ОПТИКА

12. ФРАНЧЕСКО МАВРОЛИК

После работ Вителлин (см. гл. 2) средневековье не оставило никаких систематических исследований по оптике. Там и сям встречаются беглые упоминания, по которым можно лишь понять, что в этом вопросе царила большая путаница и что сформировалось сильное-недоверие к зрительным восприятиям - зрение считалось наиболее обманчивым из чувств.

Возможно, что именно это настороженное, если не враждебное, отношение к оптике удержало Франческо Мавролика (1494-1575)- знаменитого-мессинского математика и гуманиста - от опубликования своего труда, самого оригинального труда по оптике за три столетия со времен Вителлия. Первая часть этого труда была закончена в 1521 г., другая - в 1554 г. г но опубликован он был лишь посмертно наследниками Мавролика в 1611 г (Abbatis Francisci Maurolyci Messanensis Photismi de lumine et umbra, Neapoli,. 1611).

И поскольку идеи Мавролика мы встречаем у более поздних авторов, в частности у Кеплера, то встает все тот же вопрос, что и в случае с Леонардо: остался ли труд Мавролика неизвестным или же он повлиял на последующую науку, ибо был известен по устной передаче или по рукописи?

Трактат Мавролика разделен на две части. В первой рассматриваются прямолинейное распространение света и его отражение от плоских, сферических, цилиндрических и конических зеркал, во второй - преломление, радуга, анатомия глаза, механизм зрения и действие очков.

В первой части интересно объяснение круглых изображений Солнца в отверстиях произвольной формы. Мавролпк показал, что на определенном расстоянии от отверстия изображения световых лучей, испускаемых каждой точкой светящегося предмета, накладываются друг на друга. Впоследствии Кеплер повторил и усовершенствовал это объяснение.

Во второй части Мавролик принимает теорию зрения Альхазена, но, основываясь на более точном знании анатомии глаза, считает, что лучи преломляются в хрусталике и вызывают ощущение на сетчатой оболочке глаза. Тем самым было введено фундаментальное положение теории зрения - хрусталик глаза работает как линза. Но Мавролику тоже не хватило мужества принять перевернутое изображение на сетчатке, и он с помощью серии ухищрений показывает, что на сетчатке изображение получается прямым. Такова сила предрассудка даже в наиболее возвышенных умах! В теории -зрения Мавролику принадлежит также заслуга установления того, что недостаточная или избыточная кривизна хрусталика является причиной соответственно дальнозоркости или близорукости.

Не зная даже закона преломления, Мавролик показал, что, проходя пластинку с плоскими и параллельными поверхностями, световые лучи не изменяют направления, а лишь смещаются параллельно самим себе, что выпуклые линзы являются собирающими, а вогнутые-рассеивающими. Исследуя преломление света в стеклянной сфере, Мавролик наблюдал диакаустику и начал ее исследовать. Может показаться странным, но Мавролик был первым ученым, который точно указал семь цветов радуги, тогда как традиция, восходящая к Вителлию, различала в радуге лишь три цвета. Наконец, Мавролик первым начал исследование преломления света в призмах, установив, что при этом получаются те же цвета, что и в радуге.

Эта работа Мавролика очень невелика - всего 84 страницы, но это великий труд. Жаль, что она стала доступна лишь через 57 лет после ее написания.

13. ИЗОБРЕТЕНИЕ ПОДЗОРНОЙ ТРУБЫ

Совершенно отличными от этой маленькой, но серьезной книжки Мавролика являются увесистые тома неаполрттанца Джован Баттисты Порты (1538?-1615). Серия его трудов начинается с трактата «Magia naturalis sire de miraculis rerum naturalium» («Натуральная магия, или о чудесах вещей естественных») в четырех книгах, опубликованного в 1558 г. и содержащего некоторые новые наблюдения, хотя в целом это чистая компиляция из средневековых книг.

В 1589 г. этот трактат был вновь опубликован в 20 книгах. Но от первоначального юношеского произведения остался лишь заголовок, и то не целиком, потому что подзаголовок «или о чудесах вещей естественных» был опущен, должно быть, чтобы избежать неприятностей с инквизицией, которая и так уже доставила автору немало беспокойств. В этом втором издании, несмотря на многочисленные причуды, проявления легковерия и стремление отыскивать всюду любой ценой чудеса, можно заметить более серьезный подход и более выраженное подражание двум энциклопедиям Кардана, упомянутым ранее (§ 9). Из двадцати книг этого трактата нас особенно интересуют сейчас две: седьмая, о которой мы будем говорить ниже, и семнадцатая.

Эта последняя книга посвящена «оптическим изображениям» и уже во введении обещает чудеса:

«И если считалось, что почтенная античность изобрела многие и великие вещи, то мы будем говорить о еще более великих, более возвышенных и более славных, и не только о полезных деятелям оптической науки» (Io. Baptistae Pоrtae Neapolitan}, Magiae naturalis libri viginti, Francofurti, 1607, p. 572. Первое издание вышло, как мы говорили, в 1589 г. Впоследствии выходили бесчисленные переиздания и переводы на другие языки).

Но не все здесь было сплошным бахвальством. Даже странно видеть в этом произведении, где все как бы пронизано описанием разных чудес, страницы семнадцатой и седьмой книг, где чувствуется новое слово нового времени. Порта проявил себя опытным экспериментатором в области оптики, что, кстати, подтверждается и другими источниками.

Действительно, в 1580 г. Порта прибыл в Мурано по поручению кардинала д'Эсте, и из его переписки с кардиналом мы узнаем, что он весь день занят со стекольщиками, чтобы сделать линзы и параболическое зеркало. Во время своего пребывания в Мурано он близко подружился с Паоло Сарпи (1552-1623), с которым поддерживал затем всю жизнь дружеские отношения и о котором он упоминает в своей «Магии» с большим уважением. В юные годы Паоло посвятил себя естественным и математическим наукам, и в частности оптике, очарованный ее естественнонаучным содержанием и геометрическим подходом. И он не ограничился изучением классиков - Евклида, Птолемея, Альхазена, а производил также самостоятельные исследования, которыми щедро делился со своими многочисленными друзьями-учеными. Имеет смысл остановиться на одном случае, относящемся к рассматриваемому нами периоду.

В одном из своих «размышлений», написанных приблизительно в 1578 г., но опубликованных лишь в 1882 г., Сарпи, напоминая, что видимые размеры предмета зависят от угла, под которым он виден, добавляет, что на это влияют также

«...очки и другие прозрачные предметы, которые увеличивают или уменьшают предметы, просто увеличивая или уменьшая угол зрения» (P. Cassani, Paolo Sarpi e le scienze naturali, L'Ateneo veneto (6), 1882, p. 308).

В цитируемой работе Кассани впервые публикует «размышления» Паоло Сарпи о естествознании, взятые из рукописи, хранящейся в Венеции. Теорема об угловом увеличении линз впервые появилась, по-видимому, в брошюре Марко Антонио де Доминиса «De iridis visus et lucis» («О радуге зрения и света», Венеция, 1611). Де Доминис был близким другом Паоло Сарпи и известен своим участием в политической и религиозной борьбе той эпохи, вследствие чего он вынужден был провести конец своей жизни узником в Кастель Сан-Анджело. Работа де Доминиса не свидетельствует об особой научной проницательности автора. Кроме упомянутой теоремы, интерес представляет лишь наблюдение того, что радуга обязана отражению света от задней поверхности капелек дождя. Поэтому мы можем легко допустить, что де Доминис узнал теорему об угловом увеличении линз от Сарпи. О других примерах научной щедрости Сарпи мы расскажем в дальнейшем.

Но вернемся к Порте, который в своей семнадцатой книге «Магии», как нам кажется, тоже лишь популяризировал результаты Паоло Сарпи как в конкретных вопросах, так и в методологических. Главы I-III этой книги посвящены расположенным под углом плоским зеркалам, имеющим нерегулярную поверхность и позволяющим получать различные оптические иллюзии, которые известны еще со времен Евклида и лежат в основе различных оптических фокусов. Здесь впервые сформулировано правило, что число-изображений, получающихся в двух зеркалах, расположенных под углом, равно уменьшенному на единицу отношению 360° к углу, образуемому зеркалами. В действительности это правило справедливо только при условии, что предмет находится на биссектрисе угла между зеркалами. Глава IV посвящена вогнутым зеркалам. Здесь определяется «точка инверсии», т. е. фокус, и описаны приспособления для достижения удивительных эффектов. Глава V говорит об эффектах, достижимых с помощью комбинации плоских и вогнутых зеркал. В главах VI, VII и VIII описана камера-обскура со всеми чудесами, которые она дарит экспериментатору.

