Текст книги "Статьи и речи"
Автор книги: Джеймс Максвелл
сообщить о нарушении
Текущая страница: 15 (всего у книги 32 страниц)
Фарадей
Михаил Фарадей, химик, исследователь электричества и физик, родился в Ньюингтоне в Сэррее 22 сентября 1791 г. и умер в Гэмптон-Корте 25 августа 1867 г. Его родители переехали из Йоркшира в Лондон, где отец его был кузнецом. Сам Фарадей поступил в ученики к переплётчику г. Рибо. Письма, написанные им в то время своему другу Веньямину Абботу, дают нам яркое представление о его жизненных целях и о его методе самовоспитания в тот период, когда ум его начинал обращаться к экспериментальному изучению природы. В 1812 г. м-р Дэне, один из клиентов его хозяина, повёл его на четыре лекции сэра Гемфри Дэви. Фарадей записал эти лекции, а затем обработал их в более пространной форме. Поощряемый Денсом, он написал сэру Г. Дэви письмо, посылая эти записки. «Ответ пришёл немедленно, был любезен и благоприятен». Фарадей продолжал работать в качестве подмастерья у переплётчика до 1 марта 1813 г., когда он был зачислен, по рекомендации сэра Г. Дэви, ассистентом в лабораторию Британского королевского института. Он был назначен директором лаборатории 7 февраля 1825 г., а в 1833 г. получил пожизненную фуллертоновскую профессуру по химии в Институте, без обязательства чтения лекций. Таким образом, он оставался в Институте в течение 54 лет. Он сопровождал сэра Г. Дэви в путешествии по Франции, Италии, Швейцарии, Тиролю, в Женеву и т. д. с 13 октября 1813 г. по 23 апреля 1815 г.
В своей первой химической работе Фарадей следует по пути, открытому Дэви, у которого он работал ассистентом. Он специально изучал хлор и открыл два новых хлористых соединения углерода. Он произвёл также первые, ориентировочные опыты с диффузией газов, явлением, на которое впервые указал Дальтон и физическое значение которого было более полно освещено Грэхемом и Лошмдитом. Ему удалось произвести сжижение нескольких газов. Он исследовал сплавы стали и получил несколько новых сортов стекла для оптических целей. Кусок одного из этих тяжёлых стёкол приобрёл впоследствии историческое значение как вещество, в котором Фарадей открыл вращение плоскости поляризации света при помещении стекла в магнитное поле, а также – как первое вещество, которое оттолкнули полюсы магнита. Он пытался также довольно успешно сделать предметом специального изучения и популярного изложения общие методы химии, независимо от получаемых результатов.
Но химические работы Фарадея, как значительны они ни были сами по себе, скоро совершенно затмились его открытиями в области электричества. Первым опытом, который он отметил в записках, было составление им вольтова столба из семи кружков листового цинка, из семи полупенсовиков и шести кусочков бумаги, смоченных солёной водой. При помощи этого столба он разложил сернокислый магний (первое письмо к Абботу 12 июля 1812 г.). С тех пор, какие бы другие вопросы ни привлекали время от времени его внимание, он всегда выбирал среди электрических явлений те проблемы, на которые он обращал всю силу своего мышления и которыми он постоянно занимался, даже тогда, когда год за годом его попытки разрешить их терпели неудачу.
Его первым значительным открытием было получение непрерывного вращения – одного вокруг другого – магнитов и проводов, по которым идёт электрический ток. Следствия, которые можно вывести из великого открытия Эрстеда (21 июля 1820 г.), все ещё весьма смутно понимали даже самые передовые люди науки. Правда, д-р Волластон питал надежды, что ему удастся заставить провод, по которому идёт электрический ток, вращаться вокруг собственной оси, и приходил в 1821 г. вместе с Дэви в лабораторию Королевского института, чтобы произвести этот опыт. Фарадей при этом не присутствовал, но, придя потом, слышал разговор о предполагаемом вращении провода.
В июле, августе и сентябре того же года Фарадей написал для журнала «Annals of Philosophy» по просьбе г-на Филлипса, издателя этого журнала, исторический очерк об электромагнетизме и повторил почти все опыты, описанные им. Это привело его в начале сентября к открытию метода получения непрерывного вращения вокруг магнита и магнита вокруг провода. Ему не удалось заставить провод или магнит вращаться вокруг собственной оси. Этот первый успех Фарадея в исследованиях по электромагнетизму послужил поводом к чрезвычайно тяжёлым, хотя и необоснованным нападкам на него. Мы не будем заниматься этим вопросом, отсылая читателя к книге Бене Джонса «Life of Faraday».
Мы можем, однако, заметить, что хотя самый факт существования тангенциальной силы между электрическим током и полюсом магнита был уже высказан Эрстедом и ясно понимался Ампером, Волластоном и другими, но существование непрерывного вращения – одного вокруг другого – провода и магнита было научной задачей, требовавшей немало остроумия для своего первоначального разрешения. Действительно, с одной стороны, электрический ток всегда образует замкнутую цепь, а с другой стороны, оба полюса магнита имеют равные, но противоположные свойства и неразрывно связаны, так что каждому стремлению одного из полюсов двигаться вокруг линии тока в одном направлении противостоит равная тенденция другого полюса вращаться в противоположном направлении и, таким образом, один полюс не может ни заставить второй полюс двигаться вокруг проволоки, ни оторваться от него. Вращение не может быть осуществлено, если мы не примем в той или иной форме остроумного решения Фарадея, заставившего ток разделиться в некоторой точке своего пути на два канала, по одному соответственно каждой половине магнита, таким образом, чтобы во время вращения магнита ток переходил из канала, находящегося сверху, в канал, находящийся снизу, так, чтобы середина магнита могла проходить сквозь линию тока, не прерывая её, подобно тому как Кир провёл свою армию посуху через Кинод, отведя реку в канал, прорытый для этого в тылу.
Мы должны теперь перейти к открытию, увенчавшему исследования Фарадея,– к открытию индукции электрических токов.
В декабре 1824 г. он пытался получить электрический ток при помощи магнита и трижды делал тщательные, но безуспешные попытки получить ток в одном проводе при помощи тока в Другом проводе или при помощи магнита. Он продолжал упорствовать и 29 августа 1831 г. получил первое доказательство того, что электрический ток может индуцировать ток в другой цепи. 23 сентября он пишет своему другу Р. Филлипсу: «Я теперь занимаюсь опять электромагнетизмом и думаю, что напал на удачную вещь, но не могу ещё утверждать это. Очень может быть, что после всех моих трудов я в конце концов вытащу водоросли вместо рыбы». Это был его первый удачный опыт. Ещё через девять дней опытов он достиг результатов, описанных в его первой серии «Опытных исследований» («Experimental Researches») и доложенных в Королевском обществе 24 ноября 1831 г.
Напряжённым усилием своего мышления он меньше чем в три месяца развил новую идею из первоначального состояния её до полной зрелости. Все величие и оригинальность фарадеевского достижения могут быть оценены путём рассмотрения последующей истории этого открытия. Как и следовало ожидать, оно немедленно сделалось предметом исследований со стороны всего научного мира. Но некоторые из наиболее опытных физиков оказались неспособными избежать ошибок в формулировке изучаемого явления, полагая при этом, что они применяют более научный язык, чем язык Фарадея. До настоящего времени математики, отбросившие фарадеевский метод формулирования ого закона, как несоответствующий точности их науки, никогда не могли изобрести никакой другой существенно отличной формулы, которая бы полно изображала явление, не вводя гипотезы о взаимном действии вещей, не имеющих физического существования, как, например, элементы токов, вытекающих из ничего, затем текущих по проводу и, наконец, снова погружающихся в ничто.
После почти полувековой работы этого рода мы можем сказать, что хотя практические применения открытия Фарадея возросли и возрастают по количеству и по значению с каждым годом, не было найдено ни одного исключения из формулировки этих законов, данной Фарадеем, не прибавлен ни один новый закон, и его первоначальная формулировка и по сей день остаётся единственной, утверждающей не более того, что может быть проверено опытом, и единственной, при помощи которой теория этого явления может быть выражена строго и численно точно, оставаясь в то же время в рамках элементарных методов изложения.
В течение первого периода своих открытий Фарадей установил, кроме открытия индуктивного действия электрических токов, тождественность электризации, производимой разными способами; затем закон об определённом электролитическом действии тока и факт, которому он придавал огромное значение, что каждая единица положительной электризации определённым образом связана с единицей отрицательной электризации, так что невозможно получить то, что Фарадей называл «абсолютным электрическим зарядом» одного рода, не связанным с равным зарядом противоположного рода.
Он открыл также различие в свойстве разного рода веществ принимать участие в электрической индукции – факт, лишь в последние годы признанный учёными на континенте. Впрочем, из неопубликованных до последнего времени бумаг Генри Кавендиша видно, что он не только открыл ещё до 1773 г., что стекло, воск, шеллак и камедь имеют более высокую удельную индуктивную ёмкость, чем воздух, но и действительно определил численное соотношение этих постоянных. Это, конечно, было неизвестно как Фарадею, так и всем остальным физикам его времени.
Первый период открытий Фарадея в области электричества продолжался 10 лет. В 1841 г. он нашёл, что ему необходим отдых, и лишь в 1845 г. он вступил во второй период замечательных исследований, в течение которого он открыл действие магнетизма на поляризованный свет и явление диамагнетизма.
Фарадей давно уже думал о возможности использования луча поляризованного света как средства исследования состояния прозрачных тел, находящихся под действием электрических и магнитных сил. Д-р Бене Джонс («Life of Faraday», т. I, стр. 362) приводит следующую заметку из лабораторного дневника Фарадея от 10 сентября 1822 г.:
«Поляризовал отражением луч лампы и пытался определить, оказывает ли на него какое-нибудь деполяризующее действие вода, помещённая между обоими полюсами вольтового столба в стеклянном сосуде; однажды пользовался волластоновским сосудом; разлагаемыми жидкостями являлись чистая вода, слабый раствор сернокислого натрия и крепкая серная кислота. Ни одна из них не оказала никакого влияния на поляризованный свет ни в том случае, когда она была включена в электрическую цепь, ни в том случае, когда она не была включена, так что таким способом нельзя было установить никакого специального расположения частиц».
Одиннадцать лет спустя мы находим в его записной книжке другие записи от 2 мая 1833 г. («Life» Вепсе Jones, т. II, стр. 29). Он пытался исследовать не только действие постоянного тока, по и действие прерывания его.
«Поэтому я не думаю, чтобы разлагающиеся растворы или вещества оказывали в результате разложения или перегруппировок какое бы то ни было действие на поляризованный луч. Я испытаю теперь неразлагающиеся тела – как твёрдую селитру, азотнокислое серебро, буру, стекло и др.– в твёрдом состоянии, чтобы посмотреть, создаётся ли какое-нибудь внутреннее состояние, которое разрушается при разложении, т. е. существует ли, когда их нельзя разложить, какое-либо состояние электрического напряжения. Моё стекло с бурой хорошо и обычное электричество лучше вольтаического».
6 мая он производит дальнейшие опыты и заключает: «Следовательно, я не вижу никаких причин для того, чтобы предполагать, что можно сделать явной какую-либо структуру или напряжение в разлагающихся или в неразлагающихся телах, находящихся в состоянии непроводимости или же проводимости».
Подобные упомянутым выше опыты были недавно произведены в Глазго д-ром Кэрром, полагающим, что он получил явное свидетельство действия на луч поляризованного света, когда электрическая сила перпендикулярна к лучу и наклонена под углом в 45° к плоскости поляризации. Однако многие физики не были в состоянии получить результатов Кэрра.
Наконец, в 1845 г. Фарадей взялся за старую проблему, но на этот раз с полным успехом. Прежде чем описать полученные им результаты, мы упомянем о том, что в 1862 г. он избрал вопрос о связи между светом и магнетизмом предметом своей последней экспериментальной работы. Он пытался, но безуспешно, открыть какое-либо изменение в спектральных линиях пламени, подвергнутого действию мощного магнита.
Эта длинная серия исследований является примером его настойчивости. Его энергия проявилась в том пути, которому он следовал при своём открытии и в конце которого он все же добился успеха. Впервые явление вращения плоскости поляризации света под действием магнетизма было получено им 13 сентября 1845 г.; прозрачным веществом служило изобретённое им же тяжёлое стекло.
30 августа 1845 г. он начал работать над проблемой прохождения поляризованного света сквозь электролиты. Через три дня он работал с обычным электричеством, пробуя стекло, тяжёлое оптическое стекло, кварц, исландский шпат – все безрезультатно, так же как и при предыдущих попытках. 13 сентября он работал над линиями магнитных сил. Исследовались воздух, флинт, стекло, горный хрусталь, известковый шпат – по все безрезультатно.
