Сергей Иванович Вавилов ИСААК  НЬЮТОН Воспроизведено по 2-му просмотренному и дополненному изданию (М.-Л.: Изд. АН СССР, 1945 г.)

Глава седьмая

“Оптика” Ньютона

Вторая часть “гипотетического” мемуара Ньютона, о котором шла речь в предыдущей главе, содержала изложение его опытов над цветами тонких пластинок. Мы говорили уже, что чтение мемуара продолжалось в течение четырех заседаний Королевского Общества. Еще до перехода к чтению экспериментальной части Гук выступил с возражениями по вопросу о приоритете. По мнению Гука, основное в гипотезе Ньютона якобы уже содержится в его “Микрографии”. Осведомившись об этом, Ньютон в двух письмах к Ольденбургу без труда устранил притязания Гука по отношению к его гипотезе, но признал, что в отношении эксперимента опыты Гука имели для него значение. Гук в конце 1675 г. обратился с примирительным письмом к Ньютону, указывая, что, повидимому, последний неправильно осведомлен о его выступлениях в Обществе. Гук вполне признает заслуги Ньютона и просит поддерживать с ним переписку по научным предметам. В своем ответе Ньютон принял предложение Гука о переписке, подчеркнув, однако, что он устал от постоянных пререканий и споров, мешающих работе. Вместе с тем Ньютон отдал должное заслугам Гука, особенно при исследовании цветов тонких пластинок. Эти корректные письма не привели, впрочем, к настоящему примирению этих двух столь разнохарактерных людей. Переписка продолжения не имела.

Мемуар Ньютона не был напечатан в Трудах Общества (Philosophical Transactions), и вообще, за исключением  небольших заметок, Ньютон в этом журнале ничего более не печатал.

Несмотря на предложение Коллинса издать “Лекции по оптике”, Ньютон в письме от 25 мая 1672 г. к Коллинсу решительно отказался от этого, указывая, что он занят другим и хочет сохранить спокойную свободу, которая иначе может исчезнуть, как он убедился даже из небольшого знакомства с печатью.

Только в 1704 г., т.е. спустя почти 30 лет, Ньютон собрал все свои изыскания в области света в “Оптике”. Эта книга, повидимому, давно была готова у Ньютона: некоторые ее места были написаны еще в восьмидесятых годах. Составлялась она частью из “Лекций”, частью из только что рассмотренного мемуара; в нее включены опыты с цветами тонких пластинок, и, наконец, она содержала многое существенно новое, о чем будет речь дальше. “Оптика” вышла в 1704 г., через год после смерти Гука, и можно думать, что Ньютон не опубликовывал книги, не желая еще раз входить в неизбежные препирательства с Гуком. Имя Гука упоминается в “Оптике” только вскользь, без каких-либо похвал или порицаний; руководствуясь древним правилом: de mortuis aut bene aut nihil (о мертвых или хорошее, или ничего), Ньютон, очевидно, только сдерживал свою неприязнь к покойному ученому.

“Оптика” подводила итог обширной группе работ Ньютона, относившихся к семидесятым и восьмидесятым годам XVII в., и ее появление именно в 1704 г. совершенно случайно. В это время Ньютон перестал заниматься оптикой.

Полное заглавие книги: “Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света”. Книга написана по-английски и имела при жизни Ньютона три английских издания - в 1704, 1717 и 1721 гг. В 1706 г. Клэрк издал латинский перевод “Оптики”, сделанный под непосредственным наблюдением Ньютона. Этот перевод пользовался наибольшей известностью в Европе, так как за пределами Англии в XVIII в. часто знали латинский язык и редко английский. В 1720 г. появился французский перевод Коста. Позднее “Оптика” была переведена на французский язык еще раз знаменитым революционером Маратом. Обилие изданий при жизни автора показывает, какую широкую славу приобрело ньютоновское учение о цветах к началу XVIII в.

