположении, различиях в его форме и окраске или хотя бы о силе света, исходящего от него, то указанное обстоятельство может нам служить не столько для того, чтобы видеть, сколько для того, чтобы вообразить расстояние. Когда мы смотрим издали на различные тела, которые привыкли видеть вблизи и о размерах которых у нас, следовательно, имеется известное понятие, то судим гораздо лучше о расстоянии до них, чем если бы мы не представляли их величины; при обозрении горы, освещенной солнцем и находящейся за лесом в тени, только расположение леса позволяет судить о том, что он ближе; если мы наблюдаем на море два корабля, из которых один меньше другого, но находится соответственно ближе, так что они кажутся одинаковыми, то сможем, основываясь на различиях в их виде и раскраске, узнать, какой из них дальше.

Рис. 46

Впрочем, я ничего особенного не могу сказать относительно способов, позволяющих нам оценивать величину и форму предметов, тем более что все способы основаны на том, что мы определяем расстояние до предметов и расположение их частей; величина предметов оценивается на основании имеющихся у нас знаний о расстояниях, полученных при сравнении размеров изображений, создаваемых предметами на дне глаза, а отнюдь не на основании подлинных размеров изображений; данный вывод вытекает с достаточной очевидностью из того, что хотя изображения, скажем, в сто раз больше, когда предметы очень близко от нас, чем когда они в десять раз дальше, тем не менее мы видим их не увеличенными в сто раз, а почти равными, если только не ошибаемся в определении расстояний. Очевидно также, что форма предметов оценивается на основе приобретенных нами знаний и понятий о расположении отдельных частей предметов, а не на основании сходства изображений, находящихся в глазу, ибо последние обычно содержат только овалы и ромбы, тогда как мы видим окружности и квадраты.

Рис. 47

Чтобы не было никаких сомнений в том, что зрение совершается так, как я объяснил, вы должны, кроме того, рассмотреть причины, из-за которых иногда случается, что зрение нас обманывает; это происходит, во-первых, потому, что созерцает душа, а не глаз, и во-вторых, вследствие того, что она наблюдает только посредством мозга; отсюда вытекает, что слабоумные и спящие часто видят (или думают, что видят) разные предметы, которые не находятся перед их глазами: какие-то испарения, воздействуя на мозг, раздражают его части, обычно служащие для зрения, точно так же, как это делали бы предметы, если бы они существовали. Далее, ощущения, приходящие извне, проникают посредством нервов; следовательно, если нервы подвергаются некоторому возбуждению под действием необычной причины, то предметы можно видеть не в тех местах, где они находятся. Например, когда глаз rst (рис. 46), направленный на точку X, под воздействием пальца поворачивается к точке М, тогда части мозга, откуда идут нервы, располагаются не совсем так, как если бы мускулы глаза повернули его к точке М; в то же время они размещаются иначе, чем если бы глаз смотрел непосредственно в точку X; в результате глаз занимает среднее положение между двумя указанными состояниями, и все обстоит таким образом, как если бы он был устремлен на точку Y; следовательно, предмет М будет казаться расположенным на месте Y, Y – на месте Х и X – на месте V; эти предметы, рассматриваемые другим глазом RST, представляются находящимися на своих подлинных местах. В итоге они покажутся двойными. Подобным образом, если касаться маленького шарика G (рис. 48) двумя скрещенными пальцами А и D, то получается впечатление двух шариков, потому что, пока пальцы находятся в скрещенном положении, мускулы каждого из них стремятся их раздвинуть – А к С и D к F, вследствие чего части мозга, где начинаются нервы, прикрепленные к мускулам, располагаются так, как необходимо для того, чтобы показалось, что А находится в В, а D в Е; поэтому и появляется ощущение двух различных шариков H и I. Кроме того, издавна привыкли думать, что зрительные ощущения приходят из тех мест, по направлению к которым мы должны смотреть, чтобы их увидеть; если же случается, что они идут из других мест, мы можем легко быть введены в обман; все, кто болен желтухой или смотрит через желтое стекло, или закрыт в комнате, куда свет проходит только через желтые стекла, относят этот цвет за счет тел, на которые они смотрят. Тот, кто находится в темной комнате, недавно описанной мною, приписывает белому телу RST (рис. 47) цвета предметов VXY, так как он направляет свое зрение только на него. Глаза А, В, С, D, E, F (рис. 49), рассматривая предметы T, V, X, Y, Z, U через стекла N, О, Р и в зеркалах Q, R, S, относят их к точкам G, H, I, K, L, М; V и Z кажутся им меньше, а предметы X и U – больше, чем они есть на самом деле, или представляются меньшими и перевернутыми; последнее объясняется тем, что стекла и зеркала отклоняют лучи, идущие от предметов, таким образом, что глаза могут их видеть отчетливо только тогда, когда они располагаются для того, чтобы смотреть на точки G, Н, I, К, L, М, в чем легко убедятся те, кто потрудится изучить данный вопрос; при этом они поймут, насколько предки ошибались в своей катоптрике, когда пытались определять места изображений в вогнутых и выпуклых зеркалах. Надо также заметить, что все средства, которыми мы располагаем для определения расстояний, очень ненадежны; что касается формы глаза, то она почти не меняется, когда предметы находятся от него на расстоянии большем, чем четыре-пять футов; и даже, когда предмет ближе, форма глаза так мало меняется, что трудно получить какие-нибудь точные сведения. Что касается углов, заключенных между прямыми, проведенными из обоих глаз навстречу друг другу и от них к предмету или из двух положений одного и того же предмета, то они почти не меняются при наблюдении издалека; вот почему наш разум едва ли может иметь представление о расстояниях больших, чем сто-двести футов. Указанное обстоятельство может быть подтверждено тем, что Луна и Солнце, принадлежащие к числу наиболее удаленных тел, видимых нами, диаметры которых равны приблизительно одной сотой их расстояния до нас, кажутся нам обычно не больше, чем один-два фута диаметром, хотя мы хорошо понимаем, что они чрезвычайно велики и исключительно далеки; это происходит не потому, что мы не могли бы их представить себе большими, ибо имеется полная возможность вообразить башни и горы значительными по величине, но по другой причине, а именно: поскольку нельзя мысленно представить их удаленными больше, чем на сто-двести футов, постольку диаметр Луны или Солнца не может нам казаться превосходящим один-два фута; кроме того, их расположение способствует ложному впечатлению, так как обычно эти светила кажутся меньше, когда они находятся очень высоко на южной стороне небесного свода, чем при восходе или закате, когда между ними и нашими глазами располагаются разные предметы, позволяющие лучше судить о расстояниях. Астрономы, определяя размеры Луны или Солнца с помощью своих инструментов, часто убеждаются, что причиной кажущегося изменения их величин является не изменение угла, под которым мы их рассматриваем, а то, что они представляются нам ближе или дальше. Отсюда следует, что аксиома древней оптики, согласно которой кажущаяся величина предметов пропорциональна величине угла, под которым мы их видим, не всегда правильна. Одна из причин ошибок заключается в том, что белые или самосветящиеся тела, равно как и все те, которые обладают значительной силой, возбуждающей чувство зрения, кажутся всегда несколько ближе и больше, чем если бы они были темнее. Действительно, причина, вследствие которой они представляются более близкими, заключается в том, что зрачок, во избежание слишком яркого света, сокращается, и это движение настолько тесно связано с тем движением, которое совершает глаз, чтобы отчетливо видеть близкие предметы, и которое позволяет оценить расстояние, что одно никогда не может совершаться без другого, так же как нельзя полностью сжать два первых пальца руки без того, чтобы третий палец слегка не согнулся, как бы желая присоединиться к ним. Причина, вследствие которой белые или самосветящиеся тела кажутся большими, заключается не только в том, что оценка их величины связана с оценкой расстояния, но еще и в том, что их изображения как бы отпечатываются на дне глаза, причем они имеют увеличенные размеры: это происходит ввиду того, что окончания волокон оптического нерва, устилающего дно глаза, хотя и очень тонки, все же имеют некоторую величину; каждое из них может быть возбуждено в одной части каким-либо одним предметом, а в других – иными; но так как волокно всякий раз может быть раздражено только определенным способом, то оно, если какая-нибудь его маленькая часть возбуждена очень ярким предметом, а остальные части – другими, менее яркими, целиком подвергается раздражению наиболее сильного импульса и передает лишь его изображение, исключая остальные. Допустим, что окончания тонких волокон обозначаются цифрами 1, 2, 3 (рис. 50); тогда лучи, создающие, например, изображение звезды, падают на волокна, отмеченные 1, и несколько дальше вокруг них на концы шести других, обозначенных 2, на которые не ложатся другие лучи, за исключением очень слабых, исходящих из частей неба, окружающих эту звезду; ее изображение будет распространяться на площадь, занятую шестью точками 2, и, кроме того, возможно, на все пространство, заполненное двенадцатью точками, отмеченными 3, если сила движения настолько велика, что она сообщается даже им. Таким образом, вы видите, что звезды, несмотря на то, что кажутся достаточно малыми, представляются тем не менее большими, чем следовало бы ожидать, исходя из очень большого расстояния, отделяющего их от Земли. И хотя они не вполне круглые, но кажутся таковыми. По той же причине квадратная башня, рассматриваемая издали, производит впечатление круглой, и все предметы, рисующие в глазу лишь очень маленькие изображения, не могут дать точного представления об углах. Наконец, оценка расстояния, производимая с помощью величины, формы, цвета или яркости картины, где соблюдается перспектива, достаточно показывает, как легко ошибиться; поскольку предметы, которые на ней изображены, меньше, чем они должны быть согласно нашим представлениям, их контуры мягче, а цвета темнее или слабее, постольку они нам кажутся более далекими, чем есть на самом деле.

Рис. 48

Рис. 49

Рис. 50

Глава первая

О лучах, распространяющихся прямолинейно

Доказательства, применяющиеся в оптике, – так же как и во всех науках, в которых при изучении материи применяется геометрия, – основываются на истинах, полученных из опыта. Таковы те истины, что лучи света распространяются по прямой линии, что углы падения и преломления равны и что при преломлении излом луча происходит по правилу инусов, – правилу, столь известному теперь и не менее достоверному, чем предшествующие.

Большинство писавших по вопросам, касающимся разных отделов оптики, довольствовались тем, что просто принимали эти истины заранее. Но некоторые, более любознательные, стремились выяснить происхождение и причины этих истин, рассматривая их самих как замечательные проявления природы. По этому поводу был высказан ряд остроумных соображений, однако все же не настолько удовлетворительных, чтобы более сильные умы не пожелали еще более удовлетворительных объяснений. С целью способствовать, насколько я в силах, разъяснению этого отдела естествознания, который не без основания признается одним из самых трудных, я и хочу изложить здесь свои, посвященные ему размышления. Я сознаю, что я многим обязан тем, кто первым начал рассеивать странный мрак, окутывавший эти явления, и кто первым подал надежды, что их можно будет объяснить разумным образом. Но, с другой стороны, меня удивляет, что эти же исследователи весьма часто стремились преподнести под видом достоверных и убедительных малоочевидные рассуждения, так как я нахожу, что никто еще не дал вероятного объяснения таких основных и замечательных явлений света, как распространение его по прямым линиям или как тот факт, что видимые лучи, исходя из бесконечного числа различных мест, пересекаются, нисколько не препятствуя друг другу.

Таким образом, я постараюсь в этой книге с помощью принципов, принятых в современной философии, дать более ясные и более правдоподобные объяснения, во-первых, свойствам прямо распространяющегося света, во-вторых, свойствам света, отражающегося при встрече с другими телами. Далее я объясню свойства лучей, про которые говорят, что они преломляются, проходя через различного рода прозрачные тела, причем я коснусь также рефракции в воздухе, вызываемой различной плотностью разных слоев атмосферы.

Затем я исследую причины странного преломления одного кристалла, который привозят из Исландии. Под конец я займусь разнообразными различными формами прозрачных и отражающих тел, с помощью которых лучи собираются в одной точке или же отклоняются различным образом. При этом будет видно, с какой легкостью по нашей новой теории находятся не только эллипсы, гиперболы и другие кривые линии, которые для этой цели были остроумно применены Декартом, но также и те кривые, которые должны образовывать поверхность стекла, если другая его поверхность имеет заданную сферическую, плоскую или какую-либо иную форму.

Нельзя сомневаться в том, что свет состоит в движении какого-то вещества. Так, если обратить внимание на его происхождение, то оказывается, что здесь, на Земле, его порождают главным образом огонь и пламя, которые, без сомнения, содержат в себе находящиеся в быстром движении тела. Это подтверждается тем, что огонь и пламя растворяют и плавят многие другие и даже самые твердые тела. Если рассмотреть действия, им производимые, то можно заметить, что когда свет собран вместе, с помощью, например, вогнутых зеркал, он обладает свойством сжигать, как огонь, т. е. он разъединяет отдельные части тел; последнее обстоятельство служит убедительным признаком движения, по крайней мере, для истинной философии, в которой причину всех естественных явлений постигают при помощи соображений механического характера. По моему мнению, так и следует поступать, в противном случае приходится отказаться от всякой надежды когда-либо и что-нибудь понять в физике.

Так как, следуя этой философии, считают достоверным, что зрительное ощущение возбуждается только воздействием некоторой движущейся материи, действующей на нервы в глубине наших глаз, то здесь мы имеем еще одно основание полагать, что свет заключается в движении вещества, которое находится между нами и светящимся телом.

Кроме того, если принять во внимание чрезвычайную быстроту, с которой распространяется свет во все стороны, а также то, что когда он приходит из различных и даже совершенно противоположных мест, лучи его проходят один через другой, не мешая друг другу, то станет совершенно понятно, что когда мы видим светящийся предмет, это не может происходить вследствие переноса материи, которая доходит до нас от этого предмета наподобие пули или стрелы, пересекающих воздух. Это слишком противоречит указанным двум свойствам света, в особенности – второму. Значит, свет распространяется другим образом; привести нас к пониманию способа распространения света может то, что нам известно о распространении звука в воздухе.

