Spostrzeżenia Boyle’a i Hooke’a

Zjawiska z tej dziedziny pierwsze skłoniły umysł Hooke’a ku teorii falowej. Są to barwy cienkich przezroczystych warstewek jakiegokolwiek rodzaju, znane pod nazwą larw cieniach płytek. Pod tym względem niema rzeczy naukowo ciekawszej nad zwyczajną bańkę mydlaną. Pozwolę sobie tutaj nawiasem zaznaczyć jedną z trudności, które nastręczają się pionierowi wiedzy czystej pośród ludzi ,,praktycznych”, jakimi są Amerykanie i Anglicy; trudno oczekiwać w tych krajach głębszej sympatii ku pracom, tak bardzo dalekim od życia praktycznego, jak poszukiwania człowieka nauki. Pomyślcie tylko: Dr. Draper spędzał dnie całe na puszczaniu baniek mydlanych i studiowaniu ich barw. Czy zdołalibyście okazać mu niezbędną pobłażliwość oraz udzielić potrzebnej pomocy? Zważcie nadto, że podobnymi rzeczami zajmowali się tacy uczeni, jak Boyle, Newton i Hooke i że na tych doświadczeniach oparto teorię, prowadzącą do wniosków niezliczonych. Znajduję dla was, nie zajmujących się nauką, jedną tylko radę, mianowicie abyście powierzyli uczonemu wybór przedmiotu badań; stoi on przed sądem równych mu osób; powinniście polegać na wyroku tych osób nad jego pracami.

Skąd więc pochodzą barwy bańki mydlanej? Dajmy na to, że promień światła białego pada na bańkę i odbija się od pierwszej powierzchni błonki. Lecz znaczna część promienia przenika w błonkę, dochodzi do jej drugiej powierzchni i tam znów częściowo ulega odbiciu. A więc fale przy drugiej powierzchni zawracają z powrotem i współrzędnie podążają za falami, odbitymi od pierwszej. I jeżeli grubość błonki jest taka, że sprawia odpowiednie opóźnienie, wówczas oba układy fal interferują nawzajem i zależnie od okoliczności dają wzmocnienie lub osłabienie światła.

Fale światła posiadają różne długości; jasnym jest przez to, że dla zgaszenia dłuższych fal niezbędną jest większa grubość błonki, aniżeli gdy chodzi o krótsze. Wskutek tego występować muszą różne barwy, gdy grubość błonki jest niejednakową.

Wylejmy niewielką flaszkę olejku terpentynowego do stawu; ujrzymy wtedy barwy, jaśniejące na powierzchni wody.

Na małą skalę wykonać to możemy w sposób następujący: napełniamy wodą zwyczajną tacę i zanurzamy pod powierzchnię cieczy koniec pipetki. Wiązka światła pada na wodę i odbija się od niej na ekranie. Nalewamy do pipetki olejku terpentynowego; opadłszy, wychodzi on z końca pipetki drobnymi kroplami, wznoszącymi się jedna za drugą na powierzchnię. Każda, po wydostaniu się na wierzch, w mgnieniu oka rozpływa się cieniutką warstewką i natychmiast świetne barwy ukazują się na ekranie. Ulegają one zmianie w miarę tego, jak grubość warstewki przekształca się pod działaniem parowania. Barwy układają się pierścieniami z powodu stopniowego zmniejszania się grubości płytki od środka ku brzegom tacy.

Każda cienka warstwa wytwarza takie barwy. Pokład powietrza pomiędzy dwiema ściśniętymi płytkami szklanymi daje, jak to wykazał Hook’e, barwne pasma. Nawet możemy obejść się bez powietrza; wystarcza pospolita przerwa ciągłości optycznej. Uderzmy siekierą czarny przezroczysty lód pod moreną lodowca – czarny, ponieważ czysty i głęboko sięgający; sprawimy przez to wewnątrz lodu szczeliny, które acz niedostępne dla powietrza, wykazują niekiedy jak najwspanialsze barwy właściwe cienkim płytkom. Lecz najciekawsze pod względem historycznym źródło ich stanowi bańka mydlana.

Posługując się jedną z mieszanin, używanych przez znakomitego ślepego przyrodoznawcę, Plateau, podczas badań nad figurami spójności cienkich błonek, można otrzymać w spokojnym powietrzu bańki mydlane średnicy 10 – 12 cali. Patrząc na samą bańkę lub też na jej obraz na ekranie, widzimy w obu razach żywe barwy, ułożone pasmami. Puśćmy równoległą wiązkę promieni z góry, z dołu lub z boków na bańkę; na ekranie ukażą się wspaniałe wachlarze barw, odbitych od bańki, obracające się wraz z obrotem bańki względem wiązki promieni. W doświadczeniu wyraźnie widzieć się dają i wewnętrzne ruchy błonki.

