Есть вещи, которые прочно вошли в нашу жизнь, и мы пользуемся ими, считая, что так было всегда. А между тем, некоторые из таких обыденных мелочей своим появлением буквально изменили ход истории, нашу культуру и общество – незаметно, но необратимо.
Линзы окружают нас повсюду. Даже если у вас великолепное зрение и вы не носите очки или контактные линзы, в вашем доме наверняка есть телевизор или фотоаппарат, на автомобиле или велосипеде установлены фары с поляризованными стеклами, а на двери – глазок или видеодомофон. Но ведь так было далеко не всегда. Когда и где появились линзы и как они изменили жизнь человека?
От «огненной жемчужины» до оптических теорий
Так уж повелось, что родину почти всех вещей ищут в Китае, Египте или Риме. Не будем отступать от этой традиции. Достоверно известно – еще за тысячу лет до нашей эры китайцы использовали «огненные жемчужины» (хо чжу) для добычи «нового огня» во время весенних празднеств. Кроме того, они клали линзы из шлифованных прозрачных камней на текст, чтобы различить мелкие, неразборчивые значки. Правда, сквозь отшлифованные кристаллы турмалина и темно-коричневого топаза было довольно плохо видно. Возможно, поэтому мудрецы из Поднебесной уделяли основное внимание в своих экспериментах в оптике не линзам, а зеркалам. Парадоксально: они написали ряд трактатов об увеличительных свойствах выпуклых кристаллов – а очки для коррекции зрения позаимствовали в Средние века у арабов.
Зато именно Поднебесная является родиной темных очков. Китайцы, известные своей беспристрастной бюрократической судебной системой, нашли довольно необычное применение дымчатому топазу: большие «стекла» – тонкие пластинки минерала в оправе – скрывали выражение лица судьи, не позволяя определить его личное отношение к приговору.
В Европе на способность выпуклой линзы увеличивать изображение обратили внимание еще древние греки. А когда в Риме стало развиваться ювелирное искусство, мастера, вынужденные постоянно рассматривать мельчайшие детали, быстро теряли зрение. Выход нашли очень простой – кристаллы горного хрусталя или других прозрачных камней огранялись и шлифовались в двояковыпуклую линзу. Такие увеличительные стекла помогали в тонкой работе.
Но близорукость знакома не только мастерам – с возрастом практически все начинают хуже видеть. Страдал таким недугом и римский император Нерон, большой любитель гладиаторских боев. Каким бы удобным ни было место правителя в ложе, плохое зрение не давало ему в полной мере насладиться кровавым зрелищем. Искусно ограненная и отшлифованная линза из изумруда, сквозь которую император смотрел бои на арене, стала прародителем моноклей и театральных биноклей.
Многие считают родиной увеличивающего стекла древний Египет. И неудивительно – ведь именно там было изобретено само стекло. К тому же при раскопках в долине Нила археологи обнаружили линзы такого качества, которое трудно получить даже с современными материалами и технологиями. Да, эти находки были просто великолепны! Но вот практического применения египтяне им так и не придумали. Изумительные линзы тончайшей работы вставлялись в глазницы статуй – и только. Глаза выходили как живые и производили неизгладимое впечатление на зрителей. Но больше никаких прорывов в оптике мудрецы Страны Пирамид не совершили. Даже использование линз в качестве зажигательных приспособлений пока не подтверждено. Сами изобретатели не смогли оценить важности своего открытия!
А вот арабы оценили, и даже очень! Эта практичная и жадная до знаний нация совершила первый научный прорыв в оптике. В X веке арабский ученый Ибн аль-Хайсам задался вопросом: почему линза увеличивает или уменьшает. Само свойство прозрачных предметов изменять вид вещей было известно уже давно. Теперь же исследователь установил, что мы можем видеть благодаря лучам света, отражающимся от предметов и попадающим в глаза, и изучил особенности преломления этих лучей. Это знание, очевидное на наш просвещенный взгляд, в то время стало грандиозным открытием. В первую очередь оно позволило объединить всю накопленную за предыдущие века информацию об отражении света и приложить ее к эффекту преломления. Огромный практический опыт исследования и использования зеркал применили и к линзам. И этот маленький прозрачный камешек вызвал настоящую лавину научных открытий.
