Говоря об истоках оптики, обычно вспоминают античных философов, таких как Архимед и Евклид. Само слово «оптика» ― греческое и означает «наука о зрительных восприятиях». До сих пор ученые пользуются законами, выведенными древними греками более двух тысяч лет назад.

Куда реже вспоминают о том, что саму природу света и зрения греки объясняли совсем не так, как это делает современная наука. Именно этим различиям и была посвящена первая часть научно-популярной лекции профессора Университета ИТМО, научного куратора Музея оптики Сергея Стафеева.

«В первую очередь, в античности была исключительно геометрическая оптика, там не было волновой оптики, там не было, разумеется, квантовой оптики, ― рассказывает Сергей Стафеев. ― Но даже геометрическая оптика в античном варианте была вывернута наоборот. Это не был свет, попадающий в глаза, а были зрительные лучи, исходящие из глаз и ощупывающие предметы, затем возвращающиеся в глаз и таким образом создающие зрительные, визуальные впечатления».

Сергей Стафеев
Сергей Стафеев

При этом, по мысли греков, лучи расходились из глаз конусом, но не сплошным, а состоящим из отдельных лучиков. Именно поэтому, как считали в древности, мы не можем видеть мелкие предметы вдалеке.

«Расстояние между зрительными лучами Евклид рассчитал как половину угловой минуты, ― добавляет Сергей Стафеев. ― Это на самом деле практически соответствует остроте зрения человеческого глаза, которая, понятно, определяется не зрительными лучами, а формой хрусталика, расположением палочек и колбочек. Легко сосчитать, что, действительно, меньше этого угла вы видеть не можете, если не берете лупу или телескоп».

Это же представление породило любопытное объяснение старческой дальнозоркости: «В старости глаза слабеют и конусы лучей сужаются и пересекаются в более далекой точке».

Научно-популярная лекция «О том, как сглазили несчастную Медузу Горгону»
Научно-популярная лекция «О том, как сглазили несчастную Медузу Горгону»

Зеркало и Медуза Горгона

Таким образом, вся оптика для греков была «глазоцентрированной». То есть вопросы зрения, света и цвета решались ими в системах, где глаз и его «зрительные лучи» находились в центре. От этого же греки отталкивались при изучении зеркал.

«Греки не задавались вопросом о зеркале как об инструменте, ― поясняет Сергей Стафеев. ― Вопрос был в том, как и почему мы видим в зеркале: почему в вогнутом зеркале мы видим уменьшенные образы, в плоском они равные, в выпуклом они и вовсе могут переворачиваться. Они об этом говорили, хотя никто не вводил понятия фокуса зеркала, оптической силы и так далее».

По мнению античных ученых, зрительные лучи при соприкосновении с зеркалом или поверхностью воды могли менять свою сущность. С этим, к примеру, связан знаменитый миф о Медузе Горгоне ― чудовище, которое могло взглядом превращать все живое в камень. Она была убита греческим героем Персеем.

Научно-популярная лекция «О том, как сглазили несчастную Медузу Горгону»
Научно-популярная лекция «О том, как сглазили несчастную Медузу Горгону»

«Что сделал Персей? Он не смотрел на Медузу, а смотрел в зеркало, в свой щит и видел там свою противницу, что помогло ему ее победить, ― объясняет Сергей Стафеев. ― Но суть то в том, что Медуза сама могла смотреть на него из этого зеркала. В этом смысле кажется непонятным, почему зрительные лучи, в существование которых верили греки, отразившись от зеркала, не убили Персея. Так вот, они не убили Персея, потому что любые зеркала, стекло, поверхность воды модифицирует зрительные лучи, ударяясь в поверхность, они теряют свою силу».

Как многие помнят, отголоски этой идеи можно найти во второй книге о Гарри Поттере, где он сражается с василиском, который также взглядом способен убивать все живое. При этом несколько человек, которые посмотрели в глаза василиска в отражении или через фотокамеру, не погибли, а только оцепенели.

Гарри Поттер и Василиск. Кадр из фильма. Источник: screenrant.com
Гарри Поттер и Василиск. Кадр из фильма. Источник: screenrant.com

Античная оптика и строительство

Представления греков о зрительных лучах нашли отражение не только в мифах, но и в архитектуре. Наивная с точки зрения современной физики теория о том, что люди «ощупывают» пространство своими зрительными лучами, помогло грекам понять важную особенность нашего зрения. Кажущийся размер объекта, его зрительные пропорции, не тождественны реальным габаритам и зависят от угла, под которым мы смотрим. Отсюда известные строительные ухищрения античных архитекторов.

«Речь о знаменитых энтазисах колонн, ― рассказывает Сергей Стафеев. ― Ни одна греческая колонна не была не только цилиндром, но и конусом. Она была выправлена по своей образующей в виде куска параболы, которая могла немного расширяться от базиса колонны до уровня глаз, а потом сужаться вверх до капители, чтобы храм мог казаться выше. Именно так формировалось античное утончение колонны».

Колонны Акрополя в Афинах. Источник: shutterstock.com
Колонны Акрополя в Афинах. Источник: shutterstock.com

Например, в знаменитом афинском Парфеноне все пропорции, расстояния между колоннами, формы отдельных элементов были тонко рассчитаны так, чтобы подходящий зритель видел здание идеально пропорциональным. Несмотря на все оптические иллюзии, связанные с тем, что мы смотрим на разные части зданий под разным углом.

Тончайшее чувство перспективы античных архитекторов доказывается не только промерами, сделанными с помощью современных инструментов.

«В 1979 году были найдены чертежи одного из малоазиатских античных храмов, в них сначала была разрисована прямоугольными структурами общая планировка здания, а потом введены искажения, которые и нужно было реализовать в камне», ― рассказывает Стафеев.

Также идеи зрительных лучей влияли и на архитектуру античных театров. Считалось, что, поскольку зрительные лучи несут в себе энергию, то взгляды людей, собравшихся в театре, добавляли энергетики действию, происходившему на сцене, рассказывает профессор. Именно поэтому нужен был всесторонний обзор, чтобы зрители не мешали друг другу, поясняет он.

Законы обратимости

Источник: shutterstock.com
Источник: shutterstock.com

Казалось бы, идеи античных ученых сложно назвать сколько-нибудь научными. Как же получилось, что выведенные ими базовые законы геометрии, представления о перспективе и основах линейной оптики используются до сих пор?

«В оптике есть правила обратимости световых лучей, понятно, не зрительных, ― объясняет Сергей Стафеев. ― Это означает, что если перед вами предмет S, линза и за ней изображение S1, то если в уравнении поменять знак у времени, то есть "заставить" свет идти в обратном направлении, то система не изменится. Поэтому, ошибаясь с направлением, греки пришли к более-менее верным выводам в законе отражения, в системах зеркал и в преломляющей способности».

Однако, как считает профессор Университета ИТМО, современный человек может поучиться у древних греков не только основам геометрии. Античные люди показали едва ли не первый пример соединения науки и искусства, чтобы создать произведения, которые стали объектами подражаний на протяжении тысячелетий и до сих пор восхищают человечество.

«Это один из примеров синтеза наук и искусств, того самого Art & Science, который, я считаю, должен быть концепцией, позволяющей создавать вершины и в искусстве, и в науке. В науке есть понятия "красивая формула", "изящная теория" и т.д. То же самое и в искусстве если мы не противопоставляем рациональное и эмоциональное, мы достигаем вершин», ― подытожил он.

Перейти к содержанию