Мы знаем, что звук через посредство воздуха, который представляет собой тело невидимое и неосязаемое, распространяется вокруг места, где он был произведен, движением, которое последовательно передается от одной части воздуха к другой, и что движение это распространяется одинаково быстро во всех направлениях, вследствие чего должны образовываться как бы сферические поверхности, которые все расширяются и в конце концов поражают наше ухо. Несомненно, что и свет доходит от светящегося тела до нас каким-нибудь движением, сообщенным веществу, находящемуся между ним и нами, ибо мы уже видели, что это не может быть вызвано переносом вещества от этого тела к нам. Поскольку вместе с тем свет употребляет для своего прохождения некоторое время – вопрос, который мы сейчас рассмотрим, – из этого следует, что движение, сообщенное веществу, постепенно и, следовательно, распространяется так же, как и при звуке, сферическими поверхностями и волнами: я называю эти поверхности волнами по сходству с волнами, которые можно наблюдать на воде, в которую брошен камень, и которые изображают собой указанное постепенное распространение кругами, хотя оно и происходит от другой причины и в плоской поверхности.

Чтобы убедиться в том, что распространение света происходит не мгновенно, прежде всего посмотрим, не существуют ли такие опыты, которые убеждали бы нас в противном. Что касается опытов, которые можно произвести здесь на Земле с помощью огней, расположенных на больших расстояниях друг от друга, то хотя они и доказывают, что свету не надо заметного времени, чтобы пройти эти расстояния, но все же эти расстояния слишком малы и позволяют сделать лишь тот вывод, что переход света совершается чрезвычайно быстро. Декарт, полагавший, что переход света совершается мгновенно, не без основания опирался на значительно лучший опыт с лунными затмениями, но этот опыт, как я покажу далее, все же не убедителен. Для того чтобы понять все значение этого опыта, я его предложу в несколько ином виде, чем Декарт.

Рис. 51

Пусть А (рис. 51) – местонахождение Солнца, BD – часть орбиты, или годичного пути Земли, ABC – прямая линия, которая, допустим, пересекает путь Луны, представленный кругом CD с центром в точке С. Но если свет требует, например, часа времени, чтобы пройти пространство между Землей и Луной, то отсюда следует, что после того, как Земля придет в точку В, даваемая ею тень, или перерыв в свете, еще не достигнет точки С, но придет туда часом позже. Это значит, что только через час после того, как Земля придет в точку В, Луна, пришедшая в точку С, начнет там затемняться; но нужен еще другой час, для того чтобы это затемнение, или перерыв в свете, достигло Земли. Предположим, что за эти два часа Земля пришла в Е. Земля, находясь в Е, увидит затемненную Луну в С, откуда она ушла за час перед этим, и в то же время увидит Солнце в А. В самом деле, ввиду того, что я вместе с Коперником предполагаю Солнце неподвижным, и ввиду того, что свет распространяется по прямым линиям, Солнце должно всегда казаться там, где оно есть. Но, говорят, наблюдения свидетельствуют, что затемненная Луна всегда наблюдается на эклиптике, в месте, противоположном Солнцу, между тем как здесь она должна казаться позади от этого места на угол GEC, дополняющий угол АЕС до двух прямых. Значит, это противоречит опыту, так как угол GEC был бы сильно заметен, равняясь приблизительно 33°. В самом деле, согласно нашим вычислениям, изложенным в трактате «О причинах явлений, видимых при наблюдениях Сатурна», расстояние BA между Землей и Солнцем приблизительно равно 12 000 земных диаметров и в 400 раз больше, чем ВС, – расстояние до Луны, равное 30 диаметрам. Значит, угол ЕСВ будет приблизительно в 400 раз больше, чем BAЕ, который равен 5 мин, т. е. пути, который проходит Земля по своей орбите в 2 часа; таким образом, угол ВCE равен почти 33°, так же как и CEG, который будет больше на 5 мин.

Но нужно заметить, что в этом рассуждении скорость света предполагается такой, что свету нужен один час времени, чтобы пройти путь отсюда до Луны. Если же предположить, что для этого нужна лишь одна минута времени, то будет ясно, что угол CEG составит только 33 мин, а если нужно всего только 10 с времени, то этот угол не будет и 6 мин. Но в таком случае его не легко будет заметить при наблюдении затмений, и следовательно, отсюда нельзя сделать вывод в пользу мгновенного движения света.

Правда, тем самым мы допускаем существование странной скорости, которая была бы в 100 000 раз больше скорости звука. <…> Все же это предположение не должно казаться чем-то невозможным, так как здесь дело идет вовсе не о переносе тела с такой скоростью, но о последовательном движении, переходящем от одних тел к другим. Поэтому при размышлении об этих вещах я беспрепятственно предположил, что истечение света происходит постепенно; действительно, с помощью этого предположения все эти явления могли быть объяснены, тогда как, если придерживаться противоположного взгляда, все было непонятно. И мне всегда казалось, и многим другим вместе со мной, что даже Декарт, который поставил своей целью вразумительное объяснение всех вопросов физики и который, несомненно, гораздо лучше успел в этом, чем кто-либо до него, даже Декарт по поводу света и его свойств не высказал ничего, что не было бы полно трудностей для понимания или даже непостижимо.

Но мысль, которой я пользовался когда-то как гипотезой, получила недавно благодаря остроумному доказательству Рёмера, по всей видимости, значение прочной истины. <…> Оно основано, так же как и предшествующее, на небесных наблюдениях и не только доказывает, что свет для своего прохождения требует времени, но и показывает вместе с тем, сколько времени ему нужно на это, а также, что скорость света, по крайней мере, в 6 раз больше той, о которой я только что говорил. <…> Постепенное движение света оказывается, таким образом, подтвержденным, а отсюда следует, как я уже сказал, что это движение, так же как и звук, распространяется сферическими волнами.

Но если в этом отношении движения света и звука сходны, то во многих других отношениях они расходятся; так, они различаются: начальным возбуждением причиняющего их движения, материей, в которой это движение распространяется, и способом, которым оно передается. В самом деле, известно, что возбуждение звука производится внезапным сотрясением всего тела или значительной его части, что возмущает весь смежный с ним воздух. Но движение света должно зарождаться от каждой точки светящегося тела; тогда, как это лучше выяснится из последующего, смогут быть видными все отдельные части светящегося тела. И я думаю, что это движение может лучше всего послужить для объяснения, если предположить, что те из светящихся тел, которые, как пламя и, по-видимому, Солнце и звезды, являются жидкими, состоят из плавающих в значительно более утонченной материи частиц; эта материя приводит их в весьма быстрое движение и заставляет ударяться о частицы окружающего их эфира, причем эти последние значительно меньше первых. Что же касается твердых светящихся тел, как уголь или раскаленный на пламени металл, то у них рассматриваемое движение вызывается сильным сотрясением частиц металла или дерева, причем те частицы, которые находятся на поверхности, также ударяются о частицы эфирной материи. Впрочем, движение, возбуждающее свет, должно быть значительно более резким и быстрым, чем то, которое производит звук; ведь мы не замечаем, чтобы содрогание звучащего тела могло произвести свет, точно так же как движением руки в воздухе нельзя получить звук.

Если теперь исследовать, какой может быть та материя, в которой распространяется движение, исходящее от светящихся тел, и которую я называю эфирной, то будет видно, что это не та материя, которая служит для распространения звука. В самом деле, последняя является просто воздухом, который мы чувствуем и вдыхаем; и если воздух откуда-нибудь удалить, то та, другая, материя, которая служит для света, все же будет там находиться. Это доказывается заключением звучащего тела в стеклянный колокол, из которого затем удаляют воздух с помощью прибора, данного нам Бойлем, прибора, с которым он сделал столько прекрасных опытов. При производстве опыта, о котором я говорю, нужно позаботиться о том, чтобы поместить звучащее тело на вату или на перья для того, чтобы оно не могло сообщить своего дрожанья стеклянному колоколу, заключающему его, а также прибору, а этим до сих пор пренебрегали. Тогда, после того как будет удален весь воздух, больше совершенно не слышно звука металла, хотя по нему и ударяют.

