Пользователь
Логин:
Пароль:
  Регистрация
Обновления
Астротека 01-05-2011
Опубликована статья А.Пецык "Постройка 18-ти дюймового добсона «Фомальгаут»".

Astronomer.ru 12-11-2010
Большая экспедиция ПулКОН по Западному полушарию

Astronomer.ru 10-10-2010
Первый свет второго Цейсс-600 в Тарихе

 Все обновления
Доска объявлений
 747   Продаю/Меняю  0 
 356   Куплю  0 
  Список досок
Астротека
Статьи: Историко-астрономические исследования, история науки

В. Гуриков - Эйлер против Ньютона или триумф российской оптики (век XVIII)

Дата публикации: 04-11-2002     Источник: http://www.optika.ru/pressa/history/5-2000/index.php


Владимир Гуриков
Старший научный сотрудник Института истории естествознания
и техники Российской академии наук


ЭЙЛЕР ПРОТИВ НЬЮТОНА
или триумф российской оптики (век XVIII)



История прикладной оптики - это по сути дела история решения проблемы ликвидации многочисленных "ошибок" (аберраций), которыми обладает та или иная оптическая система (будь то очковая линза или объектив телескопа или микроскопа).

Занимаясь более 30 лет профессионально историей оптики и написав десяток книг и сотни статей, я не знаю более яркого случая, когда Российская оптическая наука и техника оказалась на самых передовых рубежах мировой оптики. Тем более, что речь пойдет о самом знаменитом физике всех времен и народов - великом ИСААКЕ НЬЮТОНЕ.

Ньютон ошибался редко... И все же один единственный случай был. Об этом единственном случае и пойдет речь в настоящей статье. И еще о том, кому выпала честь эту ошибку исправить...

1. Введение. Открытие сферической и хроматической аберраций


Появление и развитие телескопических систем в XVII в. вызвало подлинную революцию как в оптике, так и в астрономии. Но первые телескопы еще крайне несовершенны, они дают нечеткое изображение, окрашенное к тому же радужным ореолом - следствие сферических и хроматических аберраций.

Умы многих выдающихся деятелей XVII в. занимал вопрос о повышении качества изображения, даваемого оптическими системами и, в частности, микроскопами и телескопами. Поэтому неудивительно, что уже в 1666 г. Исаак Ньютон, будучи в то время студентом, занялся собственноручным изготовлением асферических линз с целью создания оптических систем с возможно меньшими аберрациями. Напомним, что эта задача представляет определенные трудности даже в наши дни. Можно поэтому вообразить какие трудности приходилось испытывать Ньютону и его современникам. Все-таки асферические линзы Ньютоном были созданы, однако, никаких сведений об их качестве не сохранилось. Вскоре Ньютон прекратил эту трудоемкую работу, убедившись, что качество изображения, даваемое телескопом, зависит не только от сферических аберраций, но в большей степени от радужного окаймления, неизбежно сопровождающего изображение точки как в сферических, так и в асферических линзах.
Исаак Ньютон (1642-1727)

Исаак Ньютон (1642-1727)

2. Опыт И.Ньютона по дисперсии света


В 1666 г. Ньютоном было открыто явление дисперсии света, что явилось естественнонаучной предпосылкой к созданию ахроматических систем. "В начале 1666 г., - писал Ньютон в ме-муаре "Новая теория света и цветов", - я достал треугольную стеклянную призму, чтобы с нею произвести опыты над знаменитым явлением цветов".

Опыт И.Ньютона по разложению солнечного света в спектр (1666 г.) Справа - схема стеклянно-водяного объектива И.Ньютона

Опыт И.Ньютона по разложению солнечного света в спектр (1666 г.) Справа - схема стеклянно-водяного объектива И.Ньютона
В 1704 г. в книге "Оптика" [1] Ньютон описал свои опыты по разложению света в спектр с помощью стеклянной призмы. Он пришел к революционному для науки своего времени выводу: солнечный свет состоит из лучей различной преломляемости. Разницу в преломляющей способности Ньютон связывал с различной цветностью лучей. Так, рассматривая бумагу, одна половина которой окрашена в красный, а другая в синий цвет через призму, он нашел, что обе половины бумаги кажутся смещенными, одна более приподнята, чем другая. Красный цвет оказывается менее преломляемым, чем синий. Обнаружив зависимость показателя преломления от цветности, Ньютон объяснил тем самым и дисперсию света в призме, а также и причину "радужного ореола" в телескопе, т. е. открыл хроматическую аберрацию оптических систем.

Уже в 1669 г. в своих "Лекциях по оптике" Ньютон ставит вопрос об аберрациях оптических систем следующим образом: "Изучающие диоптрику воображают, что зрительные приборы могут быть доведены до любой степени совершенства при помощи стекла, если полировкой сообщить ему желаемую геометрическую фигуру. Для этой цели придуманы были разные инструменты для притирания стекол по гиперболическим, а также параболическим фигурам. Однако точное изготовление таких фигур до сих пор никому не удалось, ибо работали понапрасну. И, вот, для того чтобы не тратили далее труд свой на безнадежное дело, осмеливаюсь я предупредить, что если бы даже все происходило удачно, все же полученное не отвечало бы ожиданиям. Ибо стекла, которым придали бы фигуры наилучшие, какие можно придумать для этой цели, не будут действовать и вдвое лучше сферических зеркал, полированных с той же точностью. Говорю это не для осуждения авторов-оптиков, ибо все они в отношении намерения своих доказательств высказывались точно и вполне правильно. Однако нечто, и притом очень важное, было оставлено ими для открытия потомкам. Так, я обнаружил в преломлениях некую неправильность, искажающую все. Она вызывает не только недостаточное превосходство конических сечений над сферическими фигурами, но и служит причиной того, что сферические фигуры дают много меньше, чем если бы сказанное преломление было однородным" [2, с. 19-20].