После сказанного нами в гл. 2 излишне напоминать, что Порта не был изобретателем камеры-обскуры, как это утверждают иногда и сейчас; нельзя считать также, что он предвосхитил современный фотографический аппарат, только потому, что поместил линзу у отверстия камеры-обскуры; это усовершенствование было введено еще до 1550 г. - о нем сообщает Кардан в своем труде «О тонкости», не приписывая этого открытия себе, а Даниэль Барбаро в книге о перспективе, опубликованной в 1567 г., не только дает описание камеры-обскуры с линзой, но отмечает сферическую аберрацию линз и изобретает способ ослабления этого эффекта, применяемый до сих пор, - диафрагмирование линзы, как это называется теперь. Наконец, в 1573 г. Игнатий Данти, переводя и комментируя оптику Евклида, описывает камеру-обскуру и советует применять плоское зеркало для получения прямых изображений.

Какие же заслуги остаются в конце концов у Порты?

Их остается несколько. О получении прямых изображений с помощью вогнутых зеркал Порта упоминает в «Магии» еще в 1558 г. Ему мы обязаны применением камеры-обскуры для выполнения рисунков. Ему же принадлежит идея применения камеры-обскуры как волшебного фонаря, т. е. для проецирования рисунков, помещенных у отверстия камеры и сильно освещенных солнцем или свечами. Большое научное значение имеет тот факт, что уже в издании 1558 г. Порта пользуется принципом камеры-обскуры для объяснения теории зрения. Действительно, описав опыт, Порта продолжает:

«Отсюда философам и медикам становится очевидным, в какой части глаза образуется изображение, а также решается вызвавший столько споров вопрос о проникновении внутрь, и никаким другим рассуждением оба эти вопроса нельзя убедительнее решить. Действительно, маленькое изображение вводится через зрачок, как через окно, а небольшая часть большого шара, находящаяся на дне глаза, играет роль зеркала» (Magiae naturalis sive de miraculis rerum naturalium libri IV, lo. Baptista Porta auctore, Neapoli, 1558, p. 144).

Можно сказать, что такому приложению камеры-обскуры Порта научился у Леонардо через Кардана, но, во всяком случае, здесь мы имеем первое печатное упоминание об этом. К сожалению, Порта ни в этом, ни в следующем издании в 1589 г. ничего не говорит о перевертывании изображения на чувствительной части глаза.

В главе IX своего труда он рассматривает цилиндрические и пирамидальные зеркала, а следующая, X глава посвящена линзам. В ней приведен комплекс различных весьма интересных экспериментальных и теоретических данных. Далее мы переходим к главе XI с многообещающим заголовком: «О линзах, с помощью которых любой может видеть очень далеко».

Усовершенствованная камера-обскура, применявшаяся Дж. Б. Портой. (Savеrien, Dictionnaire universel de mathematique et de physique, 1734.) AB - зеркало, наклоненное под углом 45° к горизонту; Е - собирающая линза, проецирующая на бумагу для рисунка изображение внешнего предмета

Речь идет о подзорной трубе - скажет современный читатель и не удивится этому, потому что все предыдущее рассмотрение как будто подводило прямо к подзорной трубе, по крайней мере типа телескопа с параболическим зеркалом и линзой. Но чтение этой главы, которая в свое время подвергла тяжелому испытанию многие головы, в том числе и самого Кеплера, вызывает разочарование. Изложение абсолютно недоступно пониманию, говорится понемногу о линзах, о зеркалах, о параболах, о чтении с далекого расстояния. Все это содержится в следующем «Размышлении» Паоло Сарпи:

«Одно или несколько зеркал можно приспособить так, что человек увидит, что делается снаружи, и то же самое с очками. Буквы можно читать с расстояния 50 шагов. Я это проверил со сферой и сферической линзой, но лучше с параболой и параболической линзой, и читать можно при далеко стоящем свете» (Р. Сassani, цат. выше, р. 320).

И как бы в пояснение этой мысли тот же Сарпи в письме от 6 февраля 1609 г. к синьору Делиль Гросло, в котором он сообщает о появлении подзорной трубы в Венеции, говорит, что он еще с юных лет думал о такой вещи, но, добавляет он,

«я не подтвердил и не проверил эту мысль на опыте. Не знаю, может быть, этот мастер осуществил мои мысли, если только сведения не преувеличены, как это обычно бывает со слухами» (Lettere di Fra Paolo Sarpi, Fircnze, 1863, v. I, p 181).

Мы будем, по-видимому, недалеки от истины, если предположим, что в своей знаменитой XI главе семнадцатой книги «Магии» Порта пытался туманно описать телескоп с параболическим зеркалом и увеличивающей линзой, который Паоло собирался построить и в котором Порта по истечении многих лет не смог как следует разобраться. Порта всегда отказывался разъяснять эту главу, ограничиваясь замечанием, что Паоло его понимал. Только после того, как телескоп был использован Галилеем, Порта стал отстаивать свой приоритет, хотя и назвал этот прибор «пустяком».

Однако к такому «пустяку» стремились веками, ибо идея эта так же стара, как и само понятие линзы, и возникала почти непроизвольно у каждого, кто пользовался увеличивающей линзой и должен был задаться вопросом, нельзя ли неограниченно повышать способность увеличения. И вот это смешение стремления с осуществлением и заставило многих историков приписывать это изобретение самым различным лицам: Роджеру Бэкону, который хотел построить линзы, позволяющие видеть человека большим, как гора; Леонардо да Винчи, который хотел сделать очки, чтобы видеть Луну большой; Джероламо Фракасторо, который в 1538 г. писал, что если глядеть через двое очков, наложенных одни на другие, то все вещи будут казаться много больше и ближе; Леонардо Диггесу, который в 1571 г. опубликовал книгу, где предлагает комбинировать выпуклые и вогнутые линзы; Паоло Сарпи и, наконец, Джован Баттиста Порте.

Гюйгенс (а он-то уж, конечно, разбирался в оптике) писал в своей «Диоптрике», что человек, который смог бы изобрести подзорную трубу, основываясь лишь на теории, без вмешательства случая, должен был бы обладать сверхчеловеческим умом. Оптические теории XVI века не только не приводили к открытию подзорной трубы, а даже уводили от него. Чтобы убедиться в этом, достаточно просмотреть самый обширный трактат XVI века по теории оптики «De refractione» («О преломлении»), автором которого был не кто иной, как Джован Баттиста Порта. Прошло время, многое изменилось, накоплен жизненный опыт и опыт исследований с разочарованиями в чудесных явлениях, которым он слишком легко верил, были поучительные разговоры с Паоло Сарпи, и вот Порта в трактате «О преломлении» в порыве безмерного восхищения природными явлениями вводит новый научный подход, проявляет критическое мышление, серьезность намерений и методов, которой никак нельзя было ожидать от автора «Магии». Порта, следуя классической теории зрения, настолько не был в состоянии объяснить явления преломления, что создает у читателя впечатление, будто преломление - это обман зрения, иллюзия. Возьмем, например, одно из первых положений пятого предложения первой книги. Порта говорит: «Преломленное изображение приходит в глаз по прямой линии»(Io Baptista Рortае Neapolitan!, De refractione, optices parte libri novem, Neapoli» 1593, p. 12), что совершенно непонятно и содержит в себе внутреннее противоречие. Отсюда следует, что Порта не смог фактически объяснить самые простые опыты по преломлению, как, например, опыт с преломлением палочки, который он описывает в первой книге. Еще хуже обстоит дело во второй книге, где в соответствии со злосчастной средневековой традицией проводится исследование преломления в стеклянном шаре, в котором аберрации в сочетании с физико-психологическими факторами, играющими роль при наблюдении, сильно запутывают основное явление. Последующие пять книг были посвящены анатомии глаза и теории зрения, затем в восьмой книге Порта переходит к более интересной теме - к линзам. Здесь много ценных наблюдений, но основное впечатление, которое остается у читателя, это то, что линзам нельзя доверять, они и увеличивают, и уменьшают, и приводят к удвоению предмета, к появлению цветов, которых нет в самом предмете. Нет, линзам верить нельзя.

Как же при этих условиях может родиться идея подзорной трубы?

И действительно, все документы, которыми мы сейчас располагаем, указывают, что подзорную трубу создали не ученые, а мастера-ремесленники, мастера по стеклу, точнее, мастера, изготовлявшие очки. В то время это ремесло настолько распространилось, что превратилось в самостоятельную отрасль промышленности.

Но, несмотря на большое число накопленных документов, историки не могут еще с уверенностью сказать, где и когда впервые появилась подзорная труба. Называлось много имен и выдвигалось много гипотез. Точно известно, что в 1604 г. уже многие пользовались подзорной трубой, а если можно верить более позднему документу от 1634 г., то в 1604 г. в Миддель-бурге (Голландия) Захария Янссен построил подзорную трубу по модели, которая, по его словам, прибыла из Италии и на которой было написано: «Год 1590».

Если это истинная дата появления подзорной трубы, то изобретение просуществовало незаметно 18 лет, до 1608 г., не привлекая к себе внимания, особенно со стороны ученых. В 1608 г. начинают интересоваться военным применением подзорной трубы, но опять-таки без особого энтузиазма.

Весной 1609 г. какие-то сведения об этом приборе попадают в Венецию и доходят до Галилея. И вот через десять месяцев появляется «Sidereus Nun-cius» («Звездный вестник»), возвестивший о приходе новых времен.