Из этого следует не только то, что не проходящий через стекло воздух является материей, с помощью которой распространяется звук, но также и то, что свет распространяется не в самом воздухе, но в какой-то другой материи. Действительно, после того как воздух удален из колокола, свет, как и прежде, продолжает проходить сквозь него. Это последнее обстоятельство еще яснее доказывается знаменитым опытом Торичелли. В этом опыте стеклянная трубка, из которой удалена ртуть и в которой не остается воздуха, пропускает свет так же, как если бы в ней был воздух; а это показывает, что в трубке находится какая-то материя, отличная от воздуха, и что эта материя должна проходить сквозь стекло или сквозь ртуть, или через оба эти непроницаемые для воздуха вещества. Если в этом же опыте произвести пустоту, поместив над ртутью немного воды, то можно аналогично заключить, что указанная материя проходит сквозь стекло или сквозь воду, или через то и другое.

Что же касается упомянутого мною различия способов передачи движения звука и света, то можно в общем понять, как происходит движение звука, если принять в соображение, что воздух обладает свойством сжимаемости и может быть приведен к значительно меньшему объему, чем тот, который он обычно занимает, а также что по мере того, как его сжимают, он стремится расшириться; в самом деле, эти свойства, вместе с проницаемостью, которая сохраняется, несмотря на сжатие, показывают, по-видимому, что воздух состоит из маленьких телец, плавающих и быстро передвигающихся в состоящей из еще значительно меньших телец эфирной материи. Таким образом, причиной распространения звуковых волн является усилие, производимое этими маленькими взаимно ударяющимися телами, стремящимися удалиться друг от друга, когда, находясь на перифериях волн, они оказываются более сжатыми, чем в других местах.

Но чрезвычайная скорость и другие свойства света не позволяют допустить подобного распространения движения, и я хочу здесь показать, как, по моему мнению, оно должно происходить. Для этого надо объяснить имеющееся у твердых тел свойство передавать движение одно другому.

Если взять несколько одинаковых по величине шаров, сделанных из какого-нибудь очень твердого вещества, и если их расположить по прямой линии так, чтобы они касались друг друга, то при ударе таким же шаром по первому из них окажется, что движение как бы в одно мгновение передается до последнего шара, который и отделяется от всего ряда, причем не заметно, чтобы при этом сдвинулись остальные шары. Вместе с ними остается неподвижным даже шар, которым ударили. Здесь наблюдается передача движения с чрезвычайно большой скоростью, которая тем больше, чем тверже вещество, из которого сделаны шары.

Но вместе с тем установлено, что это распространение движения происходит не мгновенно, но постепенно, и таким образом требует времени. В самом деле, если бы движение или, если угодно, стремление к движению не проходило последовательно через все шары, то они получали бы его одновременно и начинали бы двигаться вперед все вместе, чего как раз и не происходит; последний из шаров отделяется от всего ряда и приобретает скорость того же шара, который толкнули. Кроме того, существуют опыты, показывающие, что все те тела, которые мы считаем самыми твердыми, как закаленная сталь, стекло и агат, упруги и некоторым образом сдают не только тогда, когда они вытянуты в виде стержней, но и тогда, когда имеют форму шаров или иную. Это означает, что они немного вдавливаются внутрь в месте удара, а сейчас же после удара возвращаются к первоначальной форме. Действительно, я нашел, что если ударить стеклянным или агатовым шаром о большой и весьма толстый кусок того же вещества с плоской поверхностью, затускненной дыханием или как-либо иначе, то на поверхности остаются круглые метки, более или менее значительной величины в зависимости от того, был ли удар сильнее или слабее. Это показывает, что эти вещества сдают при столкновении и затем восстанавливают свою форму, на что им нужно время.

Чтобы применить подобного рода движение к объяснению движения, производящего свет, ничто не мешает нам считать частицы эфира состоящими из материи, сколь угодно приближающейся к совершенной твердости и сколь угодно быстро восстанавливающей свою форму. Нам нет надобности исследовать для этого здесь причины этой твердости и упругости, так как рассмотрение их завлекло бы нас слишком далеко от нашего предмета. Я все же укажу здесь мимоходом, что частицы эфира, несмотря на их малость, можно себе представить состоящими еще из других частей и что упругость их заключается в очень быстром движении тонкой материи, которая проходит сквозь них со всех сторон и заставляет их ткань располагаться так, чтобы она позволяла этой очень тонкой материи проходить через нее самым легким и свободным образом. Это согласуется с объяснением, которое дает упругости Декарт, но только я не предполагаю, как он, существования пор в форме полых круглых каналов. И не нужно думать, что в этом имеется что-нибудь нелепое или невозможное. Наоборот, представляется весьма вероятным, что природа как раз и пользуется этой бесконечной последовательностью частиц различной величины, обладающих различной скоростью, чтобы производить такое множество удивительных явлений.

Но если бы даже мы не знали истинной причины упругости, все же мы постоянно видим, что этим свойством обладают многие тела; поэтому нет ничего странного в предположении, что им обладают также и весьма маленькие невидимые тела, как те, что составляют эфир. Если и желать найти какой-нибудь другой способ последовательной передачи движения света, то все же не отыщется такого, который бы лучше, чем упругость, согласовался с равномерностью распространения движения, потому что если бы движение по мере удаления от источника света и распределения его по все большему количеству материи замедлялось, то на больших расстояниях оно не могло бы сохранить свою большую скорость. Если же предположить существование упругости у эфирной материи, то ее частицы будут обладать свойством восстанавливать свою форму одинаково быстро, независимо от того, будет ли воздействие на них сильным или слабым, и таким образом, распространение света будет постоянно сохранять одну и ту же скорость.

Следует заметить, что хотя частицы эфира расположены и не по прямым линиям, как это обстоит в нашем ряду шаров, а беспорядочно, так что одна из них касается нескольких других, но все же это не мешает передавать им свое движение и распространять его все вперед. В связи с этим укажем на один закон движения, встречающийся при таком распространении и подтверждающийся опытом. Именно: если шар, который, как, например, шар А (рис. 52), прикасается к нескольким другим одинаковым с ним шарам С, С, С, толкнуть другим шаром В, то шар А будет действовать на все соприкасающиеся с ним шары С, С, С и передаст им все свое движение; сам же он, как и шар В, останется после этого неподвижным. Легко понять, даже и не предполагая, что эфирные частицы имеют сферическую форму (так как, между прочим, я не вижу в этом надобности), что это свойство удара содействует указанному распространению движения.

Рис. 52

Равенство размеров кажется здесь более необходимым, так как иначе при передаче движения от меньшей частицы к большей должно было бы получаться некоторое отражение движения назад, согласно правилам удара <…>. Не лишено вероятия, что частицы эфира были сделаны равными для столь замечательного явления, как свет, по крайней мере в том обширном пространстве, которое находится за областью паров[13] и которое служит, по-видимому, только для передачи света Солнца и светил.