В предисловии к первому изданию “Оптики” Ньютон пишет, что он намеренно задерживал печатание книги, чтобы не вступать в споры, и не опубликовал бы ее и дольше, если бы не настояние друзей. В 1937 г. опубликованы выдержки из записок математика Дэвида Грегори, племянника одного из изобретателей телескопа-рефлектора. По этим запискам можно установить, кто были те друзья, которые побудили Ньютона, наконец, издать “Оптику”. Это - сам Грегори, Галлей, Фацио, Робертс и Шейн. Ниже мы увидим, что и “Начала” появились в свет также только благодаря постороннему вмешательству. “Оптика” разделена Ньютоном на три книги. Пользуясь современной физической терминологией, содержание этих трех книг можно передать так.

Книга первая: начала геометрической оптики, учение о дисперсии света и составе белого цвета с различными приложениями. Содержание этой части нами уже изложено в предыдущих главах.

Книга вторая: интерференция света в тонких пластинках.

Книга третья: диффракция света, поляризация света и часть гипотетическая, содержащая в себе знаменитые “вопросы”, связанные с самыми разнообразными предметами, в некоторых случаях не имеющими отношения к оптике.

Поводом исследования цветов тонких пластинок явилось следующее обстоятельство. Складывая однажды случайно две призмы полного внутреннего отражения, гипотенузные плоскости которых были несколько искривлены, Ньютон заметил, что в месте касания двух призм появилось пятно, которое оставалось прозрачным даже при установке призм на полное отражение, в отраженном же свете всегда казалось темным. Для упрощения опыта Ньютон решил повторить его, наложив плоской стороной на двояковыпуклую линзу другую линзу, плосковыпуклую. Таким образом между двумя линзами образовался воздушный слой переменной толщины. При освещении системы линз появлялись правильные концентрические цветные кольца, окружавшие место соприкосновения стекол. Таким образом Ньютон нашел новый метод изучения цветов, возникающих при отражении света от двух граней тонких слоев.

Исследования Гука установили качественную зависимость наблюдаемых цветов от толщины пластинки. В руках Ньютона, однако, был метод, позволявший установить количественную сторону явления. Зная кривизну линз, Ньютон мог геометрически вычислить толщину воздушного слоя в различных местах между двумя линзами и таким образом связать каждый наблюдаемый цвет с определенной толщиной воздушного слоя. Освещая систему линз однородным красным или синим цветом, Ньютон увидел, что концентрические кольца делались одноцветными, причем они становились резче и число их заметно увеличивалось. Таким образом, многоцветная картина при освещении белым светом оказалась снова объясняющейся сложностью белого света. В этом случае цветные кольца, образующиеся для каждого отдельного цвета, входящего в состав белого, накладываются друг на друга.

Нам приходилось уже неоднократно указывать на изумительную точность и постоянный количественный учет в опытах Ньютона. Изучение интерференционных колец является в этом отношении шедевром. Чтение второй книги “Оптики” поэтому до сих пор - лучшее введение в искусство эксперимента. Речь идет об установлении эмпирических закономерностей в совершенно новой, достаточно таинственной в то время области; не было и признака теории, которая могла бы подсказывать цифры. Цифры Ньютона должны были выдержать испытание теории только 150 лет позднее, и выдержали они его блестяще. Ньютон устанавливает прежде всего, что радиусы темных колец в отраженном свете возрастают от центра к периферии, как корни квадратные из четных целых чисел: (0)^1/2 - (2)^1/2 - (4)^1/2  - (6)^1/2,…, радиусы же светлых колец растут, как корни квадратные из нечетных целых чисел: (1)^1/2 - (3)^1/2 - (5)^1/2  - (7)^1/2...  Отсюда вытекает, что соответствующие воздушные промежутки между двумя линзами для темных кругов должны быть пропорциональны ряду четных чисел 0, 2, 4, 6,..., для световых кругов - ряду нечетных чисел  1, 3, 5, 7... Ньютон заполнил пространство между линзами водой, вместо воздуха, и заметил, что кольца сжимаются; произведя количественные измерения, он нашел, что отношение радиусов кругов в воздухе и воде равняется показателю преломления при переходе из воды в воздух. Ньютон измеряет толщину слоя, отвечающего светлому кольцу для различных цветов. В таблице приведены некоторые цифры Ньютона:

В последнем столбце приведены те длины волн в миллимикронах, которые можно вычислить по данным Ньютона на основании интерференционной теории колец, пользуясь соотношением (см. ниже)

2d = l/2, 3l/2. 5l/2, ...

