научная статья по теме ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ЛИНЗ И ЗАЖИГАТЕЛЬНЫХ ЗЕРКАЛ Космические исследования

Текст научной статьи на тему «ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ЛИНЗ И ЗАЖИГАТЕЛЬНЫХ ЗЕРКАЛ»

История науки

История создания оптических линз и зажигательных зеркал

В.А. ГУРИКОВ,

кандидат технических наук

ИИЕиТ им. С.И. Вавилова РАН

ТАЙНЫ ДРЕВНИХ ЛИНЗ

Сложные оптические инструменты -телескопы и микроскопы - могли, очевидно, появиться только тогда, когда стали известны свойства оптических линз и искусство их изготовления достигло определенной высоты. Именно поэтому нам необходимо прежде всего обратиться к самому начальному этапу истории линз.

До настоящего времени нет единого мнения по вопросу о том, были ли известны линзы и их оптические свойства в классической древности. При раскопках в Месопотамии, Египте, на Крите, в Греции и Италии обнаружено довольно много линзоподобных тел из горного хрусталя и стекла, а также из берилла и других прозрачных драгоценных камней. При раскопках Генрихом Шлиманом Трои в 1890 г. были найдены линзы, датируемые приблизительно 2500 г. до н.э. В развалинах Кносского дворца на Крите обнаружили небольшую плосковыпуклую линзу из горного хрусталя с фокусным расстоянием около 140 мм, датируемую 1200-1600 гг. до н.э. Эта линза экспонируется в музее г. Кандис на Крите. Очень интересную находку сделал археолог А. Лейадр при раскопках дворца царя Ассирии Саргона II в

© Гуриков В.А.

Ниневии (современный Ирак, г. Мосул). Он обнаружил линзу из горного хрусталя, датируемую 725 г. до н.э. Большой интерес представляют также линзы из стекла, найденные в Саргоне (Месопотамия, современная Сирия) и датируемые 400-600 гг. до н.э. Мнения ученых

Линза, найденная Генрихом Шлиманом при раскопках Трои. 2500 г. до н.э.

69

Круглая линза из коллекции Г. Шлимана с отверстием. 2200 г. до н.э.

по поводу происхождения этих линз расходятся.

ЗАЖИГАТЕЛЬНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ И ЗЕРКАЛА

Зеркала известны с глубокой древности. Почти все они были металлическими. Зеркала стали материальной базой ряда наблюдений, великие греческие математики и физики смогли заложить основы оптики.

Металлические зеркала обнаружены при раскопках памятников в Египте, Греции, Этрурии и других очагах древних цивилизаций. Однако в древности были известны и зеркала из стекла. Так, например, в гробницах древних мумий в Перу найдены плоские, выпуклые и вогнутые зеркала из стекловидного камня. В Китае уже в 2000 г. до н.э. использовались зеркала из стекла. Грекам около 600 г. до н.э. стали известны металлические и стеклянные зеркала. В 1867 г. первый образец греческого зеркала археологи обнаружили при раскопках в Коринфе.

Зеркала в древности часто применялись в религиозных обрядах. Согласно

античной легенде, Персей убил горгону Медузу, взгляд которой обращал всех смотрящих на нее в камень, с помощью отполированного щита. Как сообщает афинский грамматик Аполлодор в сочинении "Библиотека" (II в. до н.э.), Персей "отвернулся и, глядя в медный щит, где видел отражение Горгоны, обезглавил Медузу".

До нашего времени сохранилось немало бесспорных свидетельств древних авторов о зажигательном действии стекол и зеркал. Таким способом, по-видимому, издревле получали священный "чистый" жертвенный огонь. Еще в V в. до н.э. о таком зажигании как о всем известном явлении упоминает Аристофан в комедии "Облака". Плиний и Сенека сообщают о зажигательных действиях стеклянных шаров.

В сочинении "О темпераментах" (II в.) римский медик Клавдий Гален писал: "И об Архимеде говорят, что он сжигал вражеское триеры". Византийский филолог Иоанн Цецем (XII в.) описывает зажигательные свойства зеркал Архимеда в своем сочинении "Тысячи". У историков возникли сомнения в подлинности события, так как не нашлось более ранних свидетельств о сожжении Архимедом римских кораблей и, в частности, отсутствует упоминание об этом в "Параллельных жизнеописаниях" Плутарха, который сообщал много подробностей из жизни Архимеда.