Еще древние греки обратили внимание на то, как наполненные водой стеклянные шары увеличивают изображение. Правда, качество стекла в то время было очень низким, что придавало изображениям, на которые смотрели через такое приспособление, весьма причудливый вид. Так что стеклянные шары остались просто забавной игрушкой. Да и в Риме им нашли не самое лучшее применение: оформляли такими украшениями таверны и лавки.
От изумрудной линзы до очков
Второе решающее событие в изучении оптики произошло в XIII веке. Дело в том, что горный хрусталь, берилл, изумруды и топазы – далеко не лучший материал для линз, да еще и откровенно не дешевый. Но вот, наконец, венецианские ремесленники научились варить стекло, значительно превосходящее по качеству египетское и арабское. Искусство стеклодувов становилось все более совершенным. Научная база уже была создана арабами и греками, сфера применения тоже вполне определилась, а теперь появился и относительно дешевый и качественный материал. Линзы стали прочно входить в обиход.
Сначала вспомнили о греческом изобретении – стеклянном шаре, наполненном водой. Первым в Европе о свойствах этого приспособления написал францисканский монах Роджер Бэкон. Он предложил использовать его людям со слабыми глазами и даже подарил один такой шар Папе Клименту IV. А уже в 1240 году монахи перевели на латынь труд аль-Хайсама и стали изготавливать стеклянные линзы. Так же, как китайцы, они клали их на текст рукописи, чтобы увеличить буквы или рисунок.
Значительно подешевев, приспособления для чтения становились все более популярными. Немаловажную роль в этом сыграло и появление оправы. Первоначально она служила для защиты от сколов хрупкой кромки стекла. Но очень скоро люди поняли, что лупа на ручке или монокль гораздо удобнее, чем просто линза, положенная на страницу книги.
А уже к концу XIII века появились и первые настоящие очки. Их изобретение приписывают итальянцу Сальвино Д’Армате. Вроде бы совсем простое решение – соединить две линзы в оправе, но к нему шли целых полторы тысячи лет! И это изобретение действительно изменило мир. Брат-доминиканец Джордано да Ривалто писал в своей проповеди: «Открыто искусство изготовления очков, призванных улучшить зрение. Это одно из самых лучших и необходимых искусств в мире».
Действительно, создание очков стало судьбоносным для всего человечества. Ведь, читая вечерами при свече или при лучине, несложно потерять зрение. И в первую очередь, разумеется, страдали грамотные люди – ведь именно они больше всего напрягали глаза, изучая вечерами труды великих ученых при тусклом мерцании свечей и факелов. Теперь же два простых венецианских стеклышка в роговой или металлической оправе возвращали им способность читать – и продвигать науку, культуру и искусство вперед!
Применение линз для коррекции зрения послужило и мощным толчком в развитии офтальмологии – области медицины, изучающей болезни глаз. Ведь до этого доктора ничем не могли помочь слепнущим пациентам. Очки потихоньку становились незаменимым предметом. Врачи и ученые, монахи и ремесленники, торговцы и знать – все они уже с трудом могли обходиться без этого простого приспособления. Началось торжественное шествие оптики по всему миру. И с арабскими путешественниками очки вернулись на родину самой линзы, в Китай. Как все-таки причудливы пути научной мысли: жители Поднебесной, которые первыми описали оптические свойства ограненных самоцветов и придумали темные очки, так и не додумались объединить эти два изобретения!
От простеньких линз до сложных оптических приборов
Свойства различных линз и их взаимодействие интересовали исследователей все больше. Вооруженные трудом аль-Хайсама и познаниями в геометрии и алгебре, ученые изучали фокусные расстояния, законы преломления, объединяли стекла и призмы в различные сложные конструкции. Способность увеличивать предметы была использована голландскими мореплавателями. Именно они первыми стали делать подзорные трубы. Эти новые приспособления произвели сильное впечатление на великого итальянского ученого Галилео Галилея, который усовершенствовал изобретение голландцев и создал в 1609 году первый телескоп. Линзы кардинально изменили взгляд на Вселенную. Горы на Луне, спутники Юпитера, отдельные звезды в Млечном пути – после их описания в «Звездном вестнике» во Флоренции даже коронованные особы спешили заказать себе телескоп.