«Производились опыты с тяжёлым стеклом. Оно не дало никаких результатов ни когда одинаковые магнитные полюсы или противоположные полюсы находились по разные стороны (относительно направления поляризованного луча), ни когда оба одинаковых полюса находились по одну сторону как при постоянном, так и при прерывистом токе. Но когда противоположные полюсы находились с одной стороны, то имелось воздействие на поляризованный луч, и таким образом было доказано, что магнитная сила и свет находятся в каком-то соотношении. Весьма вероятно, что этот факт окажется чрезвычайно плодотворным и весьма важным в деле исследования условий проявления сил природы».
Он немедленно продолжает исследовать другие вещества, но «без результатов» и заканчивает, говоря: «с меня хватит на сегодня». 18 сентября он «великолепно поработал весь день». В течение сентября он работал четыре дня: в октябре – шесть, а 6 ноября он послал в Королевское общество 19-ю серию своих «Experimental Researches», в которых полностью излагаются все условия получения явлений. Отрицательное вращение в ферромагнитной среде – единственный важный факт, который оставалось открыть. (Впоследствии открыт в 1856 г. Верде.)
Его работа этого года ещё не была закончена. 3 ноября был получен новый подковообразный магнит, и Фарадей немедленно начинает экспериментировать над действием магнита на поляризованный луч, проходящий через газы, но безрезультатно. На следующий день он повторяет опыт, не давший никакого результата 6 октября. Стержень из тяжёлого стекла был подвешен на шёлковой нити между полюсами нового магнита. «Когда это было сделано и стержень пришёл в состояние покоя, я обнаружил, что мог воздействовать на него магнитными силами и придавать ему некоторое положение». К 6 октября он послал Королевскому обществу 20-ю, а 24 декабря – 21-ю серию своих «Researches», в которых полностью описывались свойства диамагнитных тел. Таким образом, два великих открытия были разработаны, как и одно его более раннее открытие, в течение приблизительно трёх месяцев.
Открытие магнитного вращения плоскости поляризации света, хотя и не вело к столь же важным практическим применениям, как некоторые из более ранних открытий Фарадея, имело для науки величайшую ценность, так как давало полное динамическое доказательство того, что, где бы ни существовали магнитные силы, там есть материя, малые частицы которой вращаются вокруг осей, параллельных направлению этой силы.
Мы привели несколько примеров сосредоточенных усилий Фарадея для отождествления, казалось бы, различных сил природы, его дальновидности при выборе предмета исследования, его настойчивости в преследовании поставленной перед собой цели, энергии, с которой он разрабатывал результаты своих исследований, и точности и полноты окончательных формулировок законов явлений.
Особенности исследовательского духа Фарадея легко обнаружить, читая его произведения. Но в его натуре была и другая сторона, которой он придавал не меньшее значение и которая проявлялась в его отношении к друзьям, к семье и к церкви, к которой он принадлежал.
Его письма, ого беседы всегда были полны содержанием, могущим вызвать живой интерес, и никогда не содержали ничего порождающего недоброжелательство. В тех редких случаях, когда ему приходилось, выходя из области науки, вступать на поприще полемики, он ограничивался установлением фактов, предоставляя им говорить самим за себя. Он был совершенно свободен от гордыни и самовосхваления. В период расцвета его творческих сил он всегда с благодарностью принимал всякую поправку и пользовался всяким даже самым скромным указанием, которое позволяло ему внести улучшение в какую-либо деталь его работы. Когда к концу жизни его память и умственная мощь стали ослабевать, он незаметно и без жалоб отказался от всей той части своей работы, которую не мог более вести с той эффективностью, которую считал необходимой. Когда же он но мог более заниматься наукой, то удовлетворился спокойной жизнью, посвящённой Дружеским и семейным привязанностям, которые он лелеял не менее усердно, чем научные свои труды.
Родители Фарадея принадлежали к очень малочисленной и замкнутой христианской секте, обычно называемой последователями Роберта Сандемана. Фарадей посещал её собрания с детства; в возрасте 30 лет он официально вступил в неё и дважды, в различное время, исполнял функции старосты. Его точка зрения на отношения между наукой и религией изложена в лекции об умственном воспитании, прочитанной в 1854 г. и опубликованной в конце его книги «Researches in Chemistry and Physics».