Недавно греческий инженер Иоан-нис Саккас реконструировал и проверил возможность применения зажигательных зеркал. В ноябре 1973 г. он провел серию опытов, в которых использовал в качестве зажигательных зеркал комбинацию отполированных до зеркального блеска щитов. По сигналу И. Саккаса солдаты, державшие щиты, направляли солнечные лучи от щитов на древнеримские корабли. В последнем опыте 6 ноября 1973 г. с помощью 70 зеркал с расстояния 55 м в течение двух-трех минут были подожжены древнеримские корабли.

Отражение от плоского зеркала, от комбинированного плоского зеркала и от "искривленного" зеркала рассматривает Тит Лукреций Кар в поэме "О природе вещей". Теория отражения света от зеркал различной формы подробно излагается в "Книге оптики" арабского ученого Ибн ал-Хайсама.

Интересно отметить, что спустя почти 300 лет (в XIII в.) английский фило-

соф и естествоиспытатель Роджер Бэкон, разбирая действие сферических зеркал, установил, что их фокус лежит на расстоянии от зеркала меньше половины его радиуса, причем для лучей, различно отстоящих от оси, он различен. Таким образом, Р. Бэкон первым измерил фокусное расстояние и открыл сферическую аберрацию. Он указывает, что наибольшей зажигательной

Катоптрико-диоптрический зажигательный инструмент. Рисунок М.В. Ломоносова. 1741 г.

способностью обладает параболическое зеркало, лишенное сферической абберации, фокусное расстояние которого равно одной четверти его диаметра. Последующие исследования оптических свойств данного зеркала это подтвердили. Солнечные лучи, падающие на зеркало, Р. Бэкон считает параллельными вследствие отдаленности Солнца. Он отмечает, что действие их тем сильнее, чем отвеснее они падают на плоскость. На его рисунках изоб-

ражено множество различных комбинаций глаза и вогнутого или выпуклого зеркала. Рисунков линз (прозрачных сред, ограниченных двумя сферическими поверхностями) у Р. Бэкона не встречается.

Зажигательные оптические инструменты еще долгое время продолжают оставаться в поле зрения ученых. В XVIII в. созданием таких инструментов занимались, в частности, М.В. Ломоносов и А.Л. Лавуазье.

Первой работой М.В. Ломоносова в этой области было сочинение "Рассуждение о катоптрико-диоптриче-ском зажигательном инструменте", написанное в 1741 г. С принципом действия зажигательных оптических инструментов Ломоносов познакомился, прочитав статью профессора Петербургской академии наук Г.В. Крафта "О зажигательных зеркалах и зажигательных стеклах", опубликованную в июле 1735 г. в "Примечаниях на Ведомости". Кроме того, в самой Академии наук хранилось одно из зажигательных стекол известного английского оптика Э.В. Чирнгауза.

Многие исследователи пытались увеличить концентрируемую в фокусе зажигательного инструмента солнечную энергию. Это приводило к увеличению диаметра линз и зеркал. Ломоносов решил эту задачу совершенно оригинальным способом: "собиранием фокусов нескольких линз или зеркал в одно и то же место, где соединенными силами они и произведут жар больший, чем известный до сих пор". К проблеме

"сгущения света" Ломоносов впоследствии возвращался неоднократно.

К теме создания зажигательных оптических инструментов обращался и другой ученый XVIII в. - А.Л. Лавуазье. В своих мемуарах "Размышления о методе применения солнечных лучей к физическим исследованиям" он дал описание знаменитой солнечной установки для получения "сверхвысокого жара". Эта установка, сконструированная по указаниям Лавуазье в 1772 г., имела большую двояковыпуклую линзу диаметром около 1,5 м и была собрана из двух вогнуто-выпуклых линз, пространство между которыми заполняла жидкость. Конструкция этой установки была спроектирована так, что один человек мог без труда изменять угол наклона гигантской линзы и поворачивать всю платформу в направлении на Солнце.

Зажигательные оптические инструменты и зеркала сыграли важную, прогрессивную роль в развитии оптики как науки и способствовали использованию линз в прикладных целях, в частности в создании телескопа.

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком