Šviesos dispersija. Ištisinis spektras
Siauras baltos šviesos spindulių pluoštas, eidamas pro stikline prizme, išsiskaidi į įvairių spalvų šviesos pluoštus. Spalvota juostelė ekrane vadinama ištisiniu spektru. Šviesos išskaidymas vadinamas šviesos dispersija. Ištisinis spektras gaunamas išskaidžius šviesą, kurią spinduliuoja įkaitę kietieji kūnai ir skysčiai. Šviesos dispersiją atrado I. Niutonas.
„1666 metų pradžioje (tuo laiku aš buvau užsiėmęs kitokių negu sferiniai stiklų šlifavimai) aš gavau trikampę stiklo prizmę, norėdamas ja daryti bandymus su garsiuoju spalvų reiškiniu. Tam tikslui, užtemdęs savo kambarį ir padaręs nedidelę skylę langinėje, kad pro ją praeitu kiek reikia saulės šviesos, aš padėjau prizmę ten, kur įeina šviesa, tai, kad ji galėjo užlūžti į priešais stovinčią sieną. Ir čia susidariusių gyvų ir ryškių spalvų reginys man teikė malonaus pasitenkinimo.“ -I. Niutonas
Baltos šviesos dispersija aiškinama tuo, kad baltą šviesą sudaro skirtingų ilgių elektromagnetinės bangos ir šviesos lūžio rodiklis priklauso nuo jos bangos ilgio.
„…tos spalvos neatsirado naujai, o tik pasidarė matomos dėl išskyrimo, nes jegu jas vėl visas sumaišysime, tai jos vėl sudarys tą šviesą, kurią jos buvo sudariusios prieš suskaidymą. Dėl tos prižasties pakitimai, kurie susidaro sujungiant įvairias spalvas, nėra realūs, nes, jei skirtingus spindulius vėl išskirsime, jie duos vėl visiškai tas pačias spalvas, kaip ir prieš įeidami į mišinį. Kaip jūs žinote, mėlyni ir geltoni milteliai, labai gerai sumaišyti, plikai akiai atrodo žali, o vis dėlto mišinį sudarančių dalelių spalvos iš tikrųjų nepasikeitė, tik susimaišė. Nes, pažiūrėję pro gerą mikroskopą, pamatysime, kad jos, kaip ir anksčiau, atrodo tik mėlynos ir geltonos.“
Dižiausias yra trumpiausių šviesos bangų (violetinių), o mažiausias – ilgiausių šviesos bangų (raudonų) lūžio rodiklis. Absoliutinis šviesos lūžio rodiklis išreškiamas šviesos greičio c vakuume ir šviesos greičio v aplinkoje saktykiu:
n = c/v
Bandymai parodė, kad vakuume bet kurio ilgio šviesos bangos greitis yra vienodas. Iš čia išplaukia, kad šviesos dispersiją stiklinėje prizmėje lemia šviesos slidimo greičio aplinkoje priklausomybė nuo šviesos bangos ilgio.
Išskirtas spektro spalvas galima būtų vėl sumaišyti draugėn antra, tam tikru būdu pritaikyta prizme, jeigu tik šis aiškinimas nėra klaidingas. Procesas būtų kaip tik atvirkščias prieš tai buvusiam procesui. Mes gautume baltą šviesą iš ansčiau išskirtų spalvų. Niutonas eksperimentu patvirtino, kad iš tikrųjų šiuo būdu galima gauti baltą šviesą iš jos spektro, o spektrą – iš baltos šviesos tiek kartų, kiek mums patinka.
Tarkime, kad mes išskyrėme labai siaurą spektro ruoželį. Tai reiškia, kad iš visos daugybės spalvų mes ledome tik vienai praeiti pro plyšį, o kitas sulaikėme ekranu. Spindulys, kuris praeina pro plyšį, bus sudarytas iš vienalytes (monochromatinės) šviesos, atseit, iš šviesos, kurios nebegalima suskaidyti į tolesnius komponentus. Tai teorijos išvada, ir ją lengva patikrinti eksperimentu. Tokio vienalytės spalvos spindulio jokiu būdu negalima toliau suskaidyti. Yra paprastas būdas pasidaryti vienalytės šviesos šaltinį. Pavyzdžiui, įkaitintas natris skleidžia vien geltoną šviesą. Daryti paprastus optinius eksperimentus su vienalyte šviesa dažnai labai naudiga, nes tuomet lengva suprasti, kad šiuo atveju gautas rezultatas bus daug paprastesnis.
Įsivaizduokime, kad staiga atsitiko labai keistas įvykis: mūsų saulė ėmė šviesti tik vienos tam tikros spalvos šviesa, sakykim, geltona. Tada toji milžiniška spalvų įvairovė žemėje bemetant išnyktų. Visa atrodytų arba geltona, arba juoda!