О цветовом зрении
Всякое зрение есть цветовое зрение, так как только наблюдая разницу в цвете, мы различаем форму предметов. Я включаю различие в яркости или в оттенке35* в различие в цвете.
Где-то в начале этого столетия Томас Юнг сделал в Королевском институте первое достоверное сообщение о той доктрине цветового зрения, которую я собираюсь проиллюстрировать. Её можно сформулировать следующим образом. Мы способны воспринимать три цветовых ощущения. Свет различного вида возбуждает эти ощущения по-разному, и все вариации цветового зрения осуществляются при различных комбинациях этих трёх первичных ощущений. В этом утверждении есть одно слово, на котором мы должны зафиксировать своё внимание. Это слово – ощущение. Кажется почти трюизмом говорить, что цвет – это ощущение; и ещё Юнг, действительно признавая эту основную истину, дал первую последовательную теорию цвета. Насколько мне известно, Томас Юнг был первым, кто, начав от всем известного факта, что существуют три основных цвета, нашёл объяснение этому факту не в природе света, а в строении человека. Даже среди тех, кто писал о цвете после Юнга, некоторые полагали, что они должны изучать свойства пигментов, а другие – что они должны анализировать световые лучи. Они стремились постичь цвета, изучая нечто в окружающей природе – вне себя.
Итак, если ощущение, которое мы называем цветом, имеет некоторые законы, то должно существовать что-то в нашей собственной природе, что определяет вид этих законов; и мне нет необходимости говорить вам, что единственные данные, которые мы можем получить о себе, даёт нам сознание. Следовательно, наука о цвете должна рассматриваться как существенно теоретическая наука. Она отличается от большей части того, что называют теоретической наукой в широком смысле, от того, что составляет физические науки, и, в частности, от оптики и анатомии. Но даёт доказательства тому, что она – теоретическая наука, многочисленными иллюстрациями, которыми она снабжает различные действия мозга.
Мы всегда чувствуем себя увереннее, когда имеем дело с физикой. Поэтому я начну с показа того, как мы применяем открытия Ньютона к преобразованию света, чтобы дать вам возможность самим испытать различные ощущения цвета. До Ньютона белый свет считали из всех известных вещей самым чистым. Когда свет оказался окрашенным, предположили, что он загрязняется при соприкосновении с грубыми телами. Мы можем ещё думать, что белый свет – эталон чистоты, хотя Ньютон учил, что его чистота не означает его простоты.
Получим теперь призматический спектр на экране. Видим простые цвета, из которых всегда состоит белый свет. Мы можем различить множество оттенков, переходя от одного края к Другому; но, применив мощные спектроскопы или воспользовавшись работами тех, кто составил атлас спектров, узнаем множество разновидностей света, каждая из которых требует специального изучения. С увеличением разрешающей способности приборов возрастает в том же отношении число линий, видимых в спектре.
Свет, как доказал Ньютон, состоит из тех лучей, на которые он разлагается прибором. Предметы, которые мы называем окрашенными, будучи освещены белым светом, производят отбор этих лучей, и до нашего глаза доходит лишь часть того света, который попадает на них. Но если их освещают лучи только одного цвета спектра, то они могут казаться только этого цвета. Если я помещу диск, состоящий из чередующихся квадрантов красной и зеленой бумаги, в пучок красных лучей, то он покажется весь красным, но красные квадраты будут ярче. Если я помещу диск в пучок зелёных лучей, то оба листа покажутся зелёными, но красный диск теперь будет самым томным. Таким образом, это является оптическим объяснением окраски тел, освещённых белым светом. Тела разделяют белый свет на компоненты, поглощая одни и отражая другие.
Возьмём два прозрачных раствора. Один кажется жёлтым – он содержит бихромат углекислого калия; другой представляется голубым – он содержит сульфат меди. Если я пропущу свет электрической лампы одновременно через оба раствора, то пятно на экране окажется зелёным. С помощью спектра мы сможем объяснить это. Жёлтый раствор обрезает голубой конец спектра, пропуская только красный, оранжевый, жёлтый и зелёный. Голубой раствор обрезает красный конец, пропуская только зелёный, голубой и фиолетовый. Как видите, через оба раствора может пройти только свет зеленого цвета. Аналогично смесь большого количества голубой и жёлтой красок кажется зеленой. Свет, попадающий на смесь, так распределяется между жёлтыми и голубыми частицами, что остаётся только зелёный. Но жёлтый и голубой свет при смешении не дадут зеленого, как вы увидите, если мы направим их одновременно на одну и ту же часть экрана.
