Дысперсія - гэта вясёлка?

У жыцці мы пастаянна сутыкаемся з дысперсіяй, але далёка не заўсёды заўважаем гэта ці нават часам не ведаем, што гэта такое. Зараз мы пастараемся больш падрабязна разгледзець, што ўяўляе сабой дысперсія. Першай яркай яе прыкладам з'яўляецца звычайная вясёлка. Наўрад ці знойдзецца чалавек, які б ніколі не захапляўся гэтым прыгожым з'явай. Па старадаўнім павер'і, ля падножжа вясёлкі можна адшукаць гаршчочак, поўны золата. Мы настолькі прывыклі бачыць вясёлку, што нам яна здаецца штодзённым, і мы не ўнікаем у яе прыроду. На самай справе кожнае яе з'яўленне суправаджаецца складанымі фізічнымі працэсамі, з якімі мы і паспрабуем разабрацца ў гэтым артыкуле.

У самым агульным сэнсе дысперсія - гэта праламленне святла. Праходзячы скрозь прызму, прамень святла пераламляецца і распадаецца на розныя колеры. Гэта можна лёгка праверыць у хатніх умовах. Правядзем невялікі досвед. У сонечны дзень неабходна зачыніць акно шчыльнай фіранкай і зрабіць у ёй невялікую адтуліну, праз якое ў пакой будзе пранікаць вузкі праменьчык. На супрацьлеглым ад акна сцяне ад гэтага прамяня будзе ўтварацца светлая пляма. Паставім на шляху прамяня шкляны прызму. Цяпер мы можам пераканацца, што дысперсія - гэта ўмова з'яўлення вясёлкі, бо пляма на сцяне стала рознакаляровым. У ім можна ўбачыць ўсе колеры вясёлкі, ад чырвонага да фіялетавага.

Такім чынам, дысперсія - гэта аптычныя з'явы, абумоўленыя залежнасцю паказчыка праламлення рэчывы ад частоты святла (даўжыні хвалі) альбо залежнасцю фазавай хуткасці хваль святла ад яго частоты або даўжыні хвалі. Следствам дысперсіі з'яўляецца разлажэнне пучка святла ў спектр пры праходжанні праз шкляныя прызму. Дысперсія святла была адкрыта у 1672 годзе Ньютанам, які займаўся актыўным вывучэннем спектру.

Ньютан не першым праводзіў такія досведы. Ужо ў пачатку нашай эры было вядома аб раскладанні святла на спектр пры праходжанні яго праз буйныя монакрышталі. Першымі даследчыкамі праламлення святла былі англійская вучоны Т. Хариот і чэшскі прыродазнавец Й. Марцаў, аднак менавіта Ньютан пачаў сур'ёзна аналізаваць дадзены працэс.

Ньютан правёў цэлы комплекс доследаў і эксперыментаў з прызмамі. Вынікі яго даследаванняў было падрабязна апісаны ў «лекцыі па оптыцы», «Оптык» і «Тэорыі святла і кветак». Ньютан змог даказаць, што белы свет зусім не асноўнай для ўсіх іншых, а наадварот - ён з'яўляецца неаднародным. Розныя віды дысперсіі, то ёсць раскладання белага святла на яго складовыя часткі, з'яўляюцца пры праходжанні прамяня скрозь розныя прызмы і групы прызмаў. Разлажэнне святла адбываецца таму, што кожнаму колеры ўласцівая пэўная ступень преломляемости. У кожнага колеру маюцца свае пэўныя ўласцівасці. Дысперсіі наглядна паказваюць іх адрозненне. Выкананыя навукоўцам даследаванні ўяўляюць для сучасных фізікаў вялікую цікавасць з пункту гледжання не толькі вынікаў, але і метадалогіі. Пачынаючы свае даследаванні, Ньютан ставіў задачу не вылучаць гіпотэзы, а тлумачыць ўласцівасці святла фактамі і развагамі. Вучоны ставіў мноства эксперыментаў, адзначаючы, што «багацце досведаў не перашкаджае».

Накіраваўшы прамень святла на шкляную прызму, Ньютан змог убачыць на экране свайго роду вясёлку. Вучоны выдзелілі сем асноўных колераў, якія мы ўсе зараз добра ведаем. Чаму менавіта сем? Менавіта сем колераў былі найбольш яркімі. Акрамя таго, у музыцы таксама ўсяго сем нот, затое іх варыяцыі дазваляюць ствараць сапраўдныя творы мастацтва, не падобныя адзін на аднаго. Затым ён правёў зваротны вопыт, накіраваўшы спектр на грань іншы шкляной прызмы. Пры гэтым зноў атрымаўся белы свет. У выніку Ньютану прыйшла ідэя стварыць круг з сямю сектарамі розных колераў, у ходзе кручэння якога зноў будзе атрымлівацца белы свет.

Такім чынам, дысперсія - гэта складаны фізічны працэс, абумоўлены ўласцівасцямі святла і колеру. І менавіта дзякуючы гэтаму працэсу мы можам назіраць пасля навальніцы вясёлку. Цяпер вы маеце ўяўленне з навуковай пункту гледжання аб прычынах з'яўлення вясёлкі.