ÁNH SÁNG HAY MÀU SẮC
Là một giáo sư môn toán Newton vốn dành thời gian đáng kể để nghiên cứu quang học. Ánh sáng và các tính chất của nó là trung tâm chú ý của các nhà nghiên cứu tự nhiên trong nhiều thế kỷ. Và đến thế kỷ XVII thêm một hoàn cảnh khá quan trọng làm tăng mối quan tâm đó. Kỹ thuật ấn loát ra đời từ giữa thế kỷ XV, qua một thời gian dài chủ yếu vẫn dừng lại ở việc in trắng- đen cho dù trong Kinh Thánh in năm 1450, Johannes Gutenberg đã in hai màu cho các đề mục. Suốt thế kỷ XVI, nhiều thợ in lành nghề muốn tìm những màu mới bằng cách trộn các loại mục khác màu. Thì ra những yêu cầu cơ bản của việc in màu được thực hiện chỉ cần sử dụng 4 loại màu: (3 mực màu, 1 mực đen). Nhà vật lý và hoá học nổi tiếng Robert Boyle (1627 - 1691) còn cho rằng có thể giảm bớt, chỉ còn lại ba màu (về sau phát hiện thấy đề xuất này là sai).
Lúc bấy giờ Boyle chưa kết đến kết luận của Newton qua những ngày sống ''ẩn dật'' ở Woolsthorpe, về hiện tượng màu trắng là hỗn hợp tất cả các màu của cầu vồng và lăng kính không tạo ra màu ánh sáng mà chỉ phân giải các yếu tố hợp thành ánh sáng. Tuy nhiên, Boyle đã tiến gần tới kết luận đó khi cho rằng màu sắc bề mặt là hệ quả của những tính chất của bề mặt chứ không phải do tính chất của ánh sáng gây ra. Ví dụ như vật màu đen hấp thụ gần như toàn bộ ánh sáng chiếu vào điều này được Boyle chứng minh bằng hiện tượng bàn tay đeo găng đen ra ngoài nắng sẽ nóng hơn toàn tay đeo găng trắng.
Newton suy ngẫm khá nhiều về các thí nghiệm của Boyle. Ông chế tạo một thiết bị quang học gồm hai lăng kính với khe mở (diaphragm) khác nhau. Nhờ thiết bị thí nghiệm này Newton đã chứng minh rằng nếu một tia sáng có màu sắc nhất định trong quang phổ do lăng kính thứ nhất phân giải và cho đi qua lăng kính thứ hai thì màu sắc ấy vẫn giữ nguyên không thay đổi.
Căn cứ vào thực nghiệm này cùng những thực nghiệm tương tự, Newton dự định xây dựng lý thuyết của ông về màu và ánh sáng bác bỏ quan điềm của Descartes, khẳng định ánh sáng là ''áp suất'' (tính chất sóng). Newton thì cho rằng ánh sáng là ''Vật thể'' (tính chất hạt). Theo ông, nếu ánh sáng là áp suất thì ban đêm cũng nhìn được rõ như ban ngày, có khi còn rõ hơn. Thật ra cách giải thích của Newton cho luận điểm trên vẫn rất mù mờ. Nhận thức này được ông thể hiện trong tiểu luận ''Lý thuyết mới về ánh sáng và màu sắc'' trình bày trước Hội Hoàng gia Luân Đôn ngày 6 sáng 2 năm 1672. Nhiều thành viên không tán thành các kết luận của Newton, nhất là khái niệm về tính chất ''vật thể'' của ánh sáng. Robert Hooke và Christiaan Huygens đã chứng tỏ rằng các thí nghiệm của Newton vẫn có thể giải thích bằng cách khác nhưng hai ông vẫn thừa nhận luận điểm chủ đạo của Newton là ánh sáng trắng không đơn sắc mà là tổ hợp các tia màu của cầu vồng theo tỉ lệ bằng nhau.
Newton đã bào chữa rằng trong tiểu luận này không có khẳng định dứt khoát ''ánh sáng là vật thể'' mà chỉ là giả định ''ánh sáng có lẽ là vật thể''. Ông trình bày những khúc mắc của lý thuyết sóng một cách tài tình. Theo ông khó nhất là lý giải sự truyền ánh sáng với tính chất hạt sau khi đã chỉ ra rằng có thể dựa vào các tính chất sóng để giải thích hợp lý nguồn gốc các màu trên tấm phim mỏng. Cuộc tranh luận đã làm tổn thương mối quan hệ giữa ông với các nhà bác học trong Hội Hoàng gia nhất là với Robert Hooke (1635 - 1703), một trong những người sáng lập Hội.
Phản ứng lạnh nhạt từ phía các thành viên Hội Hoàng gia làm Newton buồn bã. Tuy ông vẫn tiếp tục nghiên cứu quang học cho đến cuối đời những công trình lớn của ông liên quan đến đề tài này chỉ được công bố năm 1704, tức là hơn ba mươi năm sau khi ông đã qua đời.
KÍNH VIỄN VỌNG VÀ MỘT SAI LẦM
Newton trở thành hội viên Hội hoàng gia năm 1672, thậm chí tại đó ông đã gây ấn tượng mạnh khi trình diễn kính viễn vọng mới. Trước đó, để quan sát thiên văn, người ta dùng hệ kính viễn vọng theo hai kiểu: Galilei và Kepler. Trong kính viễn vọng kiểu Galilei vật kính là thấu kính lồi, thị kính là thấu kính lõm; còn trong kiểu Kepler thì cả vật kính lẫn thị kính đều là thấu kinh lồi. Trong hai hệ thống nói trên, hiện tượng phóng đại đều dựa trên cơ sở khúc xạ ánh sáng nên chúng được gọi là kính viễn vọng khúc xạ (refractor).
Trong các kinh viễn vọng theo nguyên lý phản xạ (refiector) vật kính là một tấm gương. Trong kính viễn vọng đầu tiên của Newton (năm 1668) có một gương lõm, gương thứ hai phẳng và nhỏ hướng ảnh sang một bên để người quan sát nhìn nó qua thị kính. Một sai lầm về lý thuyết độc đáo đã là nguyên nhân dẫn tới phát minh kính phản xạ của Newtor. Tất cả những thấu kính đã biết thời ấy đều có tính sắc sai, nghĩa là với ánh sáng màu sắc sẽ có hệ số khúc xạ (tức chiết suất) không giống nhau khiến cho ảnh thu được bị nhòe chuyển sang màu đỏ ở phía ngoài so với trục quang và màu xanh ở phía trong.
Newton cho rằng, sự lệ thuộc của chiết suất vào màu sắc ánh sáng không liên quan tới vật liệu chế tạo thấu kính và hiện tượng sắc sai có thể khắc phục bằng tổ hợp những tấm kính khác nhau. Kính viễn vọng kiểu phản xạ sẽ khắc phục được hiện tượng sắc sai đó.
Về sau hoá ra Newton đã lầm. Hệ số khúc xạ tùy thuộc bước sóng và vẫn có thể chế tạo được kính viễn vọng khúc xạ, không hề mắc khiếm khuyết trên nếu gắn các thấu kính bằng những loại thủy tinh đặc biệt vào với nhau. Tuy nhiên ngày nay để quan sát những hiện tượng thiên văn quan trọng người ta dùng kính viễn vọng phản xạ đường kính lớn vì những lý do không liên quan tới sắc sai.
