ในชีวิตเราต้องเผชิญกับความแปรปรวนอยู่ตลอดเวลาแต่เราไม่ได้สังเกตเสมอหรือบางทีก็ไม่รู้ว่ามันคืออะไร ตอนนี้เราจะพยายามมองให้ละเอียดยิ่งขึ้นว่าความแปรปรวนคืออะไร ตัวอย่างแรกที่โดดเด่นของมันคือรุ้งปกติ แทบไม่มีใครที่ไม่เคยชื่นชมปรากฏการณ์ที่สวยงามนี้ ตามตำนานโบราณ ที่ปลายสายรุ้ง คุณจะพบหม้อที่เต็มไปด้วยทองคำ เราคุ้นเคยกับการเห็นรุ้งมากจนดูเหมือนเป็นเรื่องธรรมดา และเราไม่ได้เจาะลึกธรรมชาติของมัน อันที่จริงลักษณะที่ปรากฏแต่ละครั้งนั้นมาพร้อมกับกระบวนการทางกายภาพที่ซับซ้อนซึ่งเราจะพยายามทำความเข้าใจในบทความนี้
ในความหมายทั่วไป การกระจายคือการหักเหสเวต้า. เมื่อผ่านปริซึม รังสีของแสงจะหักเหและแบ่งออกเป็นสีต่างๆ สามารถตรวจสอบได้ง่ายๆ ที่บ้าน ลองทำการทดลองเล็กน้อย ในวันที่มีแดดจัด จำเป็นต้องปิดหน้าต่างด้วยผ้าม่านหนาๆ แล้วทำรูเล็กๆ ข้างในซึ่งรังสีแคบจะทะลุเข้าไปในห้อง บนผนังตรงข้ามกับหน้าต่าง จะเกิดจุดไฟจากรังสีนี้ ลองวางปริซึมแก้วในเส้นทางของลำแสง ตอนนี้ เราสามารถแน่ใจได้ว่าการกระจายตัวเป็นเงื่อนไขสำหรับการปรากฏตัวของรุ้ง เนื่องจากจุดบนผนังกลายเป็นหลากสี ในนั้นคุณสามารถเห็นสีรุ้งทั้งหมดตั้งแต่สีแดงจนถึงสีม่วง
ดังนั้นการกระจายตัวจึงเป็นแสงปรากฏการณ์ที่เกิดจากการพึ่งพาดัชนีการหักเหของแสงของสารต่อความถี่ของแสง (ความยาวคลื่น) หรือการพึ่งพาความเร็วเฟสของคลื่นแสงที่ความถี่หรือความยาวคลื่น การกระจายตัวส่งผลให้เกิดการสลายตัวของลำแสงเป็นสเปกตรัมเมื่อผ่านปริซึมแก้ว นิวตันค้นพบการกระจายของแสงในปี 1672 ซึ่งกำลังศึกษาสเปกตรัมอย่างแข็งขัน
นิวตันไม่ใช่คนแรกที่ทำการทดลองดังกล่าวในช่วงเริ่มต้นของยุคของเรา เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วเกี่ยวกับการสลายตัวของแสงเป็นสเปกตรัมเมื่อมันผ่านผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ นักวิจัยด้านการหักเหของแสงกลุ่มแรกคือนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ T. Chariot และนักธรรมชาติวิทยาชาวเช็ก J. Marci แต่นิวตันเป็นผู้เริ่มวิเคราะห์กระบวนการนี้อย่างจริงจัง
นิวตันทำการทดลองทั้งหมดและการทดลองกับปริซึม ผลการวิจัยของเขาได้อธิบายไว้อย่างละเอียดใน "Lectures on Optics", "Optics" และ "Theory of Light and Colors" นิวตันสามารถพิสูจน์ได้ว่าแสงสีขาวไม่ได้เป็นพื้นฐานสำหรับแสงอื่นๆ เลย แต่ในทางกลับกัน แสงสีขาวนั้นไม่เหมือนกัน การกระจายตัวประเภทต่างๆ กล่าวคือ การสลายตัวของแสงสีขาวเป็นส่วนที่เป็นส่วนประกอบ ปรากฏขึ้นเมื่อรังสีผ่านปริซึมและกลุ่มของปริซึมต่างๆ การสลายตัวของแสงเกิดขึ้นเนื่องจากแต่ละสีมีการหักเหของแสงในระดับหนึ่ง แต่ละสีมีคุณสมบัติเฉพาะของตัวเอง การกระจายตัวแสดงให้เห็นความแตกต่างอย่างชัดเจน การวิจัยที่ดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์เป็นที่สนใจของนักฟิสิกส์สมัยใหม่อย่างมากจากมุมมองของไม่เพียงแต่ผลลัพธ์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงวิธีการด้วย ในการเริ่มการวิจัย นิวตันได้กำหนดภารกิจที่จะไม่เสนอสมมติฐาน แต่เพื่ออธิบายคุณสมบัติของแสงด้วยข้อเท็จจริงและการใช้เหตุผล นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการทดลองหลายครั้ง โดยสังเกตว่า "การทดลองมากมายไม่รบกวน"
เล็งลำแสงไปที่ปริซึมแก้ว Newtonสามารถมองเห็นสายรุ้งบนหน้าจอได้ นักวิทยาศาสตร์ระบุสีหลักเจ็ดสีที่เรารู้จักกันดีในตอนนี้ ทำไมต้องเซเว่น? เป็นเจ็ดสีที่สว่างที่สุด นอกจากนี้ยังมีโน้ตดนตรีเพียงเจ็ดตัวเท่านั้น แต่รูปแบบต่าง ๆ ช่วยให้คุณสร้างผลงานศิลปะที่แท้จริงซึ่งแตกต่างจากกัน จากนั้นเขาก็ทำการทดลองตรงกันข้ามโดยนำสเปกตรัมไปที่หน้าปริซึมแก้วอีกอัน สิ่งนี้ทำให้เกิดแสงสีขาวอีกครั้ง ด้วยเหตุนี้ นิวตันจึงเกิดแนวคิดในการสร้างวงกลมที่มีเจ็ดส่วนที่มีสีต่างกัน ในระหว่างการหมุนซึ่งจะได้รับแสงสีขาวอีกครั้ง
ดังนั้น ความแปรปรวนจึงเป็นลักษณะทางกายภาพที่ซับซ้อนกระบวนการอันเนื่องมาจากคุณสมบัติของแสงและสี และต้องขอบคุณกระบวนการนี้ที่ทำให้เราสามารถสังเกตรุ้งกินน้ำหลังพายุฝนฟ้าคะนองได้ ตอนนี้คุณมีความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับสาเหตุของรุ้งแล้ว
