Ньютон
Шрифт:
Заключительная стадия испытания каждой линзы — проверка её совершенства путём сбора в фокус собираемых лучей. Ньютон подметил, что изображения, даваемые линзами, всякий раз окружены очень тонкой цветной каёмкой. Какие бы усилия ни прилагал он, чтобы прогнать каёмку, она появлялась вновь и вновь. Каёмка была очень слабой, на неё попросту не обращали внимания великие предшественники Ньютона. А он установил, что точно такие же тончайшие цветные ободочки на изображении есть у всех телескопов и всех линз при любой их форме и точности обработки. Ньютон решил, что именно этот дефект наряду со сферической аберрацией затрудняет достижение резкости изображения в линзах и телескопах.
Хроматическая аберрация, как стали впоследствии называть это явление, была открыта Ньютоном случайно, но лишь в том смысле, в каком вообще можно говорить о случайности в научных открытиях. Даже если предположить,
Он извлекает из своего «случайного» открытия всё, что может извлечь мощный гений: систематически и тщательнейшим образом изучает «мелкое» явление, не зная покоя и отдыха до тех пор, пока полностью не вскрывает его причин, пока перед ним не выстраивается цепь новых следствий. И то, что он дошёл до причин этого «малого» явления, привело его к великому прозрению: открытию сложного состава белого цвета. Из изученного явления Ньютон делает и практические выводы. Он решает, что бессмысленно совершенствовать телескопы-рефракторы, увеличивая размеры линз, улучшая их качество и тщательно их полируя. Столь же бесполезно увеличивать размеры тубуса. Никакие ухищрения: новые формы линз и усложнение их поверхностей не могли спасти линзы и телескопы от хроматической аберрации — маленькой цветной каёмочки в изображении.
Ньютон-лектор, вещая в гулкой пустоте аудитории своим немногочисленным слушателям о премудростях оптики, мог с полным основанием говорить так:
— Изучающие диоптрику — науку о линзах — воображают, что зрительные приборы могут быть доведены до любой степени совершенства… Для этой цели придуманы были разные инструменты для притирания стёкол по гиперболическим, а также параболическим фигурам, однако точное изготовление таких фигур до сих пор никому не удавалось. И вот для того, чтобы не тратили далее труд свой на безнадёжное дело, осмеливаюсь я предупредить, что, если бы даже всё происходило удачно, всё же полученное не отвечало бы ожиданиям. Ибо стёкла, коим дали фигуры наилучшие, какие для этой цели можно придумать, не будут действовать и вдвое лучше сферических зеркал, отполированных с той же точностью. Говорю это не для осуждения авторов-оптиков. Однако нечто, и притом очень важное, было оставлено ими для открытия потомкам. Так, я обнаружил в преломлениях некую неправильность, искажающую всё…
Что именно за «неправильность» — Ньютон умалчивал. Он рассказывал студентам многое, но не говорил главного — о цветной каёмочке. Эта каёмочка была его открытием, его собственностью, его богатством. Он хотел заявить о своём открытии лишь тогда, когда его уже невозможно будет смести потоком неизбежной критики.
Ньютон понимал, что цветная каёмочка возникает по той же причине, по которой стеклянная призма даёт цветное пятно. Любая линза уже по своей сущности имеет в разных точках разную толщину, как и призма.
Нужно было избавляться от линз, и Ньютон стал подумывать об изготовлении небольшого вогнутого зеркала, которое имело бы те же оптические характеристики, что и выпуклая линза, но не имело бы её неравномерной толщины. Это зеркало Ньютон решил использовать вместо первой собирающей линзы — объектива обычного телескопа.
Телескоп Ньютона, разумеется, сильно напоминал телескоп Грегори. Но зеркало Грегори было чрезвычайно сложно изготовить — оно было параболическим. Ньютон выбрал более простую сферическую форму. Телескоп Грегори имел в середине зеркала отверстие для наблюдения предметов обычным путём, то есть смотря вперёд, с помощью лучей, отражённых от плоского зеркала, размещённого в середине трубы. Изменение Ньютона было революционным: он поместил на пути лучей от вогнутого зеркала маленькое плоское наклонное зеркало, отражавшее лучи к стенке трубы, — там было проделано отверстие и помещена линза-окуляр. Теперь астроном, чтобы увидеть небо, должен был смотреть не в его сторону, а куда-то вбок и внушать себе, что небо находится именно там, где он его видит.
Ньютон — неизвестному, Трин. — колл., Кембридж
«Сэр… инструмент, который я сделал, был не более 6 дюймов в длину, с апертурой чуть больше дюйма и плоско-выпуклым очковым стеклом толщиной от 1/6 до 1/7 дюйма. И таким образом он увеличивает примерно в 40 раз по диаметру с достаточной чёткостью. Это лучше, чем у шестифутовой трубы. Однако из-за плохих материалов, из-за отсутствия должной полировки он не даёт такого отчётливого изображения, как шестифутовая труба. Думаю, что
«…каким бы это утверждение ни показалось парадоксальным…» Удивительное время! Молодой гений видит очевидный для всех, и в том числе для него, парадокс в том; что практические достижения могут быть плодами научных изысканий! В том, что этот парадокс со временем перестал существовать, большая заслуга Ньютона, заслуга «Ньютоновой революции».
Время Ньютона было удивительным. Многие современные представления тогда только зарождались, многие с тех пор канули в Лету, многие разительно переменились. С тех пор изменилось само представление о науке, о её роли в обществе, изменилось содержание научных понятий, коренным образом изменилась организация науки, формы общения учёных.
Копия письма Ньютона неизвестному адресату была обнаружена в архиве Коллинса. Именно через Коллинса об этом телескопе узнали многие учёные, в том числе члены Королевского общества. Через Коллинса же Ньютону было сообщено о том, что было бы желательно увидеть этот телескоп в Лондоне, и сделан намёк на то, что неплохо было бы подарить телескоп королю.
Но это было невозможно! Телескоп, построенный Ньютоном в 1668 году, оказался весьма несовершенным. Изображения получались тусклыми и размытыми. Чтобы что-нибудь чётко увидеть, приходилось «подгадывать» положение телескопа и глаза. Уже через два-три месяца зеркальная поверхность безнадёжно потускнела. Ньютон решил сделать второй экземпляр, и при этом постараться избежать недостатков первого. Главным было, как понимал Ньютон, обеспечить качество полировки зеркала — требования к полировке, как он выяснил, были гораздо более жёсткими, чем к шлифовке линз. Но и само изготовление зеркала требовало и большого ремесленного мастерства, и громадного трудолюбия, и попутного проведения всё новых и новых исследований.
Ньютон — Ольденбургу
29 сентября 1671 года
«…Сначала я расплавил одну медь, затем положил туда мышьяк и, сплавив, размешал всё вместе, остерегаясь вдыхать ядовитый дым. Затем добавил олова и снова, после очень быстрого его расплавления, всё перемешал. После этого сразу всё вылил…»
Особые трудности вызывала, как говорилось, полировка.
Вот как происходил процесс изготовления зеркала, по описанию его в ньютоновской «Оптике», вышедшей почти через тридцать пять лет. Ньютон сделал две круглые медные пластины, по шесть дюймов в диаметре, одну выпуклую, другую вогнутую, точно притёртые одна к другой. К выпуклой пластине он притирал металл вогнутого зеркала, которое нужно было полировать до тех пор, пока оно не принимало форму пластинки и не было готово к полировке. Затем он покрывал пластину очень тонким слоем смолы, капая расплавленной смолой на металл и нагревая его; чтобы сохранить смолу мягкой, он в это время притирал её смоченной вогнутой пластиной. Потом брал очень тонкую золу, отмытую от больших частиц, и, положив немного на смолу, втирал её вогнутой пластиной до тех пор, пока не прекращался шорох; после этого он две-три минуты быстрыми движениями притирал, сильно прижимая, металл зеркала к смоле. Смолу он присыпал свежей золой, втирая её снова до исчезновения шума и после этого, как и прежде, притирал пластину к зеркалу. Эту работу он повторял до тех пор, пока металл не отполировывался. Напоследок он в течение изрядного времени притирал его со всей силой, при этом часто дыша на смолу, чтобы держать её сырой, не подсыпая уже свежей золы…
Слухи о новом телескопе распространились быстро. Через Коллинса о нём узнали и Гук, и Рен, и Таунлей, и Флемстид, и многие другие старейшины Королевского общества, которые считали, что пора бы им уже его и показать. В конце 1671 года Барроу привёз телескоп в Лондон. На телескопе была многозначительная надпись, сделанная самим Ньютоном: «Первый отражательный телескоп». Этим Ньютон подчёркивал, что он является не столько изобретателем телескопа-рефлектора, сколько изготовителем его действующей модели.