Вопрос о причине различной окраски тел естественно занимал ум человека уже давно. Очень большое количество наблюдений, и чисто житейских, и научных, было в распоряжении исследователей, но вплоть до работ Ньютона (начавшихся около 1666 г.) в этом вопросе царила полная неопределенность. Считалось, что цвет есть свойство самого тела, хотя внимательное наблюдение обнаруживало, что в зависимости от времени дня или условий освещения нередко наблюдается очень значительное изменение в цвете тел. Существовало мнение, что различные цвета получаются как «смесь» света и темноты, т. е. смешивались два существенно различных понятия — цвет и освещенность. С незапамятных времен наблюдались превосходные (радужные) цвета радуги и даже было известно, что образование радуги связано с освещением дождевых капель. Так, французский физик Рене Декарт (1596—1650) наблюдал искусственную радугу на водяной пыли фонтанов и производил опыты по получению радуги со стеклянными шарами, наполненными водой. В 1637 г. Декарт объяснил форму и угловые размеры радуги на небесном своде, но причины цветов радуги и их последовательности ему оставались неясными.
Точно так же игра цветов в граненых алмазах и даже в стеклянных призмах была хорошо известна. На Востоке, в частности в Китае, украшения в виде стеклянных призм, дающих радужные блики, принадлежали к числу излюбленейших. Европейцы неоднократно описывали эти китайские игрушки. И тем не менее никто не сопоставлял между собой эти многочисленные и разнообразные явления, и связь между великолепными красками радуги, играющей на небе, и цветом тел была открыта только в замечательных исследованиях Ньютона.
Ньютон обратился к исследованию цветов, наблюдаемых при преломлении света, в связи с попытками усовершенствования телескопов. Стремясь получить линзы возможно лучшего качества, Ньютон убедился, что главным недостатком изображений является наличие окрашенных краев. Как известно, это обстоятельство заставило его начать строить телескопы с зеркалом (рефлекторы). Исследуя окрашивание при преломлении, Ньютон сделал свои величайшие оптические открытия.
Цвет — это свет. К такому заключению пришел английский физик и математик Исаак Ньютон во время проведения опытов по исследованию цветового спектра. Он, находясь у себя дома в темной комнате, приоткрыл окно и пустил маленькую полоску света. Поместив стеклянную призму по ходу лучика света, он обнаружил, что свет преломляется и разбивается на семь цветов спектра, которые становились видимыми, когда попадали на прилегающую стену, плавно и постепенно: переходящих друг в друга: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Наблюдаемая картина получила название призматического или дисперсионного спектра.
Предмет сам по себе не имеет цвета, последний возникает только при освещении. Отсюда спектральный состав освещения может влиять на то, каким нам видится объект. Приведем наиболее эффективный пример. Пусть зеленая бумага освещается красным светом — в такой ситуации она покажется нам черной, ибо в падающих лучах отсутствует зеленая составляющая, абсолютно необходимая для создания отраженного зеленого светового луча.
Заметим, что зеленая листва однозначного признается человеком зеленой даже в красноватых лучах заката, но это уже не физическое, а психологическое явление: люди на основе своего повседневного опыта бессознательно корректируют видимый цвет.
Видимый цвет может еще зависеть и от других физических явлений, которые влияют на процесс распространения световых волн в среде. В качестве такого примера обсудим, почему небо, свободное от облаков, голубое. Причиной служит еще одно физическое явление — рассеяние света в атмосфере. Оно происходит благодаря молекулярному строению воздуха; даже вполне свободный от пыли, он рассеивает солнечный свет. Установлено, что короткие световые волн рассеиваются значительно сильнее длинных. Следовательно, фиолетовые лучи рассеиваются почти в 16 раз сильнее красных. Возникает законный вопрос: фиолетовый цвет должен рассеиваться в атмосфере еще лучше, но небо же не фиолетовое, а голубое! Секрет в том, что при одинаковой яркости человеческий глаз лучше воспринимает именно голубой цвет, а не фиолетовый. Кроме того, зеленый свет, также обладающий некоторой способностью к рассеянию в атмосфере, смешиваясь с отлично рассеивающимся фиолетовым, приводит к тому же голубому