где d - толщина слоя, соответствующая различным кольцам, l - длина волны. При определении цветности Ньютон мог пользоваться, к сожалению, только качественной характеристикой: “красный”, “синий” и т.д., поэтому опытные измерения Ньютона можно проверить только приближенно. Мы можем лишь подтвердить, что, например, 375 mm действительно соответствуют крайнему фиолетовому цвету, 620 mm-красному и т.д.

В четвертой части третьей книги Ньютон описывает новое интерференционное явление, наблюдавшееся им на этот раз в толстых пластинках:

“Солнце светило в мою затемненную комнату через отверстие в 1/3 дюйма. Я заставлял падать световой луч отвесно на стеклянное зеркало, вогнутое с одной стороны и выпуклое с другой, отшлифованное соответственно шару радиусом 5 футов 11 дюймов и амальгамированное с выпуклой стороны. Я помещал в центре шара непрозрачную бумагу таким образом, что луч проходил к зеркалу через небольшое отверстие в середине бумаги и отражался от зеркала к тому же месту; при этом я наблюдал на бумаге 4 иди 5 радужных колец, окружавших отверстие... По мере уширения Этих колец они становились более расплывчатыми и слабыми, так что пятое кольцо было едва видно...”.

Ньютон открыл таким образом наличие несомненной периодичности в свойствах света. Такая периодичность качественно указывалась Гуком, но в опытах Ньютона она получила характер достоверности. В основном тексте книги, где, по мнению Ньютона, были неуместны гипотезы, нужно было ввести чисто формальное толкование наблюденной периодичности. Такое формальное, не гипотетическое толкование Ньютон дает в следующем виде:

“Всякий луч света при прохождений через какую-либо преломляющую поверхность принимает определенное временное строение или состояние, снова возвращающееся через равные промежутки по мере прохождения луча; всякий раз, как это состояние возвращается, оно располагает луч к прохождению через преломляющую поверхность; в промежутке между возвращениями такого состояния луч отражается... Я не стану здесь рассматривать, в чем заключается предрасположение такого рода, состоит ли оно из вращательного или колебательного движения луча или среды, или из чего-либо другого”.

Для тех, кому нужны гипотезы, Ньютон повторяет толкование явления цветов тонких пластинок, изложенное им в мемуаре 1675 г. и указанное в предыдущей главе. Изложив это воззрение; Ньютон, однако, замечает:

“Я не предполагаю разбирать здесь, правильна или ложна такая гипотеза. Для меня достаточен чистый факт, что лучи света располагаются к преломлению или отражению какой-то причиной или чем-либо другим.

...Возвращения предрасположения к отражению в луче я называю припадками (fits) легчайшего отражения, предрасположения же к прохождению - припадками легчайшего прохождения; пространство, проходимое между каждыми двумя возвращениями, я называю «интервалом припадков»”.

Периодические “припадки” светового луча не являются у Ньютона новой причудливой гипотезой. Эта причудливость появилась только у приверженцев и учеников Ньютона, которые безоговорочно перенесли формальное понятие припадков на световые частицы. Представление припадка на самом деле вполне приложимо и к волновой теории: интервалу припадков соответствует длина волны. Легко заметить при чтении “Оптики”, что Ньютон вполне представлял себе возможность волнового толкования явления, однако остался при своем “hypotheses nоn fingo” и удовлетворился формальным толкованием. В волновой теории Френеля и Юнга припадки светового луча в значительной мере потеряли свою причудливость, но в наши дни, в связи с теорией квантов и воскресшим представлением об “атомах света”, явления интерференции, как и другие факты, прекрасно объясняемые волновой теорией, снова начинают становиться трудно понимаемыми. Современный физик зачастую становится снова на формальную почву, отвлекаясь от “гипотезы” и устанавливая внешнее “соответствие” между фактами периодичности световых явлений и положениями теории квантов. Во всяком случае сейчас ньютоновская интерпретация перестает быть столь чуждой физику, как в прошлом веке.

