Магия реальности. Откуда мы знаем что является правдой

Докинз Ричард

Как капли дождя делают радугу

С призмой все понятно, но когда вы видите радугу в небе, нет большой пребольшой висящей призмы. Нет, но есть миллионы капель дождя. Выходит, что каждая капля действует как крошечная призма? Немного похоже, но не совсем.

Если вы хотите увидеть радугу, солнце должно быть позади вас, когда вы смотрите на дождь. Каждая капля больше похожа на маленький шарик, чем на призму, и свет ведёт себя иначе, когда он попадает в шар. Разница в том, что противоположная сторона капли дождя действует как крошечное зеркало. И именно поэтому вам требуется солнце позади вас, если хотите увидеть радугу. Свет от солнца делает сальто внутри каждой капли и отражается назад и вниз, где он попадает в ваши глаза.

Вот

как это работает. Вы стоите и смотрите на дождь в отдалении, когда солнце находится сзади и сверху от вас. Солнечный свет попадает в одну каплю (конечно, он попадает во множество других капель тоже, но подождите, мы подойдём к этому). Давайте назовём нашу одну определённую каплю А. Луч белого света падает сверху на поверхность капли А, где он изгибается, как это было на поверхности призмы Ньютона. И конечно, красный свет изгибается меньше, чем синий, таким образом, спектр уже рассортировался. Теперь все цветные лучи проходят через капли, пока не попадут на противоположную сторону. Вместо того, чтобы выйти в воздух, они отражаются обратно в направлении ближней стороны дождевой капли, на сей раз более нижней части ближней стороны. И когда лучи проходят через ближнюю сторону капли дождя, они снова изгибаются. Снова красный свет изгибается меньше, чем синий.

Поэтому когда солнечный луч выходит из капли, он уже разложен в соответствующий небольшой спектр. Разделённые цветные лучи, повернув вокруг внутренней части дождевой капли, теперь мчатся назад по направлению туда, где стоите вы. Если ваши глаза окажутся на пути одного из этих лучей, скажем, зеленого, вы увидите чистый зелёный свет. Кто-то пониже, чем вы, мог бы увидеть красный луч, исходящий из A. А кто-то более высокий, чем вы, мог бы увидеть синий луч, исходящий из A.

Никто не видит полный спектр ни от одной из капель дождя. Каждый из вас видит только один чистый цвет. Однако вы все же говорите, что видите радугу, со всеми её цветами. Как же так? Что ж, пока мы говорим только об одной капле, называемой А. Имеются миллионы других дождевых капель, и все они ведут себя подобным же образом. В то время, как вы смотрите на красный луч капли А, есть ещё одна капля, названная B, которая ниже, чем А. Вы не видите красный луч капли B, потому что он светит вам в живот. Но голубой луч B попадает точно в нужное место, вам в глаза. И есть другие капли дождя ниже, чем A, но выше, чем B, красные и синие лучи которых не попадают в ваш глаз, но чьи жёлтые или зеленые лучи попадают туда. Таким образом, много капель дождя вместе составляет полный спектр, в линию, сверху вниз.

Но линия сверху вниз — не радуга. Откуда берётся остальная часть радуги? Не забывайте, что есть и другие капли, простирающиеся от одной стороны ливня до другой и на всех высотах. И конечно, они заполняют для вас остальную часть радуги. Каждая радуга, которую вы видите, между прочим, пытается быть полным кругом, с вашим глазом в её центре — как полная круглая радуга, которую вы иногда видите, когда поливаете сад со шланга, и солнце светит сквозь брызги. Единственная причина, по которой мы обычно не видим целый круг — мешает земля.

Вот почему вы видите радугу в любой момент. Но в следующее мгновение все капли дождя падают ниже. Капля A теперь опустилась до места, где была капля В, поэтому вы теперь видите голубой луч A вместо её зеленого луча. И вы не можете видеть ни один из лучей В (хотя собака у ваших ног может). И новая капля дождя (C, чьи лучи вы не могли видеть прежде вообще) теперь попала на место, где была A, и вы теперь видите её красный луч.

Именно поэтому кажется, что радуга висит, хотя капли дождя, которые её создают, постоянно падают сквозь неё.

На правильной волне?

Давайте теперь посмотрим на то, что спектр — определённый диапазон цветов от красного через оранжевый, жёлтый, зелёный и синий до фиолетового — фактически представляет. Что заставляет красный свет преломляться под меньшим углом, чем синий?

