Vaated valguse olemusele

17. sajandi II poolel, eriti selle viimastel aastakümnetel, kui tegut-ses ka Newton, avardusid oluliselt valgusõpetuse – optika – sisu ja võimalused. Murdumisseadused ja dispersioon panid aluse kiirte-optika uutele rakendustele – läätsede ja optiliste riistade arvutustele, aga ka füüsikalisele värvusõpetusele. Õhukeste kilede värvus, dif-raktsioon ja kaksikmurdumine viitasid kiirteoptika raskustele ja piiratusele, nende nähtuste mõistmise ja seletamiseni lainete inter-ferentsi ja polarisatsiooni abil kulus veel umbes sajand.

Üha aktuaalsemaks muutus küsimus valguse olemusest, s.t. mu-delist, mis võimaldaks mõista kõiki valgusnähtusi. Konkureerisid kaks seisukohta: 1) valgus on substants või osakeste voog, mida

emiteerib kiirgusallikas, see oli emissiooni- ehk korpusklihüpotees, 2) valgus on liikumine, mis levib lainetena valgusallikast ümbritse-vasse ruumi – lainehüpotees. Tollal teadaolevate nähtuste seletami-seks näis enam-vähem sobivat nii üks kui ka teine hüpotees. Eelistuse aluseks olid suurel määral subjektiivsed kaalutlused. Nii leidis Huy-gens, et korpusklihüpoteesiga ei ole kooskõlas valgusvoogude sõl-tumatus, s.t. võime teineteist segamata läbida, ning valguse sirgjoo-neline levimine läbipaistvas keskkonnas. Nende väidete taga on mehaaniline pilt eri suundades liikuvate kuulikeste põrkumisest ja nende põrkumistest keskkonna paigalseisvate osakestega.

Newton seevastu pidas põhiargumendiks laineteooria vastu val-guse sirgjoonelist levimist. Oma „Optikas“ ta kirjutas: „Kui valgus oleks rõhumine või liikumine, mis levib vedelas keskkonnas (eet-ris) kas silmapilkselt või lõpliku kiirusega, siis ta peaks kõverduma varju sisse“, nii nagu lained painduvad takistuse taha või nii nagu tornikella helin tungib künka taha. „Kuid valguse korral ei ole teada ühtegi juhtumit, kus valgus leviks piki looklevaid käike või pain-duks varju sisse.“ Nagu eespool märkisime, oli selline väide, mis ra-janes ekslikul arusaamal difraktsiooni olemusest, ajastule tüüpiline.

Kaks Newtoni täiendavat vastuväidet toetusid tema kujutlusele, et valguslainete levikukeskkond – eeter – peab olema ülihõre vedelik:

esiteks, selles levivatele pikilainetele ei saa kuidagi omistada kaksik-murdumises ilmnevat polaarsust, ja teiseks, selline tühja ruumi täitev keskkond peaks mingil määral takistama planeetide liikumist, seega tegema võimatuks nende stabiilsed orbiidid.

Eelistades „Optikas“ emissioonihüpoteesi, pidas Newton põhi-objektiks valguskiirt. „Valguskiire all ma mõistan (valguse) väikse-maid osasid nii nende üksteisele järgnevuses mööda samu jooni kui ka nende üheaegses olemasolus mööda erinevaid jooni.“ Sel-lele definitsioonile järgnes oluline täpsustus: valguskiired oma ise-loomulike omadustega võivad eksisteerida ilma ülejäänud valgu-seta. Prismakatsetest selgus, et valge valguskiir on lihtvärvuskiirte kogum, kusjuures igat värvust iseloomustab aine murdumisnäitaja kindel väärtus, aga ka Newtoni rõngaste katsega määratav lineaarne perioodilisus. Kaksikmurdumine võimaldas omistada tavalisele ja ebatavalisele kiirele veel erineva polaarsuse.

„Printsiipide“ 1. raamatu lõpuosas (vt. ka § 2.2) püüdis Newton matemaatiliselt tõestada, et on olemas analoogia valguskiire kulge-mise ja väga väikeste osakeste liikukulge-mise vahel, kui viimastele mõju-vad suure keha (ka läbipaistva keskkonna) üksikutest osakestest lähtuvad tsentraalsed tõmbejõud, mis oma olemuselt erinevad gravi-tatsioonijõududest. Nii oli võimalik murdumist seletada optiliselt tihedama keskkonna suurema külgetõmbega. Seetõttu pidi ka val-guse kiirus olema optiliselt tihedamas keskkonnas suurem kui opti-liselt hõredamas. See oli sama murdumisseadus, mille oli tuletanud juba Descartes, kuigi vahepeal olid Fermat ja Huygens jõudnud vastupidise (õige) tulemuseni. Teinud kindlaks sellise analoogia, hoiatas Newton siiski, et ei puuduta sellega valguskiirte olemust ega diskuteeri, kas need on kehalised objektid või mitte. Kehadele omistati tol ajal kolm omadust: inerts, läbitungimatus ja ulatuvus.