То, что многие не только продолжают верить, основываясь на смешивании красок, что голубой и жёлтый дают зелёный, но даже убедили себя, что они могут отделить ощущение голубизны и желтизны в ощущении зеленого, служит поразительной иллюстрацией мышления.
До сих пор мы анализировали свет, используя окрашенные вещества. Теперь мы должны вернуться, ещё под руководством Ньютона, к призматическому спектру. Ньютон не только
Раскрыл, что таит в себе сиянье дня,
но и указал, как свести цвета опять вместе. У нас здесь чистый спектр, но вместо того чтобы ловить его на экране, мы пропустим его через линзу, достаточно большую, чтобы собрать все цветные лучи. Эти лучи проходят в соответствии с хорошо известными положениями оптики, чтобы дать изображение призмы на экране, расположенном на соответствующем расстоянии. Это изображение создаётся лучами всех цветов, и вы видите результат: оно белое. Но если я задержу любые цветные лучи, изображение более не будет белым, а станет цветным; если я пропущу лучи только одного цвета, изображение призмы окажется того же цвета.
Здесь у меня есть набор щелей, с помощью которых я могу выделить один, два или три вида лучей спектра; они-то и создадут изображение призмы, в то время как остальные лучи будут задержаны. Это даёт мне полную власть над цветами спектра, и я могу образовать на экране любой возможный оттенок, меняя ширину и положение щелей, через которые проходит свет. Я также мог бы, поставив линзу на пути света, показать вам увеличенное изображение щелей, на котором бы вы увидели различные сорта света, которые составляют смесь.
Есть цвета – красный, зелёный и голубой, а смесь этих трёх, как видите, почти белая. Попытаемся смешать два из этих цветов. Красный и голубой дают яркий пурпур или темно-красный; зелёный и голубой дают цвет морской волны или лазурный; красный и зелёный – жёлтый.
Здесь мы вновь сталкиваемся с не всем известным фактом. Ни один художник, желая получить ярко-жёлтую краску, не станет смешивать красную и зеленую. В результате получился бы грязный серовато-коричневый цвет. Природа снабжает художника яркими жёлтыми красками, и он пользуется ими. При смешении красной и зеленой красок на палитре, красный свет, рассеиваемый красной краской, теряет почти всю свою яркость, проходя среди частиц зеленой, и то же относится к зеленому свету. Но если кисть, которой мы рисуем, состоит из лучей света, то эффект от двух слоёв цвета получается совсем другой. Красный и зелёный дают очень яркую желтизну, интенсивность которой, как можно показать, равна интенсивности чистейшего желтого в спектре.
Теперь я расположу щели так, чтобы они пропускали жёлтый свет спектра. Как видите, он подобен по цвету жёлтому, полученному смешением красного и зеленого, но отличается от смеси, будучи строго однородным с физической точки зрения: призма не разделяет его на две части, как смесь. Теперь скомбинируем этот жёлтый с голубым из спектра. В результате получаем не зелёный; мы можем сделать его розовым, если наш жёлтый был тёплой окраски, но если мы выберем зеленовато-жёлтый, то сможем получить хороший белый.
Вы увидели наиболее замечательные комбинации цветов – другие отличаются от них по степени, но не по качеству. Теперь я должен попросить вас не думать больше о физических устройствах, с помощью которых вы смогли увидеть эти цвета, и сосредоточить внимание на цветах, которые вы видели, т. е. на некоторых ощущениях, которые доходят до вашего сознания. Здесь мы сталкиваемся с такого рода трудностями, которые не встречаются при чисто физическом исследовании. Мы все можем воспринимать эти ощущения, но никто не может описать их. Они не только субъективное свойство, но и непередаваемое свойство. Мы называем внешние объекты, возбуждающие наши ощущения, но не сами ощущения.
Когда мы смотрим на широкое поле одного цвета, будь то цвет действительно простой или составной, мы обнаруживаем, что ощущение цвета воспринимается как одно и неделимое. Мы не можем так выделить те элементарные ощущения, из которых оно состоит, как мы можем различить отдельные ноты музыкального аккорда. Цвет, следовательно, должен рассматриваться как нечто простое, качественно способное к изменениям.
