البصريات

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

كتاب "البصريات: أو، رسالة في انعكاسات الضوء وانكساراته وانحناءاته وألوانه" هو مجموعة من ثلاثة كتب لإسحاق نيوتن، نُشرت باللغة الإنجليزية عام 1704 ( وصدرت ترجمة لاتينية علمية لها عام 1706). [ 1 ] تُحلل هذه الرسالة الطبيعة الأساسية للضوء من خلال انكساره بواسطة الموشورات والعدسات، وحيوده بواسطة ألواح زجاجية متقاربة، وسلوك مزيج الألوان مع الأطياف الضوئية أو مساحيق الصبغات . يُعد كتاب "البصريات" ثاني أهم أعمال نيوتن في العلوم الفيزيائية ، ويُعتبر أحد أهم ثلاثة أعمال في علم البصريات خلال الثورة العلمية (إلى جانب كتاب " علم الفلك - الجزء البصري" ليوهانس كيبلر ،وكتاب" رسالة في الضوء " لكريستيان هويغنز ).

ملخص

مثّل نشر كتاب "البصريات" إسهامًا كبيرًا في العلم، يختلف عن كتاب " الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية " ولكنه يُضاهيه في بعض الجوانب ، ومع ذلك لم يظهر اسم نيوتن على غلاف الطبعة الأولى. يُعدّ كتاب "البصريات" في جوهره سجلًا للتجارب والاستنتاجات المستخلصة منها، ويغطي طيفًا واسعًا من المواضيع فيما عُرف لاحقًا بالبصريات الفيزيائية . [ 1 ] أي أن هذا العمل ليس نقاشًا هندسيًا حول الانعكاسات أو الانكسارات ، وهما الموضوعان التقليديان لانعكاس الضوء بواسطة مرايا ذات أشكال مختلفة واستكشاف كيفية "انحناء" الضوء عند انتقاله من وسط ، كالهواء، إلى آخر، كالماء أو الزجاج. بل إن كتاب " البصريات " هو دراسة لطبيعة الضوء واللون وظواهر الحيود المختلفة ، التي أطلق عليها نيوتن اسم "انعطاف" الضوء.

يُفصّل نيوتن تجاربه، التي نُشرت لأول مرة في الجمعية الملكية بلندن عام 1672، [ 2 ] حول تشتت الضوء، أو فصله إلى طيف ألوانه المكونة. ويُبيّن كيف ينشأ ظهور اللون من الامتصاص الانتقائي أو الانعكاس أو النفاذ لأجزاء الضوء الساقط المختلفة.

تكمن الأهمية الكبرى لعمل نيوتن في أنه قلبَ المفهوم السائد، المنسوب إلى أرسطو أو ثيوفراستوس والذي كان مقبولاً لدى علماء عصره، بأن الضوء "الخالص" (كالضوء المنسوب إلى الشمس) أبيض أو عديم اللون في جوهره، وأنه يتحول إلى لون بمزجه مع الظلام الناتج عن تفاعله مع المادة. أثبت نيوتن عكس ذلك تمامًا: فالضوء يتكون من ألوان طيفية مختلفة (وصف سبعة ألوان: الأحمر، والبرتقالي، والأصفر، والأخضر، والأزرق، والنيلي، والبنفسجي)، وأن جميع الألوان، بما فيها الأبيض، تتكون من مزيج من هذه الألوان. بيّن نيوتن أن اللون ينشأ من خاصية فيزيائية للضوء - حيث ينكسر كل لون بزاوية مميزة بواسطة منشور أو عدسة - لكنه أوضح جليًا أن اللون إحساس ذهني وليس خاصية متأصلة في الأجسام المادية أو في الضوء نفسه. فعلى سبيل المثال، يُبيّن أنه يمكن مزج اللون الأحمر البنفسجي (الأرجواني) عن طريق تراكب طرفي الطيف الأحمر والبنفسجي، على الرغم من أن هذا اللون لا يظهر في الطيف، وبالتالي فهو ليس "لونًا من ألوان الضوء". ومن خلال ربط طرفي الطيف الأحمر والبنفسجي، رتّب جميع الألوان في دائرة لونية تتنبأ كميًا بمزيج الألوان وتصف نوعيًا التشابه المُدرَك بين الدرجات اللونية.