Seega pidas Newton võimalikuks, et valguskiirel võiks vähemalt mõni neist omadustest puududa. Kuna „Printsiipide“ üks põhiteese oli hüpoteeside vältimine, siis tekitas siinne käsitlus arusaama, et Newton oli valguse korpusklihüpoteesi veendunud pooldaja, ja toe-tudes paljuski tema autoriteedile, konkureeris emissiooniteooria kogu 18. sajandi jooksul edukalt laineteooriaga. Harilikult omistati valguskiirte täiendavad karakteristikud (värvus, polaarsus) otse val-guse korpusklitele. Kahtlemata jättis ka Newtonile enesele sügava mulje tema mehaanikakontseptsiooni loogiline järjekindlus ja lausa ootamatu universaalsus. Seetõttu asendas ta ka ise värvusega seo-tud valguskiire lineaarse perioodilisuse valguskorpusklite ajas järg-nevate sööstudega (ingl. fit – hoog, sööst, atakk) olekust, milles ta läbib keskkonda, olekusse, milles ta sellelt peegeldub.

Emissiooniteooria pooldajad, kes absolutiseerisid Newtoni vaa-teid, muutsid neid tavaliselt palju jäigemaks. Tegelikult oli Newtoni enese käsitlus valguse olemusest hoopis tolerantsem. Olles korpus-kulaarse teooria tegelik looja, püüdles ta ise kompromissile laine-teooriaga. Tuntud Newtoni-uurija Sergei Vavilov (Сергей Ивано-вич Вавилов, 1891–1951) on kirjutanud: „… vaevalt oli Newtoni kaasaegsete hulgas, kaasa arvatud Huygens ja Hooke, füüsikuid, kes nii selgelt (nagu tema) oleksid mõistnud laineteooria kogu kasu-likkust ja olemust“.

Oma artiklis 1675/76 märkis Newton, et valgust ei saa definee-rida eetrina või selle liikumisena, võib vaid oletada, et see on „ma-teriaalne emanatsioon või liikumine või impulss, mis tekitab liiku-mise, või veel miski muu, mis võib osutuda sobilikumaks“. Sellele järgnes korpusklihüpoteesi lühiesitus: „Ma oletan vaid, et valgus koosneb kiirtest, mis erinevad üksteisest juhuslike asjaolude, suu-ruse, kuju või jõu poolest, nii nagu erinevad liivaterad mererannal, lained järvepinnal või inimeste näod. Edasi ma võin väita valguse kohta, et see erineb eetri võnkumistest, sest muidu poleks võimalik vari ega läbipaistmatud kehad. Vaatamata valguse ja eetri erinevu-sele ma oletan, et valgus ja eeter mõjutavad teineteist“. Selle mõ-jutamisega seletas ta nii valguse peegeldumist kui ka murdumist, aga ka Newtoni rõngaste tekkimist. Rõngastele iseloomulikku perioo-dilist struktuuri tõlgendas Newton lainete abil, mida valgus eetris esile kutsub. „Homogeenses ehk ühevärvilises valguses tekivad hele-dad ja tumehele-dad rõngad, mille raadiused on teatud viisil määratud vastava õhukihi paksuse ja lainepikkuse suhtega. Punane ja kollane valgus tekitavad eetris teise pikkusega laineid kui sinine ja violetne, seetõttu tekivad erinevate värvuste korral erinevate raadiustega rõngad, kõige väiksematega sinise, kõige suurematega punase val-guse korral. Samal põhjusel jaguneb valge värvus värvilisteks rõn-gasteks.“

Nii on Newtoni vaated valguse olemusele omapärane süntees korpuskli- ja laineteooriast, mis jäi lõpuni arendamata. Tegelikult on seda võimalik seletada matemaatiliste raskustega: tal oli ole-mas vaid korralik punktole-massi mehaanika. Pideva, eriti elastse kesk-konna mehaanika ja vajaliku matemaatilise aparatuuri loomine nõudis veel peaaegu sajandi jooksul paljude uurijate pingutusi.