Рассказ о любых оптических приборах, конечно же, надо начинать с их главной детали – с линзы. Без труда можно найти упоминания о том, что свойства линз, то есть деталей из прозрачного (чаще всего – оптически прозрачного) однородного материала, ограниченных двумя полированными преломляющими поверхностями вращения, известны людям издревле. Многие, пожалуй, припомнят, что линзы – пусть и не очень широко вследствие дороговизны – использовали еще в Средневековье. Но куда меньшее число людей знает, что этот незаменимый для тех, кто неважно видит, инструмент известен еще с доисторических времен.
Тем не менее археологи действительно нередко находят линзы на стоянках первобытных людей, особенно на территории Месопотамии и Средиземноморского региона. Нет-нет, речь идет вовсе не о чудесном технологическом прорыве и даже не о подарках инопланетян, как кое-кому очень хотелось бы. Это линзы естественного происхождения, из обломков горного хрусталя, берилла или других прозрачных минералов. Использовали ли их для добывания огня или просто носили с собою как магический талисман, мы, скорее всего, никогда не узнаем.
Со временем люди научились обрабатывать камни, в том числе полировать их на довольно высоком уровне. Когда археологи приступили к раскопкам легендарного прототипа лабиринта Минотавра – Кносского дворца на Крите, в его развалинах была среди прочего найдена и небольшая плоско-выпуклая линза из горного хрусталя с фокусным расстоянием около 140 миллиметров. Она была создана примерно в 1200–1600 годах до нашей эры, и ныне ее можно видеть в музее в городе Кандия на острове Крит.
Впрочем, самая древняя рукотворная линза найдена в развалинах города Нимруда в Ассирии и датируется 2700 годом до нашей эры. Предполагают, что ее, возможно, использовали в качестве увеличительного или зажигательного стекла.
Ассирийская линза из горного хрусталя
При раскопках предполагаемой Трои в 1890 году Генрих Шлиман нашел 6 линз из горного хрусталя, а, кроме того, 41 небольшую линзу диаметром от 25 до 30 мм (тоже из горного хрусталя). Линзы были созданы примерно в 2500 году до нашей эры. Очень интересная находка была сделана А. Лейардом при раскопках дворца Саргона в Ниневии. Он обнаружил плоско-выпуклую линзу из горного хрусталя, датированную 725 годом до нашей эры.
Древние египетские источники упоминают «простые стеклянные менисковые линзы» под VIII веке до нашей эры, а греческий драматург Аристофан в своих «Облаках» (424 год до нашей эры) писал о зажигательном стекле (двояковыпуклой линзе для фокусировки солнечных лучей). Пользовались линзами и римляне. Плиний Старший (23–79) сообщает, что зажигательные стекла были известны в Римской империи, а император Нерон, чтобы посмотреть гладиаторские игры, использовал изумрудную или сапфировую линзу, поскольку был близорук. Оба Плиния и Сенека Младший (3-й год до нашей эры – 65-й год нашей эры) писали также об увеличительном эффекте наполненного водой стеклянного шара. Знали оправленные линзы из полированных минералов и китайцы – сохранились их гравированные изображения VII–IX веков.
«Это очень интересно, но что же дальше? – спросите вы. – Ведь сегодня добывать огонь удобнее спичками или с помощью зажигалки, смотреть через линзы не слишком удобно, но…»
Действительно, просто смотреть через линзу, можно сказать, совсем неудобно, но именно линзы или их сочетания по сей день используются не только как средство помочь людям с не очень хорошим зрением, но и в многочисленных оптических приборах. Если всерьез подумать, то не будь открыты линзы, не было бы не только очков во всех их многочисленных вариантах, но и подзорных труб. А значит, биноклей, телескопов тоже не было бы. Представляете, какие проблемы стояли бы перед путешественниками и сколь огромный пласт знаний о мире люди, возможно, не получили бы!
Но вначале несколько слов об одной исторической загадке. В полный рост, как говорится, она встала перед наукой сравнительно недавно, в самом начале 1990-х годов, но решение ее до сих пор не найдено. Дело в том, что знакомы были с линзами и скандинавские мореплаватели. Нашли их и в кладе на острове Готланд (Швеция), закопанном около тысячи лет назад, в XI веке. Сейчас эти находки представлены в музеях на острове Готланд и в Шведском национальном музее в Стокгольме. Долгое время изделия считались частями украшения – до тех пор, пока каталог собрания на Готланде не увидел доктор Карл-Хайнц Вилмс, собиравший экспонаты для Музея оптики в Мюнхене. Вилмс очень удивился, но так и не отыскал времени заняться необычными находками.
Лишь семь лет спустя его коллеги Олаф Шмидт и Бернд Лингельбах установили, что в Готланде хранятся самые настоящие оптические линзы из горного хрусталя, при изготовлении которых соблюдены все законы оптики. По мнению исследователей, добиться такого результата можно только на токарном станке, но… его-то как раз тысячу с лишним лет назад не существовало. Более того, возможно, часть деталей «украшения» представляла собой элементы объектива телескопа или подзорной трубы. Если это действительно так, то знания неведомого создателя на порядок превышали все, что знали к XI веку о законах оптики. По рабочей гипотезе, находка происходит с востока, из Индии или Афганистана, где находились единственные известные тогда месторождения горного хрусталя, и, возможно, тайной изготовления подобных предметов владел лишь один человек, который и унес умение с собой в иной мир.
Действительно, и изготовление линз в большом количестве, и развитие связанных с этим технологий, а равно познание законов оптики неразрывно связаны с изобретением очков и астрономических приборов.