Я показал, таким образом, как можно представить себе, что свет распространяется последовательными сферическими волнами, и как возможно, что распространение это совершается с той огромной скоростью, которую требуют данные опыта и небесных наблюдений. Здесь нужно еще заметить, что хотя частицы эфира предполагаются в постоянном движении (в пользу чего имеется весьма много оснований), но движение это не препятствует последовательному распространению волн, потому что последнее заключается не в переносе частиц, а только в небольшом сотрясении, в передаче которого окружающим их частицам они не могут мешать друг другу, несмотря на движение, которое их возбуждает и заставляет перемещаться друг относительно друга.

Рис. 53

Следует подробнее рассмотреть происхождение этих волн и способ их распространения. Прежде всего из того, что было сказано о происхождении света, следует, что каждая маленькая часть какого-нибудь светящегося тела, как Солнце, свеча или раскаленный уголь, порождает свои собственные волны, центром которых она и является. Так, если в пламени свечи (рис. 53) отметить точки А, В и С, то концентрические круги, описанные около каждой из них, представят собой идущие от них волны. То же самое следует представить себе вокруг каждой точки как поверхности, так и внутренней части пламени.

Так как удары в центрах этих волн совершаются без определенной последовательности, то не нужно представлять себе, что сами волны следуют друг за другом на одинаковых расстояниях. Если на нашем рисунке эти расстояния показаны одинаковыми, то это скорее должно изображать передвижение одной и той же волны за одинаковые промежутки времени, чем несколько волн, исходящих из одного центра.

Впрочем, все это огромное количество волн, пересекающихся, не сливаясь и не уничтожая друг друга, отнюдь не является непостижимым, раз известно, что одна и та же частица материи может служить для распространения нескольких волн, приходящих с разных и даже противоположных сторон, причем не только в том случае, когда ее толкают удары, близко следующие друг за другом, но даже и тогда, когда удары действуют на нее одновременно; основанием этого служит постепенное распространение движения.

Это может быть доказано на ряде одинаковых шаров из твердого вещества, о которых говорилось выше; если одновременно ударить по ряду с двух противоположных концов равными шарами А и D (рис. 54), то каждый из них отскочит с той же скоростью, с какой он шел, а ряд весь останется на месте, хотя движение и прошло по всей длине его в том и другом направлениях. И если эти противоположно направленные движения встречаются в среднем шаре В или в каком-либо другом шаре С, то соответствующий шар должен сжаться и выпрямиться в две стороны и таким образом в одно и то же мгновение послужить для передачи этих двух движений.

Сначала может показаться очень странным и даже невероятным, что волнообразное движение, производимое столь малыми движениями и тельцами, может распространяться на такие огромные расстояния, как, например, расстояние от Солнца или от звезд до нас. Действительно, сила этих волн должна ослабевать по мере их удаления от своего источника, так что каждая из них в отдельности, несомненно, теряет способность воздействовать на наше зрение. Но это перестает быть удивительным, если принять во внимание, что бесконечное число волн, исходящих, правда, из различных точек светящегося тела, на большом расстоянии от него соединяются для нашего ощущения только в одну волну, которая, следовательно, и должна обладать достаточной силой, чтобы быть воспринятой. Таким образом, то бесконечное число волн, которые одновременно нарождаются во всех точках неподвижной звезды, быть может, такой же большой, как и Солнце, для ощущения представляется только одной волной, которая вполне может быть достаточно сильной, чтобы вызвать впечатление в наших глазах. Кроме того, из каждой светящейся точки вследствие частых столкновений частиц, которые в этих точках ударяют в эфир, приходят многие тысячи волн в самое короткое время, которое только можно себе вообразить, а это делает их действие еще более чувствительным.

Рис. 54

По поводу процесса образования этих волн следует еще отметить, что каждая частица вещества, в котором распространяется волна, должна сообщать свое движение не только ближайшей частице, лежащей на проведенной от светящейся точки прямой, но необходимо сообщает его также и всем другим частицам, которые касаются ее и препятствуют ее движению. Таким образом, вокруг каждой частицы должна образоваться волна, центром которой она является. <…>

Чтобы перейти к свойствам света, заметим прежде всего, что каждая часть волны должна распространяться так, чтобы ее края всегда заключались между одними и теми же прямыми, проведенными из светящейся точки. Так, часть волны BG (рис. 55), имеющая своим центром светящуюся точку А, растянется в дугу CE, ограниченную прямыми ABC и AGE.

Действительно, хотя отдельные волны, произведенные частицами, заключенными в пространстве САЕ, распространяются также и вне этого пространства, но все же в каждое данное мгновение все они вместе содействуют образованию волны, заканчивающей движение как раз на окружности CE, их общей касательной линии.

Отсюда ясна причина, почему свет, если только его лучи не отражены или не прерваны, распространяется исключительно по прямым, так что он освещает какой-либо предмет только тогда, когда от его источника до этого предмета открыт прямолинейный путь. Так, если, например, имеется отверстие BG, ограниченное непрозрачными телами ВН и GI, волна света из точки А всегда будет ограничиваться прямыми AC и АЕ: части отдельных волн, распространяющиеся за пределы пространства ACE, слишком слабы, чтобы производить там свет.

Рис. 55

Сколь бы малым ни было отверстие BG, проходить между прямыми заставляет свет одна и та же причина; именно отверстие это всегда достаточно велико, чтобы заключать большое количество непостижимо малых частиц эфирной материи; таким образом, представляется, что каждая малая часть волны обязательно продвигается по прямой, исходящей из светящейся точки. В этом смысле можно принимать лучи света за прямые линии. <…>

Другим и одним из чудеснейших свойств света является то, что, когда он приходит из разных и даже противоположных сторон, лучи его производят свое действие, проходя один сквозь другой без всякой помехи. Этим вызывается то, что несколько зрителей могут одновременно видеть через одно и то же отверстие различные предметы и что два человека одновременно видят глаза друг друга. Из того, что было сказано в объяснение действия света, а также того, что волны его не уничтожаются и не прерываются при встрече друг с другом, легко понять эти явления. Их вовсе нелегко понять, на мой взгляд, если придерживаться мнения Декарта, по которому свет должен состоять в непрерывном давлении, только заставляющем стремиться к движению. В самом деле, так как давление это не может действовать одновременно с двух противоположных сторон на тела, которые нисколько не стремятся приблизиться друг к другу, невозможно понять ни того, что я сейчас говорил о двух людях, каждый из которых видит глаза другого, ни того, каким образом могут освещать друг друга два факела.

Рис. 56

Глава вторая

Об отражении

Объяснив явления световых волн, распространяющихся в однородной среде, мы исследуем затем, что происходит с ними при встрече с другими телами. Сперва мы покажем, как этими же волнами объясняется отражение света и почему при нем сохраняется равенство углов.

Пусть АВ (рис. 56) будет плоская и полированная поверхность какого-нибудь металла, стекла или другого тела, которую я сначала приму за совершенно гладкую (о неровностях, от которых она не может быть свободна, я скажу позднее), и пусть прямая AC, наклонная к АВ, представляет собой часть световой волны, центр которой будет так далеко, что эта часть AC может быть принята за прямую линию. Я рассматриваю все это как бы в одной плоскости, представляя себе, что плоскость, в которой находится это изображение, пересекает сферу волны через ее центр, а плоскость АВ – под прямыми углами, о чем достаточно предупредить раз навсегда.