كانت مساهمة نيوتن في التشتت المنشوري هي الأولى التي حددت مفهوم مصفوفات الموشورات المتعددة. وأصبحت تكوينات الموشورات المتعددة، كموسعات للشعاع، أساسية في تصميم الليزر القابل للضبط بعد أكثر من 275 عامًا، ومهدت الطريق لتطوير نظرية التشتت المنشوري المتعدد . [ 3 ] [ 4 ]

مقارنة بكتاب المبادئ

الطبعة الأولى من كتاب البصريات لعام 1704 موجودة في متحف العلوم بلندن .

يختلف كتاب "البصريات" عن كتاب "الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية " في جوانب عديدة . فقد نُشر أولاً باللغة الإنجليزية بدلاً من اللاتينية [ 5 ] التي كان يستخدمها الفلاسفة الأوروبيون، مما ساهم في تطوير أدب علمي مبسط. شكّلت هذه الكتب نموذجاً لعرض العلوم بأسلوب شعبي: فعلى الرغم من أن لغة نيوتن الإنجليزية تبدو قديمة بعض الشيء - إذ يُظهر ميلاً إلى الجمل الطويلة ذات العبارات المضمنة - إلا أن الكتاب لا يزال سهل الفهم للقارئ المعاصر. في المقابل، لم يجد سوى قلة من قراء عصر نيوتن كتاب "الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية" سهل الفهم أو حتى مفهوماً. فأسلوبه الرسمي والمرن في آنٍ واحد يُظهر استخداماً للغة العامية والاستعارات.

على عكس كتاب "الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية" ، لم يُبنَ كتاب "البصريات" على الاصطلاح الهندسي للقضايا المُثبتة بالاستنتاج من قضايا أو ليمات أو مبادئ أولية سابقة (أو بديهيات ). بدلاً من ذلك، تُحدد البديهيات معنى المصطلحات التقنية أو الخصائص الأساسية للمادة والضوء، وتُبرهن القضايا المذكورة من خلال تجارب محددة وموصوفة بدقة. تُعلن الجملة الأولى من الكتاب الأول: " ليس هدفي في هذا الكتاب شرح خصائص الضوء بالفرضيات، بل اقتراحها وإثباتها بالعقل والتجارب ". في تجربة حاسمة (الكتاب الأول، الجزء الثاني، النظرية الثانية)، بيّن نيوتن أن لون الضوء يتوافق مع "درجة انكساره" (زاوية الانكسار)، وأن هذه الزاوية لا يُمكن تغييرها بانعكاس أو انكسار إضافي أو بتمرير الضوء عبر مرشح ملون. [ 6 ]

يُعدّ هذا العمل دليلاً عملياً لفن التجريب، إذ يُبيّن في العديد من الأمثلة كيفية استخدام الملاحظة لاقتراح تعميمات واقعية حول العالم المادي، ثم استبعاد التفسيرات المنافسة من خلال اختبارات تجريبية محددة. وعلى عكس كتاب "الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية " (Principia) ، الذي نذر بعدم وضع فرضيات خارج المنهج الاستنتاجي، فإن كتاب " البصريات " (Opticks ) يُطوّر تخمينات حول الضوء تتجاوز الأدلة التجريبية: على سبيل المثال، أن السلوك الفيزيائي للضوء يعود إلى طبيعته "الجسيمية" كجسيمات صغيرة ، أو أن الألوان المُدرَكة تتناسب تناغمياً مثل نغمات السلم الموسيقي الدياتوني.

استفسارات

الكتاب الثالث من طبعة 1730 من كتاب البصريات، والذي يحتوي على الأسئلة من 1 إلى 4.

كان نيوتن ينوي في الأصل تأليف أربعة كتب، لكنه أسقط الكتاب الأخير المتعلق بالتأثير عن بُعد . [ 7 ] وبدلًا من ذلك، اختتم كتابه "البصريات" بمجموعة من الأسئلة التي لم تُجب عليها وتأكيدات إيجابية، والتي أُشير إليها في الكتاب الثالث باسم "الاستفسارات". كانت المجموعة الأولى من الاستفسارات موجزة، لكنّ الاستفسارات اللاحقة تحوّلت إلى مقالات قصيرة، امتدّت على صفحات عديدة. في الطبعة الأولى، بلغ عدد هذه الاستفسارات ستة عشر استفسارًا؛ [ 7 ] [ 8 ] ثمّ زاد هذا العدد إلى ثلاثة وعشرين استفسارًا في الطبعة اللاتينية، التي نُشرت عام 1706، [ 7 ] ثمّ في الطبعة الإنجليزية المنقّحة، التي نُشرت في الفترة 1717-1718. وفي الطبعة الرابعة الصادرة عام 1730، بلغ عدد الاستفسارات واحدًا وثلاثين استفسارًا.