Считается, что читальные камни – своеобразные сферические линзы из горного хрусталя – изобрел арабский ученый Аббас ибн Фирнас, который придумал, как можно создавать высококачественное стекло из песка. Сделано это было еще в IX веке. До него эта технология была известна лишь в Египте и тщательно оберегалась от чужаков. Впрочем, уже веком позже – и вновь в арабском мире, который более полно сохранил античное научное наследие, чем европейцы, – Абу Али аль-Хасан ибн аль-Хайсам аль-Басри создал семитомный труд «Китаб аль-Маназир» («Книга оптики»), переведенный на латынь под названием Opticae thesaurus («Сокровище оптики») как раз в XII столетии.
Какое влияние оказало это сочинение на развитие оптики в Западной Европе, можно представить уже потому, что рукописные списки книги повсеместно распространялись вплоть до 1572 года.
Тем не менее, насколько сегодня известно, очки были изобретены в Италии, скорее всего, в Венеции, где были очень сильны традиции стекольного производства, примерно в 1280-х годах. Уже с начала следующего, XIV, века в уставах гильдии венецианских стекольщиков не только упоминаются зрительные линзы, но и настоятельно рекомендуется всячески бороться с подделками хрусталя из бесцветного стекла. Очки быстро входят в моду среди зажиточных слоев населения, а изобретение книгопечатания и распространение печатных книг и грамотности вызывает повышенный спрос на это приспособление для чтения. Появляется множество приспособлений, которые позволяют добиться более высокого качества шлифовки и получать различные радиусы кривизны готовых изделий.
В начале XVII века Галилео Галилей доводит технологию изготовления линз до совершенства и создает зрительную трубу 30-кратного увеличения. Наблюдения, сделанные с ее помощью, производят в науке того времени сенсацию. Но он, несомненно, много сделавший для развития оптических приборов, не был изобретателем подзорной трубы.
Первое в истории описание подобного прибора сохранилось в работах францисканского монаха Роджера Бэкона. Он увлекался оптикой и ставил множество экспериментов с выпуклыми линзами и вогнутыми зеркалами. Эти исследования подтолкнули ученого монаха к идее о сочетании линзы и зеркала в одном устройстве, которое он и описал в 1268 году.
Первая же схема такого устройства была создана не кем иным, как легендарным Леонардо да Винчи. «Сделай стекла, чтобы смотреть на полную Луну», – записал он в «Атлантическом кодексе». Впрочем, его открытия не были опубликованы, так что если о них и знали, то лишь по устным рассказам.
Кто именно сделал первый рабочий экземпляр зрительной трубы, так и остается неизвестным. Разные варианты их появились в начале XVII века в разных странах почти одновременно. Иоганн Липперсгей из Гааги, Захарий Янсен из Мидделбурга и Якоб Метиус из Алкмара почти одновременно попытались получить патент на создание устройства, но так и не смогли доказать свой приоритет.
А Галилео Галилей стал первым, кто догадался использовать телескоп для наблюдений за небом. Ученый мир Европы был потрясен астрономическими открытиями Галилея. Галилей усовершенствовал технологию изготовления линз до такой степени, какой она еще никогда не достигала. Это позволило ему изготовить подзорную трубу 32-кратного увеличения, в то время как прочие образцы могли обеспечить увеличение лишь в два-три раза.
Благодаря своей разработке Галилей открыл спутники Юпитера, пятна на Солнце, фазы Венеры. С последними, кстати, связан любопытный исторический анекдот. Некоторые люди с особенно острым зрением способны различать фазы этой ближайшей к нам планеты Солнечной системы. Так вот, рассказывают, будто когда Галилей увидел, что диск Венеры напоминает лунный серп, он позвал полюбоваться на это зрелище свою матушку, а та, глянув в трубу, в свою очередь, спросила сына: «А почему серп повернут в другую сторону?..»
Первые подзорные трубы и телескопы действительно были очень несовершенны. Изображение в них, следуя законам оптики, часто представлялось перевернутым, светосила и увеличение были невелики, а сами тубусы, то есть корпуса, делали из бумаги, отчего они были весьма хлипкими и недолговечными. Галилей много внимания уделял этой проблеме, а в 1624 году наладил производство подзорных труб, начав поставлять их во многие европейские дворы. В том же году он сделал еще одно важнейшее изобретение, создав составной микроскоп, который он первоначально назвал «оккиолино» (в переводе с итальянского – «маленький глаз»). Если телескопы позволяли изучать макромир, удаленные небесные тела, то микроскоп открыл человеку невидимый мир мельчайших объектов.
Над усовершенствованием телескопа и микроскопа работали Ян Гевелий, Иоганн Кеплер (именно он решил проблему обратного, то есть перевернутого, изображения), Христиан Гюйгенс, Рене Декарт, Исаак Ньютон, а позднее Леонард Эйлер и Михаил Васильевич Ломоносов. Не без их усилий удалось значительно повысить качество шлифовки и полировки линз и зеркал. Именно в XVII веке оптика превратилась из «чистой» отвлеченной науки в науку прикладную, роль которой стала очень важной.
Их наработки, открытия и идеи используются в оптике и на производстве по сей день. Когда вам захочется посмотреть в бинокль на Луну или на далекий самолет, помните, что вы пользуетесь плодами гения людей, живших полтысячелетия назад… Впрочем, не исключено, что и значительно раньше – если наука действительно докажет, что «украшения викингов» в действительности были деталями подзорной трубы.