Третья часть второй книги “Оптики” посвящена вопросу о постоянной окраске естественных тел и аналогии между ними и цветами тонких пластинок. Всякое однородное тело, по мнению Ньютона, по своей природе прозрачно. Непрозрачность проистекает только потому, что внутри тела имеются пустые промежутки, - тело пористо. Свет многократно отражается от поверхностей прозрачных частиц и “постоянно погашается”. Непрозрачное тело состоит по крайней мере на поверхности из прозрачных тонких пластинок. Для различных тел пластинки будут различной толщины и соответственно этому будут пропускать те или иные цвета. Цвета естественных тел, с этой точки зрения, равносильны цветам тонких пластинок. Ньютон пытается оценить размеры частиц вещества на основании теории цветов тонких пластинок и мечтает даже о возможности увидать частицы под микроскопом.

Здесь Ньютон, конечно, зашел в чисто гипотетическую область. Притом гипотеза Ньютона явно ошибочна. Ослабление света при прохождении через вещество связано не только с рассеянием, т.е. изменением направления падающих лучей; существует истинное поглощение, превращение света, как говорим мы теперь, в иные формы энергии, в тепло, в энергию химическую и пр. Это истинное поглощение и определяет окраску большинства тел. Рассеяние света играет также некоторую роль в окраске окружающих предметов. Например, голубой цвет неба вполне зависит от рассеяния солнечного света в атмосфере, окраска моря определяется обоими факторами вместе. Однако это рассеяние совершенно иного характера, чем у Ньютона.

Предложение Х того же раздела “Оптики” содержит закон рефракции, связывающий показатель преломления и плотность тела. Если обозначить показатель преломления через n и плотность через r, то формула (“как легко поймут математики”, пишет Ньютон) имеет такой вид:

(n²-1) / r = k

где k - величина постоянная. Ньютон получает этот закон, разлагая движение светового луча на слагающую, параллельную поверхности тела и не испытывающую изменений, и на другую слагающую, перпендикулярную поверхности. Она соответствует, по Ньютону, ускоренному движению вследствие сил притяжения, исходящих от прозрачного тела. В подтверждение своего вывода Ньютон приводит большую таблицу для тел различного химического состава, в которую входят такие разнообразные соединения, как воздух, вода, селитра, стекло, различные масла, алмаз и т.д. Преломление воздуха Ньютон находит по астрономической рефракции.

Из таблицы Ньютона видно, что постоянная рефракции к сравнительно мало меняется для неорганических веществ, но довольно резко повышается при переходе к органическим маслянистым веществам. Примерно такую же высокую постоянную рефракции имеет и алмаз. Ньютон оптическим путем открывает углеродистую природу алмаза: “Алмаз, - пишет он, - вероятно, также есть маслянистое сгустившееся вещество”. Обычно формулу рефракции Ньютона называют формулой Лапласа, который перевел на язык математических символов то, что достаточно ясно сказано без формул в “Оптике”. В современной теоретической оптике формула Ньютона заменена несколько более сложной формулой

(n²-1) / (n²+2) = kr

Измерение рефракции до сих пор служит важным аналитическим приемом, особенно в органической химии.

Едва ли приходится сомневаться, что непосредственным поводом опытов Ньютону в области диффракции послужили опыты Гука. Вся “Оптика”, однако, почти обходит молчанием работы Гука, и в отношении диффракции Ньютон ссылается непосредственно на Гримальди. Наблюдения Ньютона служат в значительной мере повторением опытов Гримальди; шаг вперед - количественное изучение явления и применение идеи сложности белого цвета для объяснения цветности диффракционных полос.

Ньютон пропускал в темную комнату солнечный луч через отверстие диаметром в 1/42 дюйма (0,6 мм). На расстоянии 12 футов помещался человеческий волос толщиною 1/280 дюйма (0,09 мм). Тень волоса принималась на расстоянии 4 дюймов от волоса. Тень оказалась значительно шире, чем следовало бы из прямолинейности распространения света; кроме того, по обеим сторонам тени обнаружились три цветных полосы с синей каймой внутрь и красной наружу.

Для объяснения этих цветных полос Ньютон произвел опыт в однородном цвете, причем полосы по краям тени оказались одноцветными, светлыми и темными; расстояние между полосами менялось при изменении цвета, Ньютон доказал далее, что диффракция происходит одинаково, находится ли волос в воздухе, или между стеклами. Вещество диффрагирующего тела не влияет на характер явления. Ньютон повторил и опыт Гука, заставляя широкий пучок света проходить мимо острого края ножа, и в этом случае обнаружились диффракционные полосы.