Wielkie teorie nie tworzą się od razu; przede wszystkim uwydatniają się fakty, służące im za podstawę; dopiero za okresem spostrzeżeń następuje czas rozmyślań i doświadczeń wyjaśniających. Przez te usiłowania umysł ludzki stopniowo przysposabia się do ostatecznego wyjaśnienia teoretycznego. Barwy cienkich płytek zwróciły na siebie, na przykład uwagę Roberta Boyle’a. W „Experimental History of Colours” zwalcza on szkoły, twierdzące jakoby barwa była własnością, przenikającą najbardziej wewnętrzne cząsteczki ciała i przytacza zjawiska temu zdaniu przeczące. „Dla przykładu, mówi, przypomnę tylko to, co rzekłem o barwach niebieskiej, czerwonej i żółtej, które można wywołać na stali zahartowanej; gdyż przy złamaniu stali okazuje się, że barwy te, aczkolwiek nader żywe, jednak istnieją tylko na powierzchni”. Następnie słowami, w których przebija wielka rozkosz, jaką mu praca ta sprawiała, opisuje następujące piękne doświadczenie. „Wzięliśmy pewną ilość czystego ołowiu, roztopiliśmy go na mocnym ogniu i natychmiast wylaliśmy w czyste naczynie odpowiedniej wielkości i  z odpowiedniego materiału (użyliśmy naczynia żelaznego, aby nie uszkodziło go mocne i raptowne gorąco). Po szybkim i starannym zdjęciu szumowin, pływających po powierzchni, dostrzegliśmy zgodnie z oczekiwaniem, że równa i błyszcząca powierzchnia roztopionej materii była pokryta świetną barwą. Ta, zarazem piękna i nietrwała, ustępowała prawie natychmiast miejsce innej, tak samo żywej, zastąpionej podobnież szybko przez trzecią, którą znów zamieniła czwarta. Świetne te kolory pojawiały się i kolejno ginęły dopóty, póki metal nie utracił gorąca potrzebnego do wykazywania dłużej tego przyjemnego zjawiska; barwy, upiększające powierzchnię stygnącego ołowiu, pozostały na nim, lecz tak powierzchownie, że skoro choć cokolwiek powierzchnię ołowiu zeskrobano, wówczas i barwa najzupełniej w tym miejscu ginęła. Te doświadczenia, dodaje, wzbudziły we mnie myśli i przypuszczenia, do wygłoszenia których braknie mi czasu obecnie.“.

Rozszerzył on swe badania na najważniejsze olejki eteryczne i na spirytus winny, które po wstrząsaniu tak długiem, aby wytworzyły dostateczną ilość baniek, wykazywały (przy uważnym badaniu) różne powabne barwy, znikające natychmiast skoro tylko błonki olejku stanowiące te bańki zlewały się z całą masą substancji. Wspomina on również o barwach blaszek szklanych: „widziałem jedną, wykonaną przez wydymanie kuli szklanej na lampie aż do pęknięcia; przy tym okazało się, że wskutek wielkiej spójności przed pęknięciem otrzymujemy szkło roztopione w postaci tak cienkich blaszek, że wykazują one stale na powierzchni różne barwy tęczy“.

Po Boyle’u barwy cienkich płytek zajęły uwagę Roberta Hooke’a, w pismach którego świta już teoria falowa. Opisuje on bardzo dokładnie barwy: 1. otrzymane przy użyciu cienkich płytek talku, 2. otaczające szpary w minerałach, w których ciągłość optyczną zniszczono. Udowadnia on bardzo wyraźnie zależność barwy od grubości blaszki i drogą badań mikroskopowych wykazuje, że płytki jednostajnej grubości dają barwę jednostajną. Gdy weźmiecie niewielki kawałek talku i za pomocą igły lub innego odpowiedniego przyrządu spróbujecie go rozszczepić  na coraz cieńsze blaszki to przekonacie się, że dopóki są nie dość cienkie, póty wyglądają przezroczyście i bezbarwnie; rozszczepiając i dzieląc je w dalszym ciągu, znajdziecie wreszcie, że każda blaszka bywa osobliwie pięknie kolorowaną; błyszczy pewną określoną barwą. Jeżeli jakimkolwiek sposobem rozszczepicie dość gruby kawałek tak, aby jedna część przylegała do drugiej i wprowadzicie pomiędzy nie jakiejkolwiek przezroczystej substancji, wówczas przezroczyste ciała, wypełniające tę przestrzeń dadzą kilka tęcz czyli smug kolorowych, barwy których są ułożone i uszeregowane stosownie do różnych grubości płytki w różnych miejscach.