Чтобы привнести качество в точную науку, мы должны понять, как оно зависит от значений одной или более величин, и первый шаг в этом – определение числа переменных, которые необходимы и достаточны для определения качества цвета. Нам не надо никаких тщательных экспериментов для доказательства того, что качество цвета может изменяться тремя, и только тремя, независимыми способами.
Один способ выразить это – сказать вслед за художниками, что цвет может изменяться по окраске, тону и оттенку. Лучший пример цветового ряда, изменяющегося по окраске,– сам спектр. Разница в окраске может быть проиллюстрирована разницей между соседними цветами в спектре. Ряд окрасок в спектре неполон; поэтому для получения пурпурных оттенков мы должны смешать красный и голубой.
Тон может быть определён как степень чистоты цвета. Таким образом, ярко-жёлтый, темно-жёлтый и кремовый создают цветовой ряд, примерно одинаковый по окраске, но изменяющийся по тону. Тона, соответствующие любой данной окраске, создают ряд, начинающийся с наиболее ярко выраженного цвета и заканчивающийся совершенно нейтральным тоном.
Оттенок можно определить как больший или меньший недостаток яркости. Если начать с какого-либо тона любой окраски, то можно создать постепенный переход от этого цвета к чёрному, и этот переход есть последовательность оттенков этого цвета. Таким образом, можем сказать, что коричневый – это тёмный оттенок оранжевого.
Качество цвета может изменяться тремя различными и независимыми способами. Мы не можем представить себе что-либо другое. Фактически, если мы соотнесём один цвет с другим с тем, чтобы согласовать их в окраске, тоне и оттенке, два цвета будут абсолютно неразличимы. Следовательно, существуют три, и только три, способа, которыми цвет может изменяться.
Я сознательно избегал пока говорить о том, что могло быть названо научным экспериментом, а хотел указать на возможность просто из нашего повседневного опыта определить число величин, от которых зависит изменение цвета.
Возьмём некоторую точку в этой комнате: если я хочу определить её положение, я должен оценить три расстояния – а именно, высоту над полом, расстояние от стены за мной и расстояние от стены слева от меня.
Это – только один из многих способов определения положения точек, но один из наиболее удобных. И цвет также зависит от трёх величин. Если мы укажем интенсивность трёх первичных цветовых ощущений и сможем каким-либо способом измерить эти три интенсивности, то можем рассматривать цвет как определённый этими тремя измерениями. Следовательно, определение цвета подобно определению точки в комнате, поскольку оба они зависят от трёх измерений.
Сделаем следующий шаг и предположим, что цветовые ощущения, измеренные по некоторой шкале интенсивности, и точка, для которой известны три расстояния, или координаты, содержат одинаковые по величине степени интенсивностей и число футов соответственно. Тогда мы можем сказать, используя геометрическую интерпретацию, что цвет описывается математически точкой, определённой в комнате таким образом; и если есть несколько цветов, представленных несколькими точками, то хроматические связи цветов будут соответствовать геометрическим связям точек. Такой метод выражения связей цветов очень помогает воображению. Эти связи цветов, устанавливаемые чрезвычайно ясно, вы найдёте в книге Бенсона «Руководство по цвету», одной из очень немногих книг по цвету, в которой утверждения основаны на правильных экспериментах.
Но есть и ещё более удобный способ представить связи цветов – с помощью цветового треугольника Юнга. На плоскости невозможно представить себе все мыслимые цвета; для этого необходимо пространство трёх измерений. Но если мы рассматриваем цвета только одного и того же оттенка, т. е. цвета, у которых сумма интенсивностей трёх ощущений одинакова, то изменения в тоне и окраске всех таких цветов могут быть представлены точками на плоскости. Для этого мы должны провести плоскость, отсекающую равные отрезки от трёх линий, представляющих первичные ощущения. Часть этой плоскости внутри пространства, в котором мы распределяли наши цвета, будет равносторонним треугольником. Три основных цвета – в трёх вершинах треугольника, белый или серый – в середине его, тон, или степень чистоты, любого цвета будет определяться расстоянием от средней точки, а окраска будет зависеть от направления линии, соединяющей её со средней точкой.