“Производя эти наблюдения, - заключает Ньютон описание своих опытов, - я намеревался повторить их с большей точностью и тщательностью и поставить новые опыты... Однако в те времена я был прерван в моей работе, а теперь не имею возможности приняться вновь за исследования. Оставляя эту часть моей работы незаконченной, я хочу в заключение предложить только некоторые вопросы для того, чтобы другие могли последовать данный предмет дальше”.

Диффракционные явления, нарушение прямолинейности распространения света - самый сильный аргумент в пользу волновой теории света. Правда, во времена Ньютона защитники волновой теории - Гюйгенс и Гук - этого совершенно не понимали. Гюйгенс пытался даже доказать, что по теории волн диффракции не существует. С другой стороны, для теории истечения явления огибания были не малым затруднением. Для объяснения огибания Ньютон мог выставить только следующее предположение:

“Не действуют ли тела на свет уже на некотором расстоянии, загибая световые лучи? И не будет ли это действие при прочих равных обстоятельствах тем сильнее, чем меньше расстояние?”

Это первый из тех “вопросов”, которыми оканчивается “Оптика”. Предположение об отклонении световых лучей при прохождении около тел высказывалось Ньютоном неоднократно; оно приведено в “Началах”, высказывалось устно на заседаниях Королевского Общества, в письме к Бойлю и т. д. Утверждение Ньютона о действии тел на световые лучи на расстоянии получило неожиданное подтверждение в наше время в связи с проверкой следствий теории относительности. Фотографируя положения звезд, расположенных на небесной сфере около Солнца во время полного затмения, астрономы, начиная с 1919 г. и по сие время, неизменно обнаруживают несомненное небольшое отклонение звездных лучей при прохождении около Солнца (видимое положение звезд при этом немного смещается). Это отклонение оказалось по своей величине в согласии с теорией Эйнштейна.

Говоря о подтверждении взглядов Ньютона, в этом случае надо понимать, конечно, только качественное и в сущности случайное совпадение. Для объяснения диффракции потребовались бы отклонения световых лучей неизмеримо большей величины, чем те, которые наблюдаются во время затмений и, кроме того, в противоположном направлении. Из собственных опытов Ньютона явствует, что диффракционная картина совершенно не зависит от массы диффрагирующего тела, между тем как наблюдающееся отклонение звездных лучей определяется массой Солнца. Ньютон, пытаясь объяснить диффракцию притяжением луча телом, предполагал, очевидно, силу, аналогичную тяготению, но почему-то не сделал вывода о необходимости существования в этом случае зависимости от массы диффрагирующего тела.

“Вопросы”, числом 31, приложенные к “Оптике”, - собрание различных незаконченных соображений и гипотез, относящихся к оптике, тяготению, химическим явлениям и пр. Перед нами сырой, необработанный материал, в котором не трудно отыскать много явных противоречий и блестящих мыслей на ряду с очевидными заблуждениями. Во время издания “Оптики” Ньютон находился в зените своей славы и мог позволить себе вольность издания незаконченных работ и мыслей.

Боязнь полемики к этому времени исчезла, да, кроме того, авторитет Ньютона стал настолько большим, что появление возражений становилось мало вероятным. Чтение “вопросов” до сих пор сохраняет привлекательность свежести и непосредственности. Мы ограничимся передачей только очень немногих из них.

