История науки: шотландская лента

Почему теория Максвелла могла не подтвердиться на практике при жизни автора, зачем физику был нужен волчок и почему на первом цветном снимке был запечатлен традиционный шотландский узор, рассказываем в новом выпуске «Истории науки».

В июне 1860 года на своей лекции «О теории трех основных цветов» в Королевском институте физик Джеймс Клерк Максвелл представил живое доказательство правильности своей теории цветоощущения — первую в мире цветную фотографию. На ней была изображена завязанная узлом лента из шерстяной ткани с традиционным шотландским клетчатым орнаментом — тартаном.

Максвелл убедил фотографа Томаса Саттона, который как раз в это время изобрел первый зеркальный фотоаппарат, поучаствовать в его проекте. Саттон сделал три снимка шотландской ленты через разные фильтры (точнее, сосуды с растворами солей). Сначала он сфотографировал ленту через сосуд, наполненный раствором хлорида меди ярко-зеленого цвета, затем через раствор сульфата меди ярко-синего цвета и красный раствор тиоцианата железа. Полученные три негатива были напечатаны на стекле.

А затем, уже в Королевском институте, освещая тяжелые стеклянные пластины с помощью трех проекторов (с теми те же фильтрами, которые использовались при съемке), Максвелл продемонстрировал публике общую проекцию трех фотографий на экране — цветное изображение. Ученый рассказывал присутствующим о трехкомпонентной теории, настаивая на том, что основные цвета, с помощью которых можно получить все другие, — это зеленый, красный и синий.

Спустя почти сто лет сотрудники фирмы Kodak решили повторить опыт Максвелла. Они выяснили, что фотоматериалы, которые были доступны тогда Томасу Саттону, были в основном чувствительны к синему свету и едва чувствительны к зеленому и красному. По счастливому совпадению, изображение получилось из-за смешения волн в синем диапазоне и ближнем ультрафиолете. Тем не менее в опыте Максвелла содержался верный принцип получения цветной фотографии.

Джеймс Максвелл своими исследованиями продолжил теорию цветоощущения Гельмгольца и Юнга, которая говорила о том, что в человеческом глазе есть особые рецепторы для восприятия красного, зеленого и синего, а восприятие других цветов обусловлено взаимодействием этих элементов. В 1959 году эта теория была экспериментально подтверждена учеными из Гарвардского университета и Университета Джонса Хопкинса. Было обнаружено, что в сетчатке существует три типа колбочек, которые чувствительны к свету с длинами волн, соответствующим сине-фиолетовому, желто-зеленому и желто-красному диапазонам.

Для своих экспериментов с цветами Максвелл изобрел «цветовой волчок», который представлял собой диск, сектора которого окрашены в разные цвета. При вращении волчка образовывались комбинации цветов: красный и желтый давали оранжевый, синий и желтый — зеленый, а все цвета спектра при смешении образовывали белый цвет. Для графического представления цветов Максвелл, как и Юнг, использовал треугольник, точки внутри которого обозначают результат смешения основных цветов (красного, зеленого и синего), расположенных в вершинах фигуры.

Кстати шотландская лента для снимка была выбрана неслучайно. Во-первых, она разноцветная и хорошо подходит для демонстрации цветного изображения. Во-вторых, Максвелл родом из столицы Шотландии, Эдинбурга. Там он провел свое детство, закончил академию, а потом и университет.

В юности будущий ученый увлекался геометрией, любил строить из картона многогранники. Еще в академии Максвелл изобрел способ рисования овалов. Этот метод состоял в использовании булавок-фокусов, нитей и карандаша, что позволяло строить окружности с помощью одной булавки и эллипсы — двух. Окончив Эдинбургский университет, Максвелл уехал в Кембридж. Если верить источникам, режим дня Максвелла в студенчестве был довольно необычным. Он спал с пяти до десяти часов вечера, а потом до двух часов ночи занимался. После этого, с двух до половины третьего ночи у него была зарядка, после которой он снова спал до семи часов утра.

Одной из первых работ Максвелла стала его кинетическая теория газов — распределение молекул по скоростям. Ученый описывал газ как ансамбль множества хаотически движущихся идеально упругих шариков. В рамках своей теории Максвелл объяснил закон Авогадро, диффузию и теплопроводность. Он одним из первых ввел в физику статистические представления, показал статистическую природу второго начала термодинамики («демон Максвелла»).

Наиболее известен Максвелл тем, что создал теорию электромагнитного поля, которую сформулировал в виде системы уравнений. Эти уравнения, названные его именем, описывают основные закономерности электромагнитных явлений: первое уравнение выражает электромагнитную индукцию Фарадея, второе — электромагнитную индукцию, открытую самим Максвеллом, третье — закон сохранения количества электричества, а четвертое — вихревой характер магнитного поля.

Кроме того, ученый был отличным популяризатором науки и сочинял стихи. Вот отрывок из стихотворения «Эволюция молекул»:

Средь чисел, чиселок и числиц

Крышепоеханному — рай:

Здесь всюду бодрый дух Бессмыслиц,

В которых Смысла через край.

Кипит веселая свирепость,

Она сметет любой Резон,

Она возьмет любую крепость,

Где Истин — целый гарнизон!

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram.