Ирина Радунская – Квинтэссенция. Книга первая (страница 16)

Нет ничего удивительного в том, что наука о теплоте отстала от науки о свете. Ведь представление о тепле и холоде весьма индивидуально. То, что одному кажется теплым, для другого горячо и даже очень горячо. Одному тепло, а другому холодно.

Другое дело — свет. За исключением немногих слепых, лишенных счастья видеть свет, остальным людям днем светло, а ночью темно. Радуга видна всем. Иногда в морозные зимы рядом с Солнцем видны его двойники, чаще видны гало — светлые круги, охватывающие Солнце или Луну. Свет и его отсутствие — темнота выступают, как безусловная реальность.

Живя в тесном общении с природой, люди заметили, что радуга обычно появляется после окончания дождя. Не зная причин ее появления, они попросту считали радугу знамением, предвещающим хорошую погоду.

Вопрос о связи причин и следствий несомненно возникал в глубочайшей древности. Ошибка в ответе на него во многих случаях сказывалась на благополучии и на самой жизни. На низшем уровне, иногда в форме условных рефлексов, формирующихся в результате личного опыта, связь причин и следствий играет большую роль в мире животных.

Несомненно, что многие из людей обнаруживали в золе костров твердые шарики, пропускавшие свет. Некоторые делали из них бусы. Кое-кто шлифовал эти шарики и они становились прозрачными как капли воды. Такие шарики, конечно, очень нравились доисторическим модницам. А мода, это дитя подражания, придавала особую ценность прозрачным твердым капелькам, порожденным огнем.

Наконец неведомый гений заметил, что такие шарики возникают не всегда. Они появляются, если большой костер горит на песчаной почве и песок постепенно смешивается с золой. Он ли, или кто-либо другой догадались, что большие куски прозрачного вещества можно получить, тщательно перемешав песок и золу и сильно нагревая эту смесь в глиняных сосудах.

Так люди научились варить стекло, причем в разных странах это было сделано независимо.

Другие наблюдательные люди заметили, что стеклянные бусы способны концентрировать солнечный свет в яркие пятнышки и в этих пятнышках собирается не только свет, но и тепло.

Выдающийся автор комедий, афинский поэт Аристофан в своих «Облаках», написанных около четырех веков до нашей эры, упоминал о зажигательных стеклах. Это первое письменное сообщение о применении солнечного света. Из комедий Аристофана мы можем заключить, что об этом было известно много раньше.

Аристотель был первым, кто систематически наблюдал явления природы и пытался их объяснить. Он заметил, что прямая палка, опущенная в воду наклонно, кажется надломленной у поверхности воды. Погружая палку то больше, то меньше можно перемещать этот излом вдоль палки. Но, если вынуть палку из воды, она окажется совершенно прямой, без следов излома. Аристотель пытался понять почему так происходит, но не нашел ответа.

Эллинам не удалось достичь понимания природы света. Это же относится к объяснению механизма зрения. Пифагорейцы считали, что глаза испускают особый флюид, «ощупывая» таким образом предметы. Эмпидокл учил, что от светящихся тел к глазу направляются особые истечения, а из глаза навстречу им выделяются другие истечения. При их встрече возникают изображения предметов. Убежденный атомист, Демокрит отвергал флюиды и истечения, указывая, что испуская их, глаза должны видеть в темноте. Он считал, что глаз видит потому, что в него проникают мелкие атомы, исходящие от светящегося предмета. Но он не объяснил почему эти атомы не выделяются в темноте.

Платон утверждал, что от предметов исходит особый флюид. Но предметы становятся видимыми только в том случае, если этот флюид встречается с другим, исходящим из глаз. Аристотель не высказал новых гипотез. Он соглашался с возражениями Демокрита против флюидов и истечений и не придерживался ни одного из объяснений своих предшественников.

Зеркала младше первых линз, родившихся из золы костров. Археологические раскопки показывают, что люди начали изготавливать зеркала вскоре после того, как научились выплавлять бронзу и делать из нее различные предметы.

Странно, что зеркала не упоминаются в дошедших до нас трудах Аристотеля. Он не мог не видеть отражения предметов от поверхности воды. Ему несомненно были известны и свойства металлических зеркал. Но он не обсуждал их, вероятно потому, что при этом нужно было сказать о природе света, о механизме его отражения и о процессе зрения, а он не имел об этом определенного суждения.

Наиболее ранний трактат, посвященный свойствам света, принадлежит Евклиду. Как при построения здания геометрии, Евклид объясняет оптические явления, исходя из ряда постулатов, которые он формулировал на основе наблюдений. Первый из них: «Испускаемые глазами лучи распространяются по прямому пути». Здесь Евклид уточняет гипотезу пифагорейцев, поддержанную Платоном.