Ньютон во многом повторяет гипотезу, изложенную в мемуаре 1675 г. Вновь излагается гипотеза эфира - среды, заполняющей мировые пространства. Эта гипотеза, как уже говорилось, для Ньютона эпохи 1675 г. объясняла преломление, диффракцию (преломление в самом эфире) и световые “припадки”, если предположить, что световые лучи возбуждают колебания в эфире, находящемся в веществе. Снова ставится вопрос, не будет ли плотность эфира в веществе меньше, чем в свободных пространствах, что дает ключ к пониманию тяготения. Сравнивая скорость звука в воздухе и света в пустоте, Ньютон, пользуясь законом распространения волн в упругой среде, заключает, что отношение упругости эфира к плотности должно быть по крайней мере в 490 000 000 000 раз больше, чем для воздуха. Не могут ли, спрашивает Ньютон, планеты и кометы двигаться в эфирной среде, состоящей из отдельных упругих частиц, значительно легче, чем в жидкости, равномерно, без промежутков, как у Декарта, заполняющей пространство? Предположим, что эфир в 700 000 раз более упруг и в 700 000 раз менее плотен, чем воздух; в таком случае его сопротивление движению тел было бы в 600 000 000 раз меньше, чем в воде; такое сопротивление вызвало бы заметное искажение движения планет только в десятки тысяч лет.

В вопросе 25-м содержатся замечания Ньютона по поводу явления двойного преломления света в кристаллах исландского шпата. С первых же слов Ньютон предполагает существование нового, первоначального свойства световых лучей. Явление двойного преломления в исландском пшате было открыто Эразмом Бартолином и тщательно изучено Гюйгенсом. Луч, попадая в кристалл, расщепляется на два, обыкновенный и необыкновенный. Последний не подчиняется обычным законам преломления, показатель преломления у него различен по различным направлениям кристалла. Гюйгенс дал замечательное формальное построение, основанное на волновой теории света, для определения направления необыкновенного луча. В этом случае волновая теория являлась не только теорией, объясняющей поведение необыкновенного луча, но я теорией почти неизбежной. Ньютон в 25-м вопросе дает явно ошибочное правило определения направления необыкновенного луча, забывая или сознательно не обращая внимания на безукоризненное построение Гюйгенса.

Мы встречаемся с трудно постижимым капризом гениального оптика. Объяснять его можно либо мало характерной для Ньютона небрежностью, либо желанием обойти волновую теорию во что бы то ни стало. Сам Гюйгенс в одном письме к Лейбницу называет свои опыты с двойным преломлением “experimentum crucis” (“решающий опыт”) волновой теории. Гюйгенс не мог, однако, объяснить с точки зрения своей теории того факта, что если каждый из лучей, обыкновенный или необыкновенный, падает на вторую кристаллическую пластинку, то он либо снова испытывает двойное преломление, либо проходит в виде одного луча, в зависимости от поворота пластинки. Ньютон в двух строках дает формальное решение задачи: “Не обладают ли световые лучи различными сторонами с различными первоначальными свойствами?” Вводится таким образом понятие о поляризации светового луча.

“Во всяком световом луче нужно различать четыре стороны или четыре четверти, две из которых, лежащие одна против другой, вызывают необыкновенное преломление; если одна из них обращена в сторону необыкновенного преломления, то две другие позволяют только обыкновенное преломление... Один и тот же луч в зависимости от своего положения к поверхностям кристалла будет преломляться то необыкновенно, то обыкновенно”.

Ньютон не извлек дальнейших выводов из своей удачной гипотезы; едва ли также он серьезно занимался экспериментальным изучением двойного преломления во всяком случае ему принадлежит честь введения понятия поляризации светового луча в оптику.

В следующих вопросах Ньютон собрал аргументы против волновой теории света и теории Декарта. Главный аргумент попрежнему - прямолинейность распространения света. Применение волновой теории для объяснения двойного преломления кажется Ньютону неудовлетворительным- приходится предполагать в кристалле две различных колеблющихся среды. Далее, к удивлению читателя, выдвигаются резкие доводы против существования эфира в свободных пространствах. Правильные движения планет и комет, которые ранее рассматривались как. совместимые с наличием разреженного эфира, теперь приводятся Ньютоном как факт, противоречащий концепции эфира. Делается ссылка даже на авторитет философов древности - факт, редкий в писаниях Ньютона. Перед нами как бы геологические наслоения мысли, существующие, несмотря на явную противоречивость. Далее набрасывается эскиз эмиссионной теории света, изложенной, впрочем, снова только в форме вопроса:

“Не являются ли световые лучи очень небольшими телами, посылаемыми светящимся веществом?... Прозрачные вещества действуют на некотором расстоянии на световые лучи, преломляя их, отражая и заставляя загибаться; лучи же в свою очередь действуют на вещество, приводя на расстоянии его части в колебательные движения и нагревая его. Эти действия и противодействия в высшей степени похожи на проявления силы притяжения между телами”.

Снова для объяснения цветов тонких пластинок выдвигается гипотеза о колебаниях, возбуждаемых световыми частицами в веществе. Явления двойного преломления приводят к предположению о том, что у световых частиц имеется нечто вроде магнитных полюсов (поляризация), притягиваемых или отталкиваемых частицами кристалла.

Наконец, Ньютон ставит вопрос о том, не превращается ли свет в вещество и вещество в свет. Такой вопрос в XVII в. не был неожиданностью. По представлениям атомистов световые атомы отличались от атомов вещества только быстротой и малостью. Такие взгляды высказывал, например, Галилей. Химическое понимание приведенного вопроса несомненно и у Ньютона, так как вслед за вопросом следуют многочисленные химические аналогии.

В новой физике вопрос о превращении света в вещество и обратно получил совсем другой, глубокий смысл. Для фотонов с чрезвычайно быстрыми колебаниями, превосходящими определенное значение, на опыте наблюдается замечательное явление превращения их в вещество, в положительный и отрицательный электрон. Несомнен также и обратный процесс. Мысль Ньютона, опиравшаяся на механическую аналогию, подтвердилась совсем иным и нежданным образом.

Другие вопросы “Оптики” не относятся к световым явлениям. К некоторым из них придется вернуться позднее.

В чем причина бессистемности “вопросов” и даже их противоречивости? “Оптика” при жизни Ньютона с 1704 г. переиздавалась еще три раза, в 1706 г. (латинский перевод), в 1717 и в 1721 г. При этом в каждом издании количество “вопросов” увеличивалось, а содержание их было совсем новым и нередко противоречащим прежним. Таким образом перед нами действительно хронологическое наслоение, навсегда запечатлевшее развитие и колебания мысли Ньютона.
 

Титульный лист "Оптики". Четвертое издание

В издании 1704 г. в “вопросах” эфир совсем не упоминался, но в латинском издании 1706 г. к этому умолчанию прибавилась резкая и решительная критика гипотезы эфира. Однако через десять лет во втором английском издании “Оптики” отношение Ньютона к эфиру меняется. Добавляются 8 новых “вопросов” об эфире, имеющих при всей их сдержанности, несомненно, положительный характер. Наиболее удивительно при этом, что “контра-эфирные” вопросы прежних изданий оставлены рядом с “про-эфирными”.

Приходится предположить, что таким способом Ньютон еще раз хотел демонстрировать свое скептическое отношение к гипотезам. Едва ли при этом случайно расположение “вопросов” в окончательной версии изданий 1717 и 1721 гг. Первые 17 вопросов касаются главным образом свойств света независимо от тех или иных гипотез. Следующие семь вопросов говорят; в пользу существования эфира. За ними следуют четыре вопроса с аргументами против эфира. Наконец, три последние вопроса рассматривают оптические и физико-химические явления как результат движения частиц, между которыми действуют притягательные и отталкивательные силы.

Не случайно, далее, в последних изданиях в 31-м “вопросе” добавлена декларация, почти в точности повторяющая знаменитое “hypotheses non fingo”:

“Гипотезы не должны рассматриваться в экспериментальной философии, и хотя аргументация на основании опытов и наблюдений посредством индукции не есть доказательство общих заключений, однако это - лучший путь аргументации, допустимый природой вещей, и она может считаться тем более сильной, чем более обща индукция”.

Позволительно догадываться на основании всего этого, что Ньютон разнообразием противоречивых “вопросов”, логикой их расположения и окончательным методологическим заключением хотел подсказать читателю примерно следующее:

“Единственно несомненны свойства света, устанавливаемые опытом. Некоторые из этих свойств можно толковать на основании гипотезы эфира, другие свойства с эфиром не согласуются, их можно объяснить движением частиц, между коими действуют силы притяжения и отталкивания. Правильнее же всего, не создавая гипотез, описывать явления на основании опытов и наблюдений по методу индукции”.

Желанием внушить читателю эти выводы, повидимому, и продиктовано сложное построение “вопросов”.