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».
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».
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.
«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.
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».
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
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.
