§ 50. Дисперсия света

Вопрос о том, от чего именно зависит показатель преломления вещества, давно интересовал физиков. Известно, что эта величина определяется свойствами самой среды, однако возникает естественное предположение о влиянии других параметров. Чтобы проверить эту гипотезу, рассмотрим классическую установку. Возле объектива осветителя размещают диафрагму с узкой горизонтальной щелью, а перед ней устанавливают синий светофильтр. На противоположном экране появляется чёткое изображение щели синего оттенка. Если заменить фильтр на красный, то на том же самом месте появится изображение красного цвета, что сразу наводит на размышления о природе света. Ранние исследователи отмечали, что изменение цвета луча приводит к изменению его траектории, что указывало на связь между оптическими характеристиками и частотой колебаний. Чем оборачивается эта связь на опыте, показывает рис. 1: слева на стеклянную призму падает тонкий белый луч, а справа из неё выходит уже не белая полоска, а радужный веер — каждый цвет ушёл в свою сторону.

Теперь в путь красного луча помещают стеклянную треугольную призму. Проходя через оптически плотную среду, световой пучок отклоняется к более широкому основанию призмы, и красное изображение щели смещается вниз. Повторяем ту же процедуру, но уже с синим фильтром. Мы наблюдаем, что синее изображение также смещается вниз, но значительно дальше красного. Это наглядно демонстрирует, что лучи с большей частотой преломляются сильнее, а значит, среда по-разному воздействует на световые волны различной длины. Значит, абсолютный показатель преломления стекла задаётся не только свойствами самого стекла, но и частотой (цветом) проходящего света. На границе раздела сред при одинаковом угле падения синий луч отклоняется сильнее красного, что записывается как угол преломления синих лучей меньше угла для красных. Следовательно, отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для синего света больше. Это приводит к неравенству показателей преломления для разных цветов, что подтверждается математическими расчётами. Из связи v = c / n следует: чем больше показатель, тем меньше скорость, поэтому синие лучи в стекле идут медленнее красных. Схема на рис. 2 показывает это без лишних подробностей: белый луч входит в призму, а выходит из неё двумя лучами — красным и фиолетовым, и фиолетовый уклоняется от прежнего направления (его отмечает тонкая серая линия «без призмы луч шёл бы прямо») заметно сильнее красного.