Этот вывод определил два основных направления дальнейшей деятельности Ньютона в области технической оптики: первое - это попытки расчета и устранения сферической, а главное хроматической аберраций, и второе - создание реальной конструкции ахроматического телескопа.
Фронтиспис книги "Оптика" И.Ньютона. Лондон, 1704 г.

Фронтиспис книги "Оптика" И.Ньютона. Лондон, 1704 г.

3. Вывод Ньютоном формулы сферической аберрации


Ньютон приводит вывод формулы поперечной сферической аберрации третьего порядка для частного случая, когда луч падает параллельно оптической оси системы (предложение XXXI в "Лекциях по оптике").

Этот вывод в эпоху Ньютона, несомненно, представлял значительные трудности. Вся литература, предшествующая "Лекциям по оптике" Ньютона (за исключением "Диоптрики" Кеплера), показывает беспомощность предшественников Ньютона в решении задачи об определении положения изображения точки. Эта задача может решаться единственно методом разложения в ряды по степеням углов, образуемых лучами с осью системы; только Ньютону было под силу ее решить, что он и сделал почти также, как это принято в современных курсах, если отбросить внешний блеск и сокращенные обозначения. Этим вычислением сферической аберрации для случая одной поверхности сферической формы Ньютон открывал новую страницу в теории оптических инструментов.

Ньютоном была выведена и формула расчета сферической аберрации для общего случая, когда предмет находится на конечном расстоянии. В современных обозначениях эта формула такова:



где: Z - поперечная сферическая аберрация; S, S' - расстояния от точек пересечения луча с осью до вершины преломляющей поверхности радиуса г; h - высота падения луча.

Современный вывод формулы сферической аберрации аналогичен выводу Ньютона и выполняется с теми же пренебрежениями, которые допускает Ньютон. Эти пренебрежения относятся к так называемым "высшим порядкам" сферической аберрации.

Определение сферической (а) и хроматической (б) аберрации. Рисунки из "Лекций по оптике" И.Ньютона

Определение сферической (а) и хроматической (б) аберрации. Рисунки из "Лекций по оптике" И.Ньютона
Таким образом, Ньютон вычислил сферическую аберрацию и астигматизм сферической поверхности, т. е. самые существенные, наиболее бросающиеся в глаза аберрации. Он не мог не знать о существовании других аберраций, например, комы, так как наблюдая звезды в свой телескоп, он не мог не обратить внимания на то, что звезды на краю поля зрения телескопа имеют вид "птичек"; однако время для полного анализа аберраций еще не пришло. Основание было положено Ньютоном; его дело было продолжено Смитом, Коддингтоном и закончено Зейделем.

Несмотря на большое значение работ Ньютона по определению двух важнейших аберраций монохроматических лучей, главная его заслуга состоит в объяснении хроматической аберрации и определении ее величины.

Несомненно, что о существовании хроматической аберрации было известно и до Ньютона. Для ее обнаружения достаточно было посмотреть в зрительную трубу на светящуюся точку. Однако никому до него не приходило в голову связать ее с неотчетливостью изображений в трубе, никто не ставил до Ньютона вопроса об ее причине и никто не искал практического выхода в отражательном телескопе. Одна постановка таких вопросов и в таком сочетании подымала Ньютона над всеми оптиками - его современниками.

4. Определение Ньютоном хроматической аберрации


В своих "Лекциях по оптике" Ньютон впервые ставит вопрос об определении хроматической аберрации: "Определить для разнородных лучей, падающих на сферу, ошибки, порожденные неравными преломлениями одинаково падающих лучей" [2, с. 134]. Им же была определена поперечная хроматическая аберрация одной преломляющей поверхности в виде отношения отрезка VXx отрезку GH:



где J - синус угла падения; Р- синус угла преломления для наиболее преломляющего луча; Т - синус угла преломления для наименее преломляемого луча.

Нетрудно показать, что вывод формулы хроматической аберрации, который приводит Ньютон в своих "Лекциях по оптике", по существу ничем не отличается от выводов в современных курсах оптики.

Ньютоном проводится сравнение величин сферической и хроматической аберраций для объектива, состоящего из плосковыпуклой линзы, обращенной плоскостью (что не является удачным расположением такой линзы) к параллельным лучам, с отверстием в 2 дюйма, фокусным расстоянием 240 дюймов (т. е. с относительным отверстием 1/200): "При помощи сего... можно сопоставить ошибки однородных лучей, происходящие на сферических поверхностях вследствие несоответствия фигуры (сферические аберрации - В.Г.) с ошибками разнородных (хроматические аберрации - В.Г.); поэтому причина того, что телескопы не продвинулись до большего совершенства не есть несоответствие сферической фигуры, а неоднородность света" [2, с. 135].

Далее, рассматривая рис. 2 (см.: И.Ньютон. "Лекции по оптике" с. 134, фиг. 64), Ньютон делает следующие выводы: "Отсюда VX (поперечная хроматическая аберрация - В.Г.) почