Оптика

Менее эффективным было развитие оптики. По сравнению с быстрым прогрессом физической оптики в XVII в., XVIII в. выглядит как период застоя. Тем не менее и в этот период были достигнуты некоторые существенные результаты.

Прежде всего следует отметить развитие оптических инструментов. Оптика XVIII в. исправила ошибку Ньютона, считавшего принципиально невозможным получение ахроматических труб. Эйлер выступил с утверждением, что ахроматические комбинации преломляющих сред возможны, сославшись (что неверно) на пример глаза, который якобы является ахроматической системой. В 1757 г. Джон Доллонд построил первую ахроматическую трубу с объективом, изготовленным из флинтгласовой и кронгласовой линз, а в 1758 г.- трубу с тремя линзами. Эйлер в своей "Диоптрике" много занимался расчетами дисперсии, ахроматических систем и сферической аберрации. Эйлер был также одним из основателей фотометрии. Он указал на различие между силой света и освещенностью и установил до Ламберта, что последняя изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от источника и зависит от угла наклона падающих лучей. Его предшественником в области фотометрии был Бугер (1698-1758), "Оптические опыты по градации света" которого появились в 1729 г. В этом сочинении описываются опыты с фотометром по сравнению яркостей различных источников света, в том числе и небесных светил, исследуется отражательная и поглощательная способности тел и устанавливается известный закон поглощения света. Фотометрия в XVIII в. получила окончательное оформление в труде Ламберта (1728-1777) "Фотометрия, или об измерениях и делениях света, цветов и теней" (1760 г.), в котором даны определения основных понятий фотометрии (сила света, яркость, освещенность), установлены основные законы, носящие название законов Ламберта. Теоретическая оптика почти совсем не разрабатывалась. Господствовала корпускулярная теория света. Однако были и сильные противники этой теории.

В 1756 г. было опубликовано "Слово о происхождении света" М. В. Ломоносова. Здесь наряду с критикой ньютоновской теории света содержалась оригинальная теория света и цветов самого Ломоносова. В этой теории отчетливо ощущается стремление автора перебросить мост между физикой и химией, связать вопрос об окраске тел с вопросом об их химическом строении. Немалую роль в возникновении теории сыграли и собственные эксперименты Ломоносова по окрашиванию стекол. "Желал бы я,- пишет Ломоносов в "Слове",- показать для утверждения сия системы все примеры из многочисленных опытов, которые особливо мною учинены в изыскании разноцветных стекол к мозаичному художеству..."^* Он указывает, что для ясного понимания его теории "необходимо нужно предложить всю мою систему физической химии", в которой "цвета и другие чувствительных тел свойства происходят" от "натуры первоначальных частиц, тела составляющих"^**. Теория Ломоносова представляет собой своеобразный синтез атомистики и концепции эфира. Тела предполагаются состоящими из трех сортов частиц, соответствующих трем первоначальным химическим "элементам", по тогдашним химическим представлениям: соляной, ртутной и серной, или горючей, материи. Этим трем сортам "материальных" частиц соответствуют три сорта частиц эфира, из коих первому роду соответствует красный цвет, второму - желтый, третьему - голубой. "Прочие цвета рождаются от смешения первых". Частицы первого рода самые крупные, третьего - самые мелкие. При распространении в эфире волнового движения частицы его движутся "зыблющимся и коловратным движением", при падении световых лучей на тело частицы эфира волновым движением прижимаются к частицам тела и тогда по принципу совмещения, сформулированному Ломоносовым, приводят во вращение соответствующие частицы тела. Если поверхность тела состоит из частиц всех сортов, то все эфирные частицы передают им свое вращательное движение и такое тело кажется черным. Если же на поверхности тела нет этих смешанных частиц, а только чистые земляные или водяные, то тело будет казаться белым. В промежуточных случаях получаются различные цвета.

^* (М. В. Ломоносов, Сочинения, т. III, Изд. АН СССР, 1952, стр. 342.)

^** (М. В. Ломоносов, Сочинения, т. III, Изд. АН СССР, 1952, стр. 342.)

Если отвлечься от архаических представлений в теории Ломоносова, а также от ошибочного смешивания физиологических и физических характеристик цвета, то мы можем констатировать наличие в ней очень здравых физических идей, а именно:

1. синтез волновых и корпускулярных представлений в оптике;
2. принцип волнового распространения света через эфир;
3. превращение светового движения в тепловое при падении света на черные тела;
4. составление всех цветов из трех простых;
5. своеобразный принцип "резонанса" (принцип совместности движений частиц) и, наконец, идея о зависимости цвета пламени от химического строения горючего вещества.

Ломоносов размышлял и о связи электрических и оптических свойств, предполагая сделать опыт с преломлением света в наэлектризованном стекле.

В феврале 1754 г. Ломоносов писал Эйлеру о своих занятиях по теории цветов, в результате которых были достигнуты не только теоретические, но и практические результаты: мозаичные изображения. Эйлер ответил ему письмом от 30 марта 1754 г., в котором, отдавая должное дарованию Ломоносова, его способности объяснять "явления природы с исключительным успехом при помощи теории", сообщает о своих собственных взглядах на природу цветов. Эйлер, так же как и Ломоносов, отказывается от ньютоновской теории и противопоставляет ей другую теорию, в которой "свет в эфире, подобно звуку в воздухе, рождается колебательным движением, и объясняет различие цветов различной скоростью колебаний, так что цвета отличаются друг от друга так же, как высокие и низкие звучания". Что касается цветов тел, то, по мнению Эйлера, они обусловлены способностью частичек тела резонировать на определенные колебания и возбуждать соответствующие лучи света. Следовательно, "мы видим непрозрачные тела не при помощи отраженных от них лучей, но в собственных лучах, испускаемых поверхностью их... Частички непрозрачных тел колеблются только, пока они подвергаются действию световых лучей, а как только последние прекращаются, так и непрозрачное тело перестает светить. Однако ничто не препятствует существованию таких непрозрачных тел, которые сохраняют колебание, полученное от лучей света, более длительно, что и наблюдается в болонском камне". Здесь Эйлер имеет в виду фосфоресценцию сплава, полученного еще в XVII в. в Болонье сапожником Винчентом Каскариоло прокаливанием тяжелого шпата. Следовательно, цвет тела, по Эйлеру, обусловлен способностью его частичек резонировать на определенные колебания. Весьма существенным обстоятельством является то, что Эйлер впервые написал уравнение распространения гармонических колебаний. Он же показал, что при заданном распределении смещений и скоростей точек в начальном импульсе волна распространяется в одну сторону.

Таким образом, в период завершения научной революции были достигнуты определенные результаты в практической оптике (ахроматические объективы). Разрабатывалась теория сферической аберрации и дисперсии (Эйлер), создана фотометрия (Бугер, Эйлер, Ламберт), разрабатывалась теория цветов (Ломоносов, Эйлер) и, наконец, высказывалась идея о связи электрических, оптических и химических процессов (Ломоносов). Следует еще прибавить работу над конструкцией мощных зажигательных оптических приборов (Чирнгаузен, Ломоносов, Лавуазье) и источников света (кулибинский фонарь).