تتناول هذه الاستفسارات، ولا سيما الأخيرة منها، طيفًا واسعًا من الظواهر الفيزيائية التي تتجاوز موضوع البصريات. وتتعلق هذه الاستفسارات بطبيعة الحرارة وانتقالها ، والسبب المحتمل للجاذبية، والظواهر الكهربائية ، وطبيعة التفاعلات الكيميائية ، وكيفية خلق الله للمادة، والمنهج العلمي الأمثل، وحتى السلوك الأخلاقي للبشر. [ 8 ] ولا تُعد هذه الاستفسارات أسئلة بالمعنى المعتاد، بل تُطرح جميعها تقريبًا بصيغة النفي، أي كاستفسارات بلاغية . [ 8 ] أي أن نيوتن لم يسأل عما إذا كان الضوء "جسمًا" أو "قد يكون"، بل صرّح قائلًا: "أليس الضوء جسمًا؟". وقد صرّح ستيفن هيلز ، أحد أتباع نيوتن المتحمسين في أوائل القرن الثامن عشر، بأن هذه كانت طريقة نيوتن في التفسير " بالسؤال ". [ 8 ]

استفسارات بارزة

ينص السؤال الأول على ما يلي: "ألا تؤثر الأجسام على الضوء عن بُعد، فتؤدي بفعلها إلى انحناء أشعته؟ أليس هذا التأثير ( بحيث تكون جميع العناصر متساوية ) أقوى ما يكون عند أقصر مسافة؟" ويشير هذا السؤال إلى تأثير الجاذبية على مسار أشعة الضوء. [ 9 ] يسبق هذا السؤال تنبؤات ألبرت أينشتاين بظاهرة عدسة الجاذبية في نظريته النسبية العامة بقرنين من الزمان، وقد تم تأكيده لاحقًا من خلال تجربة إيدنجتون عام 1919. [ 9 ]

يحاول السؤال الثالث تفسير الانعراج وحلقات نيوتن من خلال افتراض حركة "شبيهة بحركة ثعبان البحر" لجزيئات الضوء عند مرورها بالحواف. وقد أوضح نيوتن سابقًا أن هذه الحركة ناتجة عن تذبذبات في الأثير المضيء، مما يُحدث تفاعلًا بين الجزيئات ووسطها. في القرن التاسع عشر، حلت نظرية الموجة محل هذه النظرية، ولكن مع ظهور ميكانيكا الكم ، يرى بعض الباحثين أن نظرية الموجة الدليلية ، وهي إحدى تفسيرات ميكانيكا الكم ، تُؤكد صحة نظرية نيوتن الجسيمية في هذا الصدد. [ 10 ] [ 11 ]

ينص السؤال السادس من الكتاب على: "ألا تستقبل الأجسام السوداء الحرارة من الضوء بسهولة أكبر من الأجسام ذات الألوان الأخرى، لأن الضوء الساقط عليها لا ينعكس إلى الخارج، بل يدخل إلى داخلها، وغالبًا ما ينعكس وينكسر داخلها، حتى يخمد ويضيع؟"، وبذلك يُطرح مفهوم الجسم الأسود . [ 12 ] [ 13 ]

في السؤال رقم 21، يتناول نيوتن نظرية الأثير للجاذبية، لكنه لا يشجعها لعدم معرفته الكاملة بكيفية عمل الجاذبية. [ 14 ] أما الجزء الأول من السؤال رقم 30 فيقول: "أليست الأجسام المادية والضوء قابلة للتحويل إلى بعضها البعض؟"، متوقعًا بذلك تكافؤ الكتلة والطاقة . [ 15 ]

يتساءل السؤال الأخير (رقم 31) عما إذا كانت نظرية الجسيمات قادرة على تفسير كيفية تفاعل المواد المختلفة مع مواد معينة أكثر من غيرها، ولا سيما كيف يتفاعل الماء القوي (حمض النيتريك) مع الكالامين أكثر من تفاعله مع الحديد . وقد رُبط هذا السؤال الحادي والثلاثون في كثير من الأحيان بأصل مفهوم الألفة في التفاعلات الكيميائية. وقد نسب العديد من المؤرخين والكيميائيين في القرن الثامن عشر، مثل ويليام كولين وتوربيرن بيرغمان ، الفضل إلى نيوتن في تطوير جداول الألفة. [ 16 ] [ أ ]

