Размышляя об этом, Ньютон перешёл к своим знаменитым опытам с призмой, купленной по случаю на Стурбриджской ярмарке ещё в 1664 году.

Впоследствии, в своём сообщении в Королевском обществе ив «Оптике», вышедшей через тридцать с лишним лет, Ньютон подробнейшим образом рассказывал о своих знаменитых экспериментах. Учитывая уникальность этого описания, знаменующего новый образ и новое понимание науки, приведём его полностью:

«В начале 1666 года, то есть тогда, когда я был занят шлифовкой оптических стёкол несферической формы, я достал треугольную стеклянную призму и решил испытать с её помощью прославленное явление цветов. С этой целью я затемнил свою комнату и проделал в ставнях небольшое отверстие с тем, чтобы через него мог проходить тонкий луч солнечного света. Я поместил призму у места входа света так, чтобы он мог преломляться к противоположной стене. Сначала вид ярких и живых красок, получавшихся при этом, приятно развлёк меня. Но через некоторое время, заставив себя присмотреться к ним более внимательно, я был удивлён их продолговатой формой; в соответствии с известными законами преломления я ожидал бы увидеть их круглыми. По бокам цвета ограничивались прямыми линиями, а на концах затухание света было настолько постепенным, что было трудно точно определить, какова же их форма; она казалась даже полукруглой.

Сравнивая длину этого цветного спектра с его шириной, я выявил, что она примерно в пять раз больше. Диспропорция была столь необычна, что возбудила во мне более чем обычное любопытство, стремление выяснить, что же может быть её причиной. Вряд ли различная толщина стекла или граница света с темнотою могли вызывать подобный световой эффект. И я решил вначале всё же изучить именно эти обстоятельства и попробовал, что произойдёт, если пропускать свет через стёкла различной толщины, или через отверстия различных размеров, или при установлении призмы вне помещения, так, чтобы свет мог преломляться перед тем, как он сужается отверстием. Но я выяснил, что ни одно из этих обстоятельств не является существенным. Картина цветов во всех случаях была той же самой.

Тогда я подумал: не могут ли быть причиной расширения цветов какие-либо несовершенства стекла или другие непредвиденные случайности? Чтобы проверить это, я взял другую призму, подобную первой, и разместил её так, что свет, следуя через обе призмы, мог преломляться противоположными путями, причём вторая призма возвращала свет к тому направлению, от которого первая отклоняла его. И таким образом, думал я, обычные эффекты первой призмы будут разрушены другой, а необычные усилятся за счёт многократности преломлений. Оказалось, однако, что луч, рассеиваемый первой призмой в продолговатую форму, второй призмой приводился в круглую настолько чётко, как если бы он вообще ни через что не проходил. Таким образом, какова бы ни была причина удлинения, оно не является следствием случайных неправильностей.

Далее я перешёл к более практическому рассмотрению того, что может произвести различие угла падения лучей, идущих от различных частей Солнца. И из опыта и расчётов стало мне очевидно, что различие углов падения лучей, идущих от различных частей Солнца, не может вызвать после их пересечения расхождения на угол заметно больший, чем тот, под которым они ранее сходились, величина же этого угла не больше 31–32 минут; поэтому нужно найти иную причину, которая могла бы объяснить появление угла в два градуса сорок девять минут.[20]

Тогда я стал подозревать, не идут ли лучи после прохождения их через призму криволинейно, и не стремятся ли они в соответствии с их большей или меньшей криволинейностью к различным частям стены. Моё подозрение усилилось, когда я припомнил, что часто видел теннисный мяч, который при косом ударе ракеткой описывает подобную кривую линию. Ибо мячу сообщается при этом как круговое, так и поступательное движения. Та сторона мяча, где оба движения согласуются, должна с большей силой давить и толкать прилежащий воздух, чем другая сторона, и, следовательно, будет возбуждать пропорционально большее сопротивление и реакцию воздуха. И по этой самой причине, если бы лучи света были шарообразными телами (гипотеза Декарта) и при их наклонном продвижении из одной среды в другую они приобрели бы круговое движение, они должны были бы испытывать большее сопротивление от омывающего их со всех сторон эфира с той стороны, где движения согласуются, и постепенно отгибались бы в другую сторону. Однако, несмотря на всю правдоподобность этого предположения, я при проверке его не наблюдал никакой кривизны лучей. И кроме того (что было достаточно для моей цели), я наблюдал, что различие между длиной изображения и диаметром отверстия, через которое проходил свет, было пропорционально расстоянию между ними.

Постепенно устраняя эти подозрения, я пришёл наконец к experimentum crucis, который был таков: я взял две доски и поместил одну из них непосредственно за призмой окна, так что свет мог следовать через небольшое отверстие, проделанное в ней для этой цели, и падать на другую доску, которую я разместил на расстоянии примерно 12 футов, причём в ней также было проделано отверстие с тем, чтобы часть свата могла пройти через неё. Затем я разместил за этой второй доской другую призму таким образом, что свет, пройдя через обе эти доски, мог следовать сквозь призму, снова преломляясь в ней, прежде чем он упадёт на стену. Сделав так, я взял первую призму в руку и медленно повёртывал её туда и сюда, примерно вокруг оси, так что разные части изображения, падавшего на вторую доску, могли последовательно проходить через отверстие в ней, и я мог наблюдать, на какое место стены отбрасывает лучи вторая призма. И я увидел посредством изменения этих мест, что свет, стремящийся к тому концу изображения, к которому происходило наибольшее преломление первой призмой, испытывал во второй призме значительно большее преломление, чем свет, направленный к другому концу. И таким образом была открыта истинная причина длины этого изображения, которая не может быть иной, чем то, что свет состоит из лучей различной преломляемости, которые независимо от различия их возникновения падают на различные части стены в соответствии с их степенями преломления…»

Это полнокровное описание, направленное поначалу Ньютоном в Королевское общество и вскоре напечатанное в «Философских трудах» под названием «Письмо г-на Исаака Ньютона, профессора математики Кембриджского университета, содержащее новую теорию света и цветов», является маленьким шедевром нового типа научного исследования, ставшим образцом для многих поколений учёных. Ньютон не придерживается никаких гипотез; мысль чётко регистрирует результаты эксперимента, эксперимент устраняет малейшие сомнения мысли.

На страницах этого краткого мемуара воскресают забытые традиции древних геометров, простота и доказательность Евклида. Каждое предположение тут же сопровождается его экспериментальным изучением. Эксперименты приводят к теоремам, теоремы проверяются опытом, они дают возможность предсказывать будущие явления. Ньютон ничему не верит на слово, строго следуя и девизу Королевского общества «Ничто на слово», и Бэкону, и Декарту, начавшему свою книгу «Начала философии» с призыва всё подвергнуть сомнению.

Гигантское многообразие экспериментального материала, накопленного в оптике до Ньютона, уложилось теперь в скупые и чёткие формулировки. Ньютон сделал действительно крупнейшее открытие. Его выводы весьма многозначительны:

«1. Точно так же, как лучи света различаются по степени их преломления, точно так же они различаются и по их склонности проявлять тот или иной частный цвет. Цвета не являются качествами света, происходящими из-за преломлений или отражений в естественных телах (как обычно считают), но суть естественные и прирождённые качества, различные в различных лучах…

2. Одной и той же степени преломляемости всегда соответствует один и тот же цвет, а одному и тому же цвету всегда соответствует одна и та же степень преломляемости. А связь между цветами и преломляемостью очень точна и чётка: лучи либо точно согласуются в обоих отношениях, либо пропорционально в них же не согласуются.