Точка С волны AC в некоторый промежуток времени продвинется до плоскости АВ к точке В по прямой СВ, которую должно представлять себе исходящей из светящегося центра и которая, следовательно, перпендикулярна к AC. Но за тот же промежуток времени точка той же волны А не могла – по крайней мере, отчасти – сообщить свое движение за пределы плоскости АВ и должна была продолжить свое движение в материи, находящейся над этой плоскостью, притом на протяжении, равном СВ; вместе с тем она должна была, согласно сказанному выше, образовать свою отдельную сферическую волну. Указанная волна изображена здесь окружностью SNR, центр которой в А, а полудиаметр AN равен СВ.

Если затем рассмотреть остальные точки H волны AC, то ясно, что они не только достигнут поверхности АВ по прямым НК, параллельным СВ, но еще породят в прозрачной среде из центров К отдельные сферические волны, представленные тут окружностями, полудиаметры которых равны линиям КМ, т. е. продолжениям линий НК до прямой BG, параллельной AC.

Но все эти окружности, как это легко видеть, имеют общей касательной прямую BN, т. е. ту же прямую, которая является касательной из точки В к первому из этих кругов, центром которого была точка А, а полудиаметром, равным прямой ВС, AN.

Итак, прямая BN (заключенная между точками В и N, на которую падает перпендикуляр из точки А) как бы образована всеми этими окружностями и заканчивает движение, возникшее при отражении волны AC; в этом месте поэтому движение имеется в гораздо большем количестве, чем где-либо. Поэтому, согласно объясненному выше, BN является распространением волны AC в тот момент, когда ее точка С достигла точки В. Действительно, нет другой прямой, которая, как BN, была бы общей касательной всех данных кругов, если не считать BG под плоскостью АВ; эта BG была бы продолжением волны, если бы движение могло распространяться в среде, однородной с той, которая находится над плоскостью. Если мы хотим видеть, как волна AC постепенно достигла BN, то достаточно провести в той же фигуре прямые КО, параллельные BN, и прямые KL, параллельные AC. Тогда мы увидим, что волна AC из прямой последовательно становится ломаной во всех положениях OKL и снова становится прямой в NB.

Рис. 57

Но отсюда видно, что угол отражения оказывается равным углу падения. <….>

Рассматривая предшествующее доказательство, можно было бы сказать, что хотя BN действительно является общей касательной всех круговых волн в плоскости этого рисунка, но что эти волны, будучи на самом деле сферическими, имеют, кроме того, еще бесконечное число подобных касательных, которыми будут все прямые, проведенные из точки В по поверхности конуса, образуемого прямою BN при вращении вокруг оси BA. Остается, следовательно, показать, что в этом обстоятельстве не имеется никакой трудности; заодно выяснится, почему падающий и отраженный лучи находятся всегда в одной и той же плоскости, перпендикулярной к отражающей плоскости. И вот я говорю, что волна AC, рассматриваемая только как линия, не производит света. Дело в том, что видимый световой луч, как бы он ни был узок, всегда имеет некоторую толщину; поэтому, чтобы представить волну, продвижение которой производит этот луч, нужно вместо линии AC взять плоскую фигуру, подобно кругу HC на данном рисунке (рис. 57), предполагая, как было сделано раньше, что светящаяся точка бесконечно удалена. Но из предшествующего доказательства легко видеть, что каждая маленькая точка этой волны HC, достигнув плоскости АВ, породит там свою отдельную волну, и все эти волны, когда точка С достигнет точки В, будут иметь общую касательную плоскость, а именно круг BN, равный СН; этот круг будет пересечен посредине под прямыми углами той же самой плоскостью, которая таким же образом пересекает круг СН и эллипс АВ. Также видно, что указанные сферы отдельных волн не могут иметь другой общей касательной плоскости, кроме круга BN; в этой плоскости отраженного движения будет гораздо больше, чем где-либо в другом месте, и поэтому она будет нести в себе свет, являющийся продолжением волны СН.

Я утверждал в предшествующем доказательстве, что движение точки А падающей волны не может, по крайней мере полностью, передаться за плоскость АВ. Здесь надо заметить, что хотя движение эфирной материи и передалось частью материи отражающего тела, но это ни в чем не может изменить скорость продвижения волны, от которой зависит угол отражения. В самом деле, в одном и том же веществе легкий удар должен вызвать столь же скорые волны, как и очень сильный удар. Это зависит от одного свойства обладающих упругостью тел, а именно: что и слабо и сильно сжатые тела восстанавливают свою форму в одинаковое время. Следовательно, при всяком отражении света от какого бы то ни было тела углы падения и отражения должны быть равными, хотя бы даже это тело и обладало свойством отнимать часть движения, производимого падающим светом. И опыт показывает, что, действительно, нет ни одного полированного тела, отражение от которого не следует этому правилу.

В нашем доказательстве надо в особенности подчеркнуть, что оно не требует, чтобы отражающая поверхность рассматривалась как совершенно ровная плоскость, как то предполагали все те, которые старались объяснить явления отражения; эта поверхность должна быть только настолько ровной, насколько это возможно при образовании ее частицами материи отражающего тела, помещенными одна около другой. Эти частицы больше частиц эфирной материи, как будет ясно из того, что мы скажем при рассмотрении прозрачности и непрозрачности тел. Действительно, так как поверхность, таким образом, будет состоять из расположенных рядом частиц, а эфирные частицы будут сверху и они будут меньше, то ясно, что нельзя доказать равенства углов падения и отражения сходством с тем, что происходит с мячом, брошенным в стену, – сходством, которым всегда пользовались.

Между тем по нашему способу дело объясняется просто. Так как малость частиц, например ртути, такова, что на самой маленькой данной видимой поверхности их нужно представить себе миллионы, то, если эти частицы расположены наподобие кучи песку, которую разровняли настолько, насколько это можно сделать, эта поверхность будет, по нашему мнению, такой же ровной, как полированное стекло; и хотя она всегда остается шероховатой относительно частиц эфира, но ясно, что центры всех отдельных сфер отражения, о которых мы говорили, находятся приблизительно в одной и той же ровной плоскости и что, таким образом, их общая касательная плоскость в достаточной степени соответствует тому, что требуется для получения света. А только это и требуется для доказательства по нашему способу равенства названных углов; остальное отражаемое отовсюду движение не может вызвать какого-либо противоположного действия.

Глава третья

О преломлении

Подобно тому, как явления отражения были объяснены волнами света, отраженного от поверхности гладких тел, подобно этому прозрачность и явления преломления мы объясним при помощи волн, распространяющихся внутри и через прозрачные тела, будь то твердые, как стекло, или жидкие, как вода, масла и т. п. Но чтобы гипотеза о прохождении волн внутри таких тел не казалась странной, я сначала покажу, что это прохождение можно представить себе даже несколькими способами.

