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ニュートンのプリズム実験:光のスペクトルを彼はいかにして発見したか

1666年、アイザック・ニュートンは市でガラスのプリズムを購入し、科学史上最もエレガントな実験の一つとなる研究を行いました。彼は太陽光をプリズムに通すことで、光と色の性質に関する2000年間にわたる既成概念を打ち砕いたのです。

ニュートン以前の誰もが信じていたこと

ニュートン以前、主流の理論では、白色光は純粋で単純なものであり、色は光と闇が混ざり合うことで生じると考えられていました。これはアリストテレス以来の説です。プリズムは光を汚すことで「着色」すると考えられていました。赤色の端は汚染が最小限である結果、紫色の端は最大限である結果だと考えられていたのです。

決定的な実験

ニュートンは太陽光線をプリズムに通し、壁に馴染み深い虹のスペクトルを作り出しました。しかし彼は、誰も試みたことのないことを行いました。スペクトルから単一の色、例えば赤色を分離し、それを二つ目のプリズムに通したのです。二つ目のプリズムではさらなる色は生成されませんでした。赤が入れば、赤が出てくるのです。これは、プリズムによって白色光に色が付け加えられているわけではないことを証明しました。プリズムは、もともと存在する色を分離していたのです。

再構成

ニュートンは次に、二つ目のプリズムを逆向きに使用して、スペクトルを白色光へと再結合しました。この分解と再結合という二重の証明は、白色光がすべての色の混合物であり、ガラスを通る際にそれぞれが異なる量(異なる屈折率)で屈折することを示しました。

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色彩視覚の理論

ニュートンは、異なる色は異なる種類の微粒子(彼の光の粒子説)に対応していると提唱しました。後に微粒子説は波動説、そして量子論へと取って代わられましたが、白色光がすべての色を含んでいるという彼の結論は正しかったのです。彼はまた、自身のカラーホイールで原色のアイデアを導入しましたが、彼が選んだ特定の原色(赤、橙、黄、緑、青、藍、紫)は、音階の7つの音と一致させたいという彼の願いに部分的に影響を受けていました。

よくある質問

ニュートンはプリズムで何を発見しましたか?

ニュートンは、白色光が純粋な物質ではなく、すべての色の混合物であることを証明しました。プリズムを通すと、異なる色は異なる角度(異なる屈折率)で屈折し、スペクトルが分離されます。逆向きに置いた二つ目のプリズムを使えば、それらを白色光に再結合できます。

なぜニュートンのプリズム実験は重要なのでしょうか?

それは、色が白色光を汚染することで生じるという2000年続いたアリストテレスの理論を覆したからです。色とは光そのものの性質であることを証明し、光学の基礎を築き、制御された決定的な実験の力を示したのです。

なぜニュートンは虹に7色を選んだのですか?

ニュートンは当初5色を特定していましたが、音階の7つの音と調和させるために橙と藍を加えて7色にしました。これは統一された自然の調和への彼の信念を反映しています。厳密に7つを選んだのはある程度恣意的なものでした。実際にはスペクトルは連続的で、自然な区分はありません。

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