Новая отрасль науки заинтересовала всех ученых мужей. Открытия и теории начали сыпаться как из рога изобилия. Рене Декарт, Пьер Ферма, Исаак Ньютон, Христиан Гюйгенс – все они значительно расширили наши познания о законах мироздания. Корпускулярная теория света, явления дисперсии и интерференции, начала волновой теории света – эти новые научные принципы и понятия заложили надежный фундамент для будущих исследований в области физики, астрономии и других наук.
Для практического применения подзорных труб, телескопов и микроскопов много сделал и Иоганн Кеплер. Именно он изобрел оборачивающую систему. Дело в том, что первые оптические приборы давали перевернутое изображение. И если в астрономии это не создавало особых проблем, то в других областях приносило массу неудобств. Неподготовленному и необученному моряку или солдату сложно быстро сориентироваться в обстановке, которую наблюдаешь вверх ногами. Новые подзорные трубы, сделанные по системе Кеплера, моментально вошли в обиход на море, в армии и в научных экспедициях.
А практичный ум Галилея пошел еще дальше – он создал микроскоп. Впрочем, практически одновременно с ним о подобных изобретениях заявили еще несколько ученых, и на вопрос, кому отдать пальму первенства, до сих пор нет точного ответа. Но, так или иначе, это изобретение подтолкнуло ученых к множеству новых открытий.
Так линзы вернулись к исполнению своей первой функции – увеличению мелких предметов – уже на качественно новом уровне. Исследование микромира, новое представление о строении Вселенной, географические открытия и военные победы – все это стало возможным только благодаря небольшим кусочкам гладко отшлифованного стекла!
От венецианского стекла до ахроматического объектива
Оптические системы становились все сложнее, и ученые начали сталкиваться с проблемами совсем другого плана. Дело в том, что технология варки стекла с XIII века почти не изменилась, а требования к нему росли. Качество получаемого продукта уже было недостаточным. Его пытались исправить с помощью шлифовки – сначала ручной, потом на станке. Но сами рецепты почти не менялись.
Одной из главных проблем стала так называемая хроматическая аберрация. Это явление каждый из нас много раз наблюдал в природе. Радуга на небе, причудливые цветные блики на гранях хрусталя – луч света, проходя через прозрачную среду, распадается на различные цвета спектра. А если оптическая система состоит из множества линз, то голубой свет, например, фокусируется не в той же точке, что и красный. Из-за этого вокруг наблюдаемых объектов возникает цветная кайма. А в некоторых случаях мы получаем просто набор спектральных линий и пятен. Эта проблема поначалу казалась неустранимой и сильно тормозила дальнейшее развитие оптики.
Первым ученым, предложившим решение проблемы, стал Леонард Эйлер. В своих исследованиях он обратил внимание на то, что преломление и искажение зависит не только от формы линзы, но и от качества материала, из которого она изготовлена. И сочетание призм, окуляров и объективов с различными свойствами может обеспечить четкое, не распадающееся на цветные пятна изображение. Но только в том случае, если стекло для их изготовления будет отвечать определенным требованиям.
Никаких стандартов в те времена еще не существовало, а значит, их надо было создать. И стекловарение из искусства стало наукой. Ее основоположником явился Михаил Васильевич Ломоносов. Более 4000 опытов по созданию новых видов стекол стали фундаментом для множества новых открытий. Невыгорающие цветные мозаики, высокопрочные пуленепробиваемые стекла, тактические очки для спортсменов, военных и охотников и другие подобные вещи были получены благодаря новому научному подходу. Как это часто происходит, исследование в одной области привело к прорыву в других. Стекло, изначально применявшееся для изготовления оптических приборов, посуды и предметов искусства, превратилось в прочный строительный материал и начало завоевывать новые сферы применения. А побочным продуктом многочисленных исследований оказались танковый триплекс, стекловата, всем известный утеплительный материал, и многие другие составы. Ну и, конечно, было получено то, ради чего затевались все эти исследования: в 1758 году английский оптик Д. Доллонд создал первый ахроматический объектив, который обеспечивал великолепное качество изображения.
От новых приборов к новому искусству
Возможность получать качественное, не искаженное и без радужных ореолов изображение привела к быстрому развитию оптического приборостроения. Все более совершенными становились микроскопы и телескопы, позволявшие совершать новые открытия. Изменились армия и флот. На замену простеньким подзорным трубам пришли мощные призматические бинокли и перископы. Передовые траншеи фронтов и мостики боевых кораблей ощетинились стереотрубами. Солдаты смотрели на противника через оптические прицелы и артиллерийские панорамы.
Но сложные приборы, создающие качественное изображение, пригодились не только в военном деле. Вспоминая об изобретении пластинок с бромосеребряным светочувствительным слоем, а потом и фотопленки, мы зачастую забываем, какую роль сыграла в фотографии и кино оптика. Ведь без хорошего объектива ни фотоаппарата, ни кинокамеры, ни проектора не сконструировать. Так что благодаря изучению выпуклых стекол родились сразу два новых вида искусства. Мы часами просиживаем перед телевизором и ходим на премьеры в кинотеатры. Движущаяся картинка, проецируемая на экран с помощью сложной системы линз, создает моду и изменяет культуру.
Не менее важным стало и появление новых измерительных приборов – теодолитов. Небоскребы и автострады, идеально прямые линии железных дорог и громады дамб гидроэлектростанций – все это практически невозможно построить без точнейших, выверенных до тысячных долей градуса, измерений. Конечно, правильно отмерять углы и расстояния, руководствуясь познаниями в геометрии, умели еще древние египтяне, но такие масштабы строительства как в XVIII, XIX и тем более XX веке требовали качественно новых приборов. К сожалению, так и остались неизвестными имена инженеров, которые догадались объединить зрительную трубу с поляриметром, известным еще с XVI века приспособлением для измерения углов и расстояний. Но неважно, живете вы в небоскребе или в частном домике в деревне, ваше жилище было спроектировано и построено именно с их помощью.
От медицинского прибора до модного аксессуара
Все больше людей на нашей планете осваивало грамоту. Потому очки, изобретенные итальянцем Сальвино Д’Армате, стали предметом вначале просто необходимым, а потом еще и модным. Но вот незадача – чем хуже зрение, тем толще должна быть линза. А тяжелые толстые стекла требуют такой же массивной оправы. Согласитесь, носить на лице огромный «аквариум» не очень-то удобно и не особенно красиво. А человеку всегда хотелось выглядеть привлекательно и солидно. Первым решением этой проблемы стал монокль. Его прямым предком была обычная лупа на рукоятке. Но если сама она вышла из повседневного обихода с появлением очков и осталась только рабочим инструментом сыщиков и коллекционеров, то монокль быстро завоевал популярность. Он гораздо меньше очков, у него нет рукоятки, ему не нужен футляр. Простое стеклышко на изящной цепочке, положенное в нагрудный карман жилета, фрака или мундира, превратилось в стильный аксессуар. И неважно, насколько толстым оно должно быть, чтобы обеспечить вам нужную четкость изображения, – ведь у него нет оправы, что делает его гораздо легче. К тому же никто не заставляет вас носить его постоянно. Что же до неудобства – так им можно и пренебречь ради моды и статуса. Вставление монокля в глазную впадину и быстрое его сбрасывание превратилось в вид светской акробатики с претензией на шик, а выражение перекошенного из-за мускульных усилий лица казалось брезгливо-высокомерным.
Самыми страстными поклонниками этого приспособления стали военные. «Прусак в остроконечной каске и с моноклем» превратился в карикатурный стереотип. Русскую армию эта мода тоже не обошла, но во время Первой мировой войны от нее отказались из патриотических соображений. Как бы то ни было, хотя популярность монокля схлынула еще в начале прошлого века, сами они отнюдь не исчезли. Ведь при выполнении тонкой работы человек в любом случае прикрывает один глаз. Бинокулярное зрение ему только мешает. Вот и остались монокли в арсенале ювелиров, часовщиков и гравировщиков.
Но то выражение лица, которое создает монокль, не красило симпатичных дам. Для них нашлось свое решение – лорнет. Он появился еще в XV веке и очень быстро вошел в моду. В первую очередь благодаря росту популярности театра. А насладиться всей красотой спектакля со слабым зрением достаточно сложно – это понял еще римский император Нерон. Как же быть? Очки не особенно изящны, монокль создает на лице не совсем приличествующее леди выражение, а театральный бинокль достаточно велик, и носить его с собой неудобно. Но если два стекла поместить в тонкую оправу искусной работы, часто еще и складную, то эффект будет совершенно иным! Мало того, у прекрасного пола появился еще один великолепный инструмент для выражения своих чувств – демонстрации заинтересованности или, наоборот, презрения.
А вот распространение пенсне стало возможным только благодаря новым технологиям производства оправ и применению более легких материалов. Оно появилось гораздо раньше, чем классические очки с дужками, но было быстро вытеснено последними – все-таки крепить линзы просто на носу не так уж удобно. Скорее всего, причиной возвращения пенсне стала все та же мода. Монокль прочно закрепился в качестве аксессуара военных и преуспевающих буржуа, лорнет стал фактически женским атрибутом – надо же было как-то выделиться и интеллигенции! Благодаря оправе из рога, целлулоида или каучука пенсне было достаточно легким, а шнурок или цепочка, на которой оно висело, служили модным аксессуаром. А так называемые «китайские» или «японские» пенсне с оправой из черепахового панциря сами по себе были настоящими произведениями искусства. Ну и, разумеется, как и в случае с лорнетом или моноклем, ношение пенсне породило определенную систему знаков – например, сбрасывание пенсне с переносицы для проявления неудовольствия или протирание для выражения сомнения или недоверия.
Назад к истокам
Но все-таки очки, какими бы они ни были, – далеко не самое удобное приспособление. Но, может быть, можно исправить сам глаз? Оказывается, над этим вопросом задумались задолго до изобретения лазерной коррекции зрения. Впервые идея поместить линзу прямо на глазное яблоко пришла в голову еще в 1508 году Леонардо да Винчи. Среди его работ есть рисунок глаза с заполненной водой ванночкой, прообразом современных контактных линз. Но его научная мысль намного опередила время – необходимая для расчетов теоретическая база была создана только к 1888 году. Однако как только она появилась – практический результат последовал моментально. Немецкий исследователь Август Мюллер постоянно искал способ одолеть свою сильнейшую близорукость, требующую линз в –14 диоптрий. Представляете, какой толщины были стекла его очков и сколько они весили?
Ученый провел множество исследований строения глаза, рассчитал диаметр и радиус кривизны, необходимые оптические свойства. Помощь ему оказала немецкая компания «Химлер», один из лучших производителей оптики того времени. Именно она по расчетам Мюллера создала из кремниевого стекла первые контактные линзы. Они были, разумеется, жесткими и не отличались особенным удобством. Да и постоянное присутствие в глазу постороннего предмета трудно назвать приятным. Но это был решающий прорыв – сама возможность создания и успешного применения такого рода медицинского средства была успешно доказана. Дальнейшие исследования проводились уже в целях выбора наиболее подходящего материала, который бы пропускал к роговице глаза необходимый для ее здоровья кислород. Это удалось сделать только в 1960 году – до этого контактные линзы делали из органического стекла, которое не отличалось по качеству от кремниевого, но было гораздо легче. А потом чешский ученый Отто Вихтерле синтезировал полимер, НЕМА, и линзы стали делать из него. Их называли мягкими, так как этот материал обладал способностью поглощать воду и становиться очень эластичным. А примерно 10 лет назад появилось новое изобретение – силикон-гидрогелевые контактные линзы, обеспечивающие еще больший комфорт.
И что интересно, так же, как очки, которые из медицинского прибора превратились в модный аксессуар, контактные линзы быстро завоевали популярность даже у людей с отличным зрением. Ведь с их помощью можно изменить цвет глаз! Хотите зеленые глаза или голубые? Вы собрались на Хэллоуин одеться вампиром и желаете красные? Пожалуйста! Можете даже поменять форму зрачка на змеиный или кошачий, или сделать их как у киборга из фильма «Терминатор». А если надоест, всегда можно выбрать что-нибудь другое. И кто знает, может, знаменитые линзы из древнего Египта, так похожие на настоящие живые глаза, тоже были не такими уж простыми украшениями?
