彩虹的美丽和威严启发了数千年的敬畏之情，但直到艾萨克·牛顿（Isaac Newton）开创性的作品释放了光明的秘密 ，我们才真正开始理解它们的形成方式。
在新书《美丽的实验：实验科学的插图史》（芝加哥大学出版社 ，2023年）中，科学作家菲利普·鲍尔（Philip Ball）解释了艾萨克·牛顿（Isaac Newton）对棱镜的巧妙实验如何改变我们对光线的理解。
彩虹的难题通过科学家的工作解决了 ，他们认为有史以来最伟大的生活 。1666年 ，Isaac Newton＆Mdash;然后是23岁的剑桥毕业生＆Mdash;进行了一项光线实验，改变了我们对它的理解 。
虽然认为彩虹色和Mdash的条;称为频谱＆mdash;当白光（像阳光一样）通过玻璃棱镜传播是由改变光的某些特性引起的 ，牛顿表明颜色已经在光本身中固有。传说是牛顿在他位于林肯郡伍尔索普的家庭住宅中进行了实验 ，他回到了他，逃避了1665年肆虐英格兰的大瘟疫 。
毕竟 ，它不需要任何精美的设备＆mdash;只有几个棱镜 ，几乎可以在市场上作为小饰品购买（尽管他需要优质的棱镜！） 。尽管这是事实，但牛顿已经在他的剑桥室计划了一段时间：我们不需要归功于瘟疫来刺激这种理解光学的飞跃。牛顿直到六年后才报告他的结果 ，当时他向伦敦的皇家学会发送了一个帐户 ，伦敦的皇家学会是本世纪中叶的“实验哲学”的知识中心 。
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他著名地不愿透露自己的研究结果，并且必须被哄骗写下他著名的动作定律和关于行星动作的著名运动定律，在他的杰作《 Mathematica》（Mathematica）于1687年 。他的《光明和理论》记录了关于光的实验和理论 ，opticks在1704年就截然不同。相反 ，他对此非常贪婪，并且对批评非常敏感 。
牛顿开始了他的1672年的说法 ，因为他惊讶的是 ，他的棱镜产生的有色光谱是矩形的，而不是圆形的 ，“因为收到的折磨法则 ”将导致人们期望 。这似乎是一个相当小的问题 ，尤其是导致得出如此深刻的结论。实际上，他的“惊喜 ”很难值得称赞 ，因为棱镜的这种效果是众所周知的 ，尤其是牛顿本人，牛顿本人从小就对这种乐器着迷 。
牛顿在这里毫无疑问 ，这是科学论文中现在的一种共同实践：构建一个回顾性故事，以便为实验的描述提供了可理解的叙事弧 ，这些实验可能具有更随意的创世纪 ，最初可能完全是一个不同的目标。无论如何，牛顿着手进行了彻底的实验计划 ，以找出棱镜对灯的影响 。
可以想象他几乎从字面上玩棱镜 ，屏幕和镜头，直到他找到一种配置 ，使他能够制定并调查一些确定的假设 。（牛顿曾经著名地声称“我没有假设” ，但实际上，没有他们 ，人们几乎根本无法做科学。）
这是实验科学的普遍情况：您可能想研究一种现象 ，但不确定正确的问题是什么，更不用说如何部署乐器和测量设备来回答它们了 。您需要对要学习的系统产生一种感觉 。
牛顿关闭了他的房间的“窗口 ”，承认通过一个孔进入棱镜的一条狭窄的阳光。在关键的实验中 ，牛顿在棱镜退出后调查了光的性质 。如果由于棱镜产生了一些转换 ，光线变色，那么可能会再次通过第二个棱镜的通道再次改变光 。
牛顿使用了一个带有孔的木板来筛选所有频谱 ，除了一种颜色＆mdash;红色 ，说＆mdash;然后允许彩色光穿过第二个棱镜。他发现，第二个棱镜折射出来的光;弯曲的角度＆mdash;但没有变化 。换句话说 ，棱镜似乎只弯曲（折射）光 ，使其不变 。但是，它在不同的程度上（即不同角度）对不同的颜色确实如此。
这本身并不是什么新鲜事物：牛顿读到的《盎格鲁 - 爱尔兰科学家罗伯特·博伊尔（Robert Boyle）在他的1664年著作《实验和注意事项》一书中所说的同样多 。但是只有牛顿看到了这意味着什么：那是折射。
颜色本身已经处于白光状态 ，而棱镜所做的就是将它们分开。正如他所说 ，“光由射线组成不同的射线不同 ”（意味着可折射） 。那么，频谱的颜色不是“光和地狱的变化”（通常认为是） ，而是原始和融合特性 。 ”那是一个大胆的解释：可以这么说 ，阳光不是基本的，而是复合的。
为了测试这个想法，牛顿使用镜头将多声频谱重新集中到一个合并的光束＆mdash;他观察到 ，那是白人 。他还通过另一个棱镜通过了这个重组的光束 ，揭示了它可以像以前一样再次被分为频谱 。
牛顿解释了他的观察结果如何解释彩虹，这是由于雨滴的折射和反射而产生的 ，这些雨滴通过雨滴反射为微小的棱镜。他补充说 ，日常物体的颜色之所以出现，是因为它们反映了“一种比另一种光中大的光 ” 。
结果解释了镜片的缺陷（牛顿本人擅长通过磨玻璃制成这些缺陷） ，从而折射不同的颜色会产生一种被称为色差的散热效果 。皇家学会秘书亨利·奥尔登堡（Henry Oldenburg）告诉牛顿 ，他的报告在1672年2月的一次聚会上读到时，他的报告遭到了“罕见掌声”。但并非所有人都对此表示赞赏 。
该论文在该协会的哲学交易中发表后 ，其内部实验策展人罗伯特·胡克（Robert Hooke）认为自己是光学专家 ，并提出了几项批评（我们现在可以看到这是错误的） 。牛顿以崇高的屈尊回答，引发了两人之间的长期仇恨。
一个问题是 ，牛顿的实验尽管显然很简单 ，但并不容易复制：有些在英格兰和国外，尝试并失败了 。但是他们已经经受了时间的考验，这证明了实验能力从字面上阐明了未知的实验 ，即在科学哲学家罗伯特·克雷斯（Robert Crease）的判断中 ，牛顿所谓的实验crucis“一种道德之美 ” 。
在《美丽实验：菲利普·鲍尔》（Philip Ball）的插图史上，由芝加哥大学出版社出版的插图史。©2023 Quarto Publishing plc。版权所有 。
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