Свет можно рассматривать как колебания: волны. Так же, как звук — это колебания воздуха, свет состоит из так называемых электромагнитных колебаний. Я не буду пытаться объяснить, что такое электромагнитные колебания, потому что это займёт слишком много времени (и я не уверен, что полностью понимаю их сам). Дело в том, что хотя свет сильно отличается от звука, мы можем говорить о высокочастотных (коротковолновых) и низкочастотных (длинноволновых) колебаниях света, так же, как мы можем говорить о звуке. Высокий звук — высокие частоты или сопрано — означает высокочастотные или коротковолновые колебания. Низкочастотные или длинноволновые — низкие звуки, басы. По аналогии со светом, красный (длинные волны) является басом, жёлтый — баритоном, зелёный — тенором, синий — альтом, а фиолетовый (короткие волны) — сопрано.

Есть звуки слишком высокие, чтобы мы их слышали. Их называют ультразвуком; летучие мыши могут их слышать и использовать эхо для того, чтобы находить дорогу. Есть также звуки, которые слишком низки для нас, чтобы быть услышанными. Они называются инфразвуком, слоны, киты и другие животные используют этот низкий грохот для поддержания связи друг с другом. Самые низкие басовые ноты на большом органе собора едва ли не слишком низки, чтобы их слышали: вы, кажется, «чувствуете», как они сотрясают все ваше тело. Диапазон звуков, которые мы, люди, можем слышать, является группой частот в середине между ультразвуком, который слишком высок для нас (но не для летучих мышей), и инфразвуком, который слишком низок для нас (но не слонов).

И то же самое относится и к свету. Цветной эквивалент ультразвукового писка летучей мыши — ультрафиолетовый, что означает 'за фиолетовым'. Хотя мы не можем видеть ультрафиолетовый свет, но насекомые могут. Существуют некоторые цветы, у которых есть полосы или другие узоры, чтобы привлечь насекомых для своего опыления, узоры, которые могут быть замечены только в ультрафиолетовом диапазоне волн. Глаза насекомого могут их видеть, но мы нуждаемся в инструментах, чтобы 'перевести' узоры в видимую часть спектра. Цветок примулы справа выглядит для нас жёлтым, без узоров и полос. Но если сфотографировать его в ультрафиолетовом свете, вы неожиданно увидите звезду из разорванных полос. Узор на нижнем рисунке в действительности не белый, а ультрафиолетовый. Поскольку мы не можем видеть ультрафиолет, мы должны представлять узоры некоторых цветов в свете, который мы видим, и человек, который сделал этот снимок, решил использовать чёрный и белый. Он мог бы выбрать голубой или любой другой цвет.

Спектр простирается на все более и более высокие частоты, далеко за пределы ультрафиолета, далеко за пределы того, что могут видеть даже насекомые. Рентгеновские лучи можно рассматривать как «свет» ещё более «высокого тона», чем ультрафиолет. А гамма — лучи — ещё более высокого.

В другом конце спектра насекомые не могут видеть красный цвет, но мы можем. За красным находится «инфракрасный», который мы не видим, хотя можем почувствовать его как тепло (и некоторые змеи особенно чувствительны к нему, используют его, чтобы обнаружить свою добычу). Я предполагаю, что пчела могла бы назвать красным цветом 'инфра оранжевый'. «Басовые ноты», более низкие, чем инфракрасные — это микроволны, которые вы используете, чтобы приготовить пищу. И ещё более низкий бас (более длинные волны) являются радиоволнами.

Немного удивительно то, что свет, который мы, люди, можем видеть (спектр или «радугу» видимых цветов между немного «более высоким» фиолетовым и немного «более низким» красным) — это крошечная группа в середине огромного спектра в пределах от гамма — лучей в высокочастотном конце до радиоволн в низкочастотном. Почти весь спектр невидим для наших глаз.

Солнце и звезды излучают электромагнитные лучи в полном спектре частот или 'тонов', по всей длине от радиоволн в 'басовом' конце до космических лучей в 'сопрановом' конце. Хотя мы не можем видеть за пределами крошечной полосы видимого света, от красного до фиолетового, у нас есть инструменты, которые могут обнаруживать эти невидимые лучи. Снимок сверхновой в Главе 6 был сделан с использованием рентгеновского излучения от этой сверхновой. Цвета на этом рисунке — ложные цвета, как и тот ложный белый, что был использован, чтобы показать узор на цветке примулы. На изображении сверхновой ложные цвета используются для обозначения различных длин волн рентгеновских лучей. Учёные, называемые радиоастрономами, делают фотографии фотографии звёзд с помощью радиоволн, а не световых волн или рентгеновских лучей. Прибор, который они используют, называется радиотелескопом. Другие учёные получают фотографии неба в другом конце спектра, в рентгеновском диапазоне. Мы узнаем разные вещи о звёздах и о Вселенной, используя различные части спектра. Тот факт, что наши глаза могут видеть только через крошечную щель среди огромного спектра, что мы можем видеть лишь узкую полосу в огромном диапазоне лучей, видимом для научных приборов — это прекрасная иллюстрация силы науки, возбуждающая наше воображение: прекрасный пример магии реальности.