Прежде всего, если бы эфирная материя вовсе и не проникала в прозрачные тела, сами частицы их могли бы последовательно сообщать друг другу движение волн, подобно частицам эфира, так как предполагается, что они, как и последние, обладают способностью быть упругими. Это легко представить себе для воды и других прозрачных жидкостей, так как они состоят из отдельных частиц. Но это может казаться более трудным для стекла и других прозрачных и твердых тел, так как их твердость, по-видимому, не позволяет им воспринимать движение иначе, как всей массой сразу. Однако это не обязательно так, ибо их твердость не такова, какой она нам кажется, и ибо вероятно, что тела эти состоят скорее из частиц, которые только расположены друг около друга и удерживаются вместе лишь некоторым давлением извне, со стороны другой материи, и неправильностью своих форм.

Несплошное расположение этих частиц видно, во-первых, из легкости, с какой проникает сквозь них вещество магнитных вихрей и вещество, которое обусловливает тяжесть. Кроме того, нельзя сказать, чтобы эти тела обладали строением, подобным строению губки или печеного кислого хлеба, так как жар огня заставляет их течь и меняет тем самым взаимное положение частиц. Следовательно, необходимо, чтобы тела эти, как сказано выше, были собраниями частиц, касающихся друг друга, но не составляющих сплошного твердого тела; а раз это так, то движение, получаемое этими частицами для продолжения волн света, вполне может производить свое действие без всякого ущерба для кажущейся нам твердости составного тела, только передаваясь от одних частиц к другим без того, чтобы они оставляли для этого свои места или изменяли свое взаимное положение.

Под давлением извне, о котором я говорил, не нужно понимать давление воздуха, которое не было бы достаточно, но другое давление, производимое более тонкой материей; это давление проявляется в опыте, с которым я случайно познакомился уже давно, а именно: вода, лишенная воздуха, остается в стеклянной трубке, открытой с нижнего конца, несмотря на то что из сосуда, в который заключена трубка, воздух удален.

Таким образом, можно представить себе прозрачность без того, чтобы проводящая свет эфирная материя проникала внутрь тела или встречала в нем для своего прохождения поры. Но на самом деле материя эта не только проникает туда, но делает это даже с большой легкостью, доказательством чего является опыт Торичелли. Когда ртуть и вода уходят из верхнего конца стеклянной трубки, он, по-видимому, сейчас же заполняется эфирной материей, так как свет там проходит. А вот еще другое доказательство, подтверждающее эту легкость проникновения не только в прозрачные тела, но и во все другие.

Когда свет проходит сквозь полую стеклянную сферу, закрытую со всех сторон, ясно, что она наполнена эфирной материей в такой же степени, как и пространство вне сферы. Эта эфирная материя, как выше было показано, состоит из частиц, которые близко касаются друг друга. Если бы она была так заключена в сфере, что не могла бы выйти через поры стекла, то при перемещении сферы она была бы принуждена следовать за ее движением; чтобы сообщить некоторую скорость этой сфере, когда она помещена на горизонтальной плоскости, необходима была бы, следовательно, почти такая же сила, как если бы сфера была полна воды или, быть может, ртути; ведь всякое тело оказывает сопротивление скорости движения, которое хотят сообщить ему, в зависимости от количества материи, которая в нем заключается и должна следовать этому движению. Мы же видим, напротив, что сфера оказывает сопротивление движению только в зависимости от количества материи стекла, из которого она сделана; следовательно, необходимо, чтобы находящаяся внутри эфирная материя не была заперта, но могла совершенно свободно проходить сквозь нее. Мы покажем, что по этому же способу можно заключить о такой же проницаемости тел непрозрачных.

Второй – и кажется более вероятный – способ объяснения прозрачности заключается в предположении, что волны света продолжаются в эфирной материи, которая непрерывно заполняет промежутки или поры прозрачных тел. Из того, что эфирная материя беспрерывно и легко проходит в них, следует, что они постоянно наполнены ею. Можно даже показать, что эти промежутки занимают гораздо больше пространства, чем сцепленные частицы, составляющие тела. Действительно, если верно наше предположение, что сила, необходимая для сообщения некоторой горизонтальной скорости телам, пропорциональна содержащейся в них сцепленной материи и если эта сила меняется в том же отношении, как и их веса, что подтверждается опытом, то, следовательно, количество составляющей тела материи также меняется в отношении их весов. Но мы видим, что вода весит только четырнадцатую часть одинакового объема ртути, значит, материя воды не занимает четырнадцатой части пространства, занятого ее массой. Она даже должна занимать гораздо меньшее пространство, так как ртуть легче золота, а материя золота сама очень малой плотности, что следует из того, что материя магнитных вихрей и та, которая обусловливает тяжесть, легко проникает сквозь нее.

На это можно возразить, что если тело воды так сильно разрежено и если ее частицы занимают такую незначительную часть пространства сравнительно с ее кажущейся протяженностью, то весьма странно, каким образом она все-таки оказывает столь сильное сопротивление сдавливанию, не позволяя себя сжать никакой до сих пор применявшейся силе и сохраняя даже во время этого сдавливания всю свою текучесть. В этом заключается немалое затруднение. Его можно, однако, разрешить, предполагая, что очень сильное и быстрое движение тонкой материи, делающее воду жидкой, сотрясая составляющие ее частицы, поддерживает это состояние текучести, несмотря на давление, которому до сих пор приходилось подвергать ее.

Благодаря тому, что несплошное расположение частиц прозрачных тел имеет указанный нами характер, легко видеть, что волны могут продолжаться в эфирной материи, наполняющей промежутки между частицами. Кроме того, можно думать, что продвижение этих волн должно происходить внутри тел более медленно вследствие тех маленьких изворотов пути, которые обусловливают сами частицы. Я покажу, что в этом различии скорости света заключается причина преломления.

Но прежде я укажу третий и последний способ, как можно понимать прозрачность; в нем предполагается, что движение волн света передается безразлично и в частицах эфирной материи, занимающих промежутки тел, и в частицах, составляющих тела, так что это движение передается от одних к другим. <…>

Могут возразить, что так как частицы эфира меньше частиц прозрачных тел (ибо они проходят через их промежутки), то первые могут сообщить последним лишь небольшую часть своего движения. На это мы ответим, что частицы тел состоят еще из других меньших частиц и что, таким образом, именно эти вторые частицы получат движение частиц эфира.

Кроме того, если частицы прозрачных тел имеют упругость меньшую, чем частицы эфирной материи, – а это ничто не мешает предположить, – то отсюда сейчас же следует, что продвижение световых волн внутри этого тела будет медленнее, чем вне его в эфирной материи.

Таково наиболее правдоподобное найденное мной объяснение способа, каким световые лучи проходят через прозрачные тела. При этом надо еще указать, чем отличаются эти тела от тел непрозрачных, тем более что вследствие указанной легкости, с которой эфирная материя проникает в тела, может казаться, что не существует непрозрачных тел. Те же доводы, которые я приводил относительно полой сферы, чтобы показать малую плотность стекла и его легкую проницаемость для эфирной материи, могут доказать, что та же легкая проницаемость свойственна металлам и всяким иным телам. Например, если эта сфера серебряная, ясно, что она содержит эфирную материю, которая проводит свет, так как эта материя находилась в ней так же, как и воздух, когда закупоривали отверстие сферы. Однако, будучи закрытой и помещенной на горизонтальной плоскости, сфера эта сопротивляется сообщаемому ей движению только сообразно количеству серебра, из которого она сделана, так что из этого должно, как и выше, заключить, что содержащаяся в ней эфирная материя не следует движению сферы и что, следовательно, серебро так же, как и стекло, очень легко проницаемо для этой материи. Таким образом она постоянно и в большом количестве находится между частицами серебра и всех других непрозрачных тел; и вследствие того, что она содействует распространению света, казалось бы, что эти тела должны так же, как и стекло, быть прозрачными, чего, однако, нет на самом деле. <…>

Рис. 58

Перейдем теперь к объяснению явлений преломления, предполагая, как мы это сделали выше, что световые волны проходят сквозь прозрачные тела и испытывают в них уменьшение скорости.