Опираясь на постулаты, считая, что лучи света распространяются по прямым линиям, Евклид с удивительной последовательностью объясняет в своей «Оптике» образование изображений, получающихся при помощи малых отверстий. Он обсуждает возникновение границ света и тени, зависимость между кажущимися размерами предметов и их расстоянием от глаз.

В следующем труде «Катоптрика» Евклид вновь строит систему постулатов и получает законы отражения света от плоских и сферических зеркал. В обеих книгах Евклид по существу сводит оптику к геометрии. Полученные им результаты достоверны. Они и сейчас составляют основу того, что мы называем геометрической оптикой и изучаем не только в школе, но и в высших учебных заведениях.

В «Катоптрике» Евклид пишет: «При помощи вогнутых зеркал, освещенных Солнцем, можно зажечь костер». В доказательство он строит схему лучей, исходящих от Солнца, и после отражения собирающихся в точку. Возможно, мы никогда не узнаем видел ли Евклид вогнутые зеркала или пришел к мысли о них благодаря своей интуиции геометра и установленному им закону отражения света от плоских зеркал.

В «Катоптрике» содержится важный постулат, несомненно почерпнутый из опыта: «Если какой-либо предмет поместить на дно сосуда и удалить сосуд от глаз настолько, что предмет не будет виден, то он вновь станет виден на этом расстоянии, если в сосуд налить воду».

Этот опыт и сейчас показывают на уроках физики и каждый может повторить его дома.

Евклид, как и Аристотель (в опыте с палкой, погруженной в воду), не дает объяснения наблюдаемому эффекту. Читатель, известно ли тебе, что здесь происходит?

ОЧКИ. ГРИМАСЫ ПРИОРИТЕТА

Клеомед в начале новой эры снова обсуждал опыт с предметом, который лежит на дне сосуда и становится видимым после того, как сосуд наполнен водой. Исходя из этого он заключает, что мы видим Солнце и после того, как оно ушло за горизонт.

Знаменитый астроном древности Птолемей посвятил отдельное сочинение свету и оптике. Эта книга была известна вплоть до средневековья, но потом следы ее затерялись. Лишь в 1800 году француз Лаплас обнаружил ее в парижской библиотеке в виде латинского перевода с арабского. Это один из многих примеров того, что арабские ученые сберегли для нас труды древнегреческих ученых, уничтоженные в Европе религиозными фанатиками.

В «Оптике» Птолемей воспроизводит теорию Евклида о зеркалах и опытах с преломлением света. Птолемей описывает опыты по измерению угла, под которым распространяется луч света, попадающий в воду из воздуха. Он знает, что угол преломления зависит от угла падения, но не может найти связи между ними.

Птолемей подтверждает мнение Клеомеда об искривлении лучей света в воздухе и устанавливает, что это искривление увеличивается по мере приближения звезды к горизонту. Однако связь между падающим и преломленным лучами ускользала от него так же, как и закон искривления (рефракции) лучей в атмосфере.

Для решения этой задачи человечеству понадобилось около шестнадцати веков.

В течении этого долгого периода общего упадка науки и разгула клерикального мракобесия, оптические явления время от времени привлекали внимание ученых-одиночек.

Так, Антемий (около 500 г. нашей эры), строитель прекрасного византийского собора в Константинополе, знал, что вогнутые зеркала собирают лучи Солнца в одну точку. На этом основании он отвергал рассказы о том, что Архимед зажигал корабли римлян при помощи сферических зеркал, ибо это возможно только если корабль окажется на вполне определенном расстоянии — в фокусе этих зеркал. Он пробовал повторить опыт Архимеда при помощи многих плоских зеркал. Солдаты Архимеда, считал он, могли таким способом согласовано направлять при помощи блестящих плоских щитов солнечные зайчики в одно место вражеского корабля.

Первым, кто на рубеже нашей эры сумел продвинуться в оптике дальше, чем греки, был арабский ученый Альгазен, но и он не смог найти закона преломления света.

Прошло еще около 250 лет пока Р. Бэкон сумел сделать еще один шаг в понимании действия вогнутых зеркал. В его время наряду с металлическими зеркалами применяли и стеклянные зеркала, покрытые изнутри свинцом. Бэкон установил, что сферическое зеркало не сводит лучи Солнца в одну точку. Он понял и преимущество параболического зеркала, а также принцип действия линз, увеличивающих изображения предметов.

Тринадцатый век отмечен изобретением очков. До этого линзы применяли от случая к случаю. Их располагали близко к рассматриваемому предмету. Они служили как лупы. Изобретатель очков остался неизвестным. Правда, памятник на могиле С. Армати, умершего во Флоренции в 1317 году, увековечил его как изобретателя очков. Хроника, находящаяся в библиотеке одного из монастырей в Пизе, сообщает, что изобретатель очков пожелал скрыть свою тайну, но монах А. де Спина, узнав о действии очков, научился их изготавливать и показывал другим, как это надо делать. Однако словарь академии Делла Круска утверждает, что очки были известны уже в 1285 году.