Тогда он начал исследовать эту идею, пытаясь понять, имеют ли тепловые лучи и световые лучи видимого спектра одинаковые свойства. Так, он сравнивал их отражение, преломление и дифференциальное преломление, их склонность к тому, чтобы задерживаться прозрачными телами, и их склонность к рассеиванию от грубых поверхностей.

На этом этапе в статьях Гершеля мы встречаем большое число наблюдений различных углов, пропорций излучаемого света и тому подобное. У него, конечно, была экспериментальная идея, но только одна и довольно туманная. Его теория была полностью ньютоновской: он думал, что свет состоит из лучей частиц, но это имело ограниченное влияние на детали его исследования. Его трудности были не теоретическими, а экспериментальными. Фотометрия – деятельность по измерению свойств излучаемого света – уже за 40 лет до этого достигла развитого состояния, но калориметрия практически не существовала. Существовали процедуры фильтрации световых лучей, но как можно фильтровать тепловые лучи? Гершель исследовал явление. Он делал множество заявлений о точности своих измерений, которые мы теперь подвергаем сомнению. Он утверждал, например, что измеряет не только передачу света, но и передачу тепла с точностью до одной тысячной. Он не мог этого сделать! Хотя вообще повторить то, что он делал, весьма проблематично, поскольку Гершель работал с самыми разными фильтрами, например, с бренди в графине. Как заметил один историк науки, его бренди, наверное, было черным как смола. Мы не можем повторить в наши дни опыт с использованием этого вещества, каким бы оно ни было.

Гершель показал, что тепло и свет сходны в отражении, преломлении и дифференциальном преломлении. Однако у него возникли проблемы с передачей. У него было представление о просвечивающейся среде, которая не пропускает некоторую часть определенных лучей, например, красных. Его идея красного цвета заключалась в том, что тепловой луч, который преломляется с коэффициентом преломления красного цвета, идентичен красному свету с тем же коэффициентом преломления. Таким образом, если x% света проходит, а тепло и свет идентичны в этой части спектра, то должно проходить также и x% тепла. Гершель задался вопросом “вызывается ли тепловое излучение, чей коэффициент преломления совпадает с коэффициентом преломления красных лучей, лучами этого цвета?” Оказалось, что нет. Некое стекло пропускает почти весь красный свет, но задерживает 96,2% тепла. Таким образом, тепло не то же, что свет.

Гершель отказался от своей исходной гипотезы и не знал, что и думать. Таким образом, к концу 1800 года, после 200 экспериментов и четырех больших публикаций, он сдался. На следующий год Томас Юнг, чьи работы по интерференции продолжили (или возродили) волновую теорию света, прочитал Бакеровскую лекцию, в которой он поддержал исходную гипотезу Гершеля. Значит, он был довольно безразличен к экспериментальной дилемме Гершеля. Может быть, волновая теория была более открыта по отношению к тепловому излучению, чем ньютоновская теория световых частиц. Однако скепсис относительно теплового излучения сохранялся еще долго после забвения ньютоновской теории. Вопрос был разрешен лишь с помощью приборов Македонио Меллони (1798-1854). Как только была изобретена термопара (1830), Меллони понял, что теперь у него есть инструмент, с помощью которого можно измерять передачу тепла разными веществами. Это предоставляет один из бесчисленных примеров, в которых некоторое изобретение позволяет экспериментатору предпринять еще одно исследование, проясняющее путь, которым должны следовать теоретики.

У Гершеля были более примитивные экспериментальные проблемы. Что он наблюдал? Этот вопрос задавали его критики, и он был довольно острым в 1801 году. Его экспериментальные результаты отвергались. Годом позже они были воспроизведены в большей или меньшей степени. Существовало множество как серьезных, так и простых экспериментальных трудностей. Например, свет, преломляемый призмой, не кончался четким красным. Какое-то размытое свечение располагалось за красным и выглядело как тусклый белый свет. Так может быть “инфра-красное” тепло вызывается этим белым светом? Здесь возникает новая экспериментальная идея. За фиолетовым участком нет существенного невидимого тепла, но может быть здесь нет и “излучения”? Было известно, что с хлоридом серебра начинается химическая реакция, если его поместить в фиолетовую часть спектра. (Этот факт лег в основу фотографии). Риттер поместил его за фиолетовым участком спектра и получил реакцию. Теперь мы говорим, что в 1802 году он обнаружил ультрафиолетовый свет.

О способности замечать

Гершель заметил явление дифференцированного нагревания цветным светом и сообщил о нем в форме одного из самых чисто-чувственных утверждений, какое мы только можем встретить в физике.