Главное свойство преломления заключается в том, что луч света, как АВ (рис. 58), находясь в воздухе и падая наклонно к полированной поверхности прозрачного тела FG, преломляется в точке падения В таким образом, что он образует с прямой DBE, пересекающей перпендикулярно поверхность, угол СВЕ, меньший угла ABD, который он составлял с тем же перпендикуляром, находясь в воздухе.

Мера этих углов будет найдена, если описать из точки В окружность, пересекающую лучи АВ и ВС. Действительно, перпендикуляры AD и CE, опущенные из точек пересечения на прямую DE и называемые синусами углов ABD и СВЕ, находятся в некотором отношении друг к другу, которое для определенного прозрачного тела при всяком наклоне падающего луча всегда остается одинаковым; для стекла это отношение очень близко к 3: 2, для воды оно очень близко к 4: 3, и таким образом, оно меняется для различных прозрачных тел.

Другое свойство, подобное вышеуказанному, заключается в том, что преломления взаимны между лучами, входящими в прозрачное тело и выходящими из него, т. е. если луч АВ, входя в прозрачное тело, преломляется в ВС, то СВ, будучи принято за луч внутри этого тела, преломится, выходя, в BA. <…>

Я закончу эту теорию преломления доказательством одного замечательного, связанного с ней положения. Именно: если две точки находятся в различных прозрачных средах, то луч света, чтобы пройти от одной точки к другой, преломляется у плоской поверхности, по которой соприкасаются обе среды, таким образом, что употребляет возможно меньшее количество времени, совершенно так же, как это происходит при отражении от плоской поверхности. Ферма первый выдвинул это свойство преломлений, полагая вместе с нами, и в противоположность мнению Декарта, что свет проходит сквозь стекло и воду медленнее, чем сквозь воздух. <…> Он предполагал помимо различия скоростей, что свет употребляет при этом прохождении возможно меньшее количество времени, чтобы затем вывести из этого постоянство отношений синусов. <…>

Глава четвертая

О преломлении в воздухе

Мы показали, каким образом движение, которое производит свет, распространяется сферическими волнами в однородной материи. Когда же материя не однородна, но такого строения, что движение в ней передается быстрее в одну сторону, чем в другую, то ясно, что эти волны не могут быть сферическими, но должны изменять свою форму в соответствии с различными пространствами, которые проходит в одинаковые промежутки времени последовательно распространяющееся движение.

Этим мы прежде всего объясним преломления, происходящие в воздухе, который простирается отсюда до облаков и за пределы их; действия этих преломлений весьма замечательны, так как благодаря им мы часто видим предметы, которые иначе были бы скрыты от нас из-за шарообразной формы Земли, как, например, острова и вершины гор, когда мы находимся на море. Благодаря тем же преломлениям восход Солнца и Луны нам представляется раньше, а заход позже, чем это происходит на самом деле, так что часто наблюдали затмение Луны в то время, как Солнце было еще над горизонтом. Точно так же, как известно астрономам, благодаря тем же преломлениям высоты Солнца, Луны и всех звезд всегда кажутся несколько больше, чем они суть в действительности. Существует, между прочим, опыт, в котором это преломление очень хорошо видимо. Он заключается в следующем: в каком-нибудь месте устанавливают подзорную трубу и направляют ее на какой-нибудь предмет, находящийся за полмили или дальше, например на колокольню или дом; если в нее смотреть в различные часы дня, не изменяя ее положения, то посредине отверстия трубы будут видны не одни и те же части предмета. Утром и вечером, когда около Земли больше паров, обыкновенно будет казаться, что эти предметы поднимаются выше, так что половина их или больше перестанет быть видной, тогда как к полудню, когда эти пары рассеются, они опускаются ниже.

Тем, кто рассматривает преломления только на поверхностях, отделяющих друг от друга различного рода прозрачные тела, было бы трудно объяснить все то, что я только что сообщил, но с помощью нашей теории это сделать очень просто. Известно, что окружающий нас воздух, помимо составляющих его и плавающих, как это было объяснено, в эфирной материи частиц, наполнен еще частицами воды, которые поднимаются под действием теплоты; кроме того, на основании весьма достоверных опытов было признано, что плотность воздуха уменьшается по мере того, как поднимаются выше. Будут ли частицы воды и воздуха вместе с частицами эфирной материи содействовать движению, которое производит свет (но действуя менее упруго, чем последние), будут ли столкновения и препятствие, которое эти частицы воды и воздуха оказывают распространению движения частиц эфира, задерживать это движение, – из того и из другого следует, что частицы воды и воздуха, летая между эфирными частицами, должны постепенно делать воздух при переходе от больших высот его к Земле все менее способным к распространению световых волн.

Рис. 59

Поэтому изображение волн приблизительно должно быть таким, каким представляет его рисунок (рис. 59).

Если А есть источник света или видимый шпиль колокольни, то происходящие от него волны должны распространяться, сильнее расширяясь кверху и менее сильно книзу, а по другим направлениям – более или менее расширяясь, сообразно со степенью приближения к этим двум предельным случаям. Раз это так, то отсюда необходимо следует, что всякая прямая, пересекающая одну из этих волн под прямыми углами, проходит над точкой А, за исключением одной только линии, перпендикулярной к горизонту.

Пусть ВС будет волна, которая несет свет к наблюдателю, находящемуся в точке В, a BD – прямая, пересекающая перпендикулярно эту волну. Так как луч, или прямая, по которой мы судим о местонахождении видимого нами предмета, есть не что иное, как перпендикуляр к волне, достигающей нашего глаза, как это следует из сказанного выше, то ясно, что точка А покажется как бы находящейся на прямой BD и, следовательно, выше, чем она находится на самом деле. <…>

Продвижение или распространение частиц световой волны и есть именно то, что называется лучом. Но эти лучи, прямые в однородной прозрачной среде, должны быть кривыми в воздухе неодинаковой проницаемости. <…> Они необходимо следуют по линии, которая пересекает все движущиеся волны между предметом и глазом под прямыми углами так же, как это происходит на рисунке с линией АЕВ (рис. 59), и именно эта линия определяет, какие междулежащие тела будут или не будут мешать видеть лам этот предмет. Так, хотя шпиль колокольни А и кажется нам поднятым до точки D все же он не будет виден глазом В, если между ними будет башня Н, так как последняя пересекает кривую АЕВ, но башня Е, которая находится ниже этой кривой, не помешает видеть шпиль А. Таким образом чем более плотность воздуха близ Земли превышает плотность выше находящегося воздуха, тем более увеличивается кривизна луча АЕВ; так что иногда он проходит выше вершины Е, что позволяет глазу в В видеть шпиль А, а иногда он оказывается ниже той же башни Е, что скрывает А от того же глаза. <…> Луч распространяется по кривой линии, пересекающей все волны под прямыми углами.

Книга первая