في الجزء الأخير من السؤال رقم 31، ناقش نيوتن حركة النجوم. حتى لو افترض كونًا لانهائيًا ثابتًا، فإنه يذكر أن النظام الشمسي سيستمر "لعصور عديدة"، لكن اضطرابات مداراته "ستزداد على الأرجح حتى يحتاج هذا النظام إلى إصلاح". ويلمح إلى أن الله أو الضبط الدقيق ضروريان للحفاظ على استقراره. [ 17 ]

استقبال

حظي كتاب "البصريات" بانتشار واسع ونقاشات حادة في إنجلترا وأوروبا القارية. وقد أثار عرضه المبكر على الجمعية الملكية جدلاً حاداً بين نيوتن وروبرت هوك حول النظرية الجسيمية للضوء ، مما دفع نيوتن إلى تأجيل نشره حتى وفاة هوك عام ١٧٠٣. في القارة الأوروبية، وفي فرنسا تحديداً، رُفض كل من كتاب " الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية " وكتاب " البصريات" في البداية من قِبل العديد من فلاسفة الطبيعة، الذين استمروا في الدفاع عن فلسفة ديكارت الطبيعية ونظرية أرسطو للألوان، وزعموا صعوبة تكرار تجارب نيوتن باستخدام الموشور. في الواقع، استمر الدفاع عن نظرية أرسطو حول الطبيعة الأساسية للضوء الأبيض حتى القرن التاسع عشر، على سبيل المثال من قِبل الكاتب الألماني يوهان فولفغانغ فون غوته في كتابه " نظرية الألوان " ( بالألمانية : Zur Farbenlehre ) عام ١٨١٠.

أصبحت العلوم النيوتونية قضية محورية في الهجوم الذي شنه فلاسفة عصر التنوير على الفلسفة الطبيعية القائمة على سلطة علماء الطبيعة اليونانيين والرومان القدماء ، أو على الاستدلال الاستنتاجي من المبادئ الأولى (المنهج الذي نادى به الفيلسوف الفرنسي رينيه ديكارت )، بدلاً من تطبيق الاستدلال الرياضي على التجربة أو الممارسة. وقد ساهم فولتير في نشر العلوم النيوتونية، بما في ذلك محتوى كتابي " الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية" و" البصريات" ، في كتابه " عناصر فلسفة نيوتن" (1738). وبعد حوالي عام 1750، ترسخ الجمع بين الأساليب التجريبية، التي يمثلها كتاب "البصريات" ، والأساليب الرياضية، التي يمثلها كتاب " الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية"، كنموذج موحد وشامل للعلوم النيوتونية. وكان من أبرز رواد هذه الفلسفة الجديدة شخصيات بارزة مثل بنجامين فرانكلين ، وأنطوان لافوازييه ، وجيمس بلاك .

بعد نيوتن، طرأت تعديلات كثيرة. فقد أثبت توماس يونغ وأوغستين -جان فرينل أن نظرية الموجات التي وصفها كريستيان هويغنز في كتابه "رسالة في الضوء " (1690) يمكن أن تثبت أن اللون هو المظهر المرئي لطول موجة الضوء. كما بدأ العلم يدرك تدريجيًا الفرق بين إدراك اللون والبصريات القابلة للتحليل الرياضي. لم يستطع غوته، بكتابه الملحمي " نظرية الألوان " ، زعزعة أسس نيوتن، لكن جون تيندال كتب في عام 1880: "وجد غوته ثغرة واحدة في نظرية نيوتن... فقد كان نيوتن قد تمسك بمبدأ استحالة الانكسار دون لون. ولذلك اعتقد أن العدسات الشيئية للتلسكوبات يجب أن تظل غير مثالية إلى الأبد، لأن اللا لونية والانكسار غير متوافقين. وقد أثبت دولون خطأ هذا الاستنتاج." [ 18 ]

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ يُنسب الفضل إلى إتيان فرانسوا جوفري في وضع أول جدول تقارب في عام 1718، لكن علاقته بنيوتن أو معرفته بالسؤال الحادي والثلاثين غير واضحة. [ 16 ]

مراجع

  1. 1 2 نيوتن، إسحاق (1998). البصريات: أو، رسالة في انعكاسات الضوء وانكساراته وانحناءاته وألوانه. بالإضافة إلى رسالتين في أنواع وأحجام الأشكال المنحنية . تعليق بقلم نيكولاس هوميز (  طبعة أوكتافو). بالو ألتو، كاليفورنيا: أوكتافو. ISBN 1-891788-04-3.( نُشرت كتابات البصريات في الأصل عام 1704).
  2. ↑ نيوتن، إسحاق. "الهيدروستاتيكا، البصريات، الصوت والحرارة" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 يناير 2012 .
  3. ↑ FJ Duarte و JA Piper، نظرية التشتت لموسعات الحزمة متعددة الموشورات لأشعة الليزر الصبغية النبضية، الاتصالات البصرية 43 ، 303-307 (1982).
  4. ↑ بي. رولاندز، نيوتن والفيزياء الحديثة (وورلد ساينتيفيك، لندن، 2017).
  5. ↑ نيوتن، إسحاق؛ شابيرو، آلان إي. (2021). الأوراق البصرية لإسحاق نيوتن . كامبريدج، نيويورك: مطبعة جامعة كامبريدج. ص. xv. ISBN  978-0-521-30218-0.
  6. ↑ تومسون، إيفان (2 سبتمبر 2003). رؤية الألوان . روتليدج. ص 6. ISBN  978-1-134-90080-0.
  7. 1 2 3 جيمس، بيتر ج. (1985). "الطريقة الثابتة لستيفن هيلز"" . تاريخ وفلسفة علوم الحياة . 7 (2) : 287– 299. JSTOR 23328812. PMID 3909194 .  
  8. 1 2 3 4 بوخوالد، جيد ز.؛ كوهين، آي. برنارد (2001). فلسفة إسحاق نيوتن الطبيعية . مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ISBN 978-0-262-52425-4.
  9. 1 2 شنايدر، ب.؛ إيلرز، ج.؛ فالكو، إي إي (29 يونيو 2013). العدسات الجاذبية . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ص 1. ISBN  978-3-662-03758-4.
  10. ↑ باتشياغالوبي، غيدو؛ فالنتيني، أنتوني (22 أكتوبر 2009). نظرية الكم على مفترق الطرق: إعادة النظر في مؤتمر سولفاي لعام 1927. مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0-521-81421-8.
  11. ↑ بيري، مايكل (1997). "زلق كالثعبان" . عالم الفيزياء . 10 (12): 41-42 . doi : 10.1088/2058-7058/10/12/27 . ISSN 0953-8585 . 
  12. ↑ بوخنر، سالومون (1981). دور الرياضيات في نشأة العلوم . برينستون، نيوجيرسي: مطبعة جامعة برينستون. ص 221، 347. ISBN  978-0-691-08028-4.
  13. ↑ رولاندز، بيتر (2017). نيوتن - الابتكار والجدل . دار النشر العالمية العلمية . ص 69. ISBN  9781786344045.
  14. ↑ سينغوبتا، براديب كومار (2010). تاريخ العلوم وفلسفة العلوم: منظور تاريخي لتطور الأفكار في العلوم . بيرسون للتعليم الهند. ISBN 978-81-317-1930-5.
  15. ↑ سيمونز، جورج فينلي (2022). المعادلات التفاضلية مع تطبيقات وملاحظات تاريخية ( الطبعة الثالثة). مطبعة سي آر سي، مجموعة تايلور وفرانسيس. ص 184. ISBN   978-1-4987-0259-1.
  16. 1 2 نيومان، ويليام ر. (11 ديسمبر 2018). نيوتن الخيميائي: العلم، واللغز، والبحث عن "النار السرية" في الطبيعة . مطبعة جامعة برينستون. ISBN 978-0-691-17487-7.
  17. ↑ هاريسون، إدوارد (1 فبراير 1986). "نيوتن والكون اللانهائي" . فيزياء اليوم . 39 (2): 24-32 . doi : 10.1063/1.881049 . ISSN 0031-9228 . 
  18. ↑ مجلة العلوم الشعبية الشهرية/المجلد 17/يوليو 1880) http://en.wikisource.org/wiki/Popular_Science_Monthly/Volume_17/July_1880/Goethe's_Farbenlehre:_Theory_of_Colors_II

نسخ كاملة ومجانية عبر الإنترنت من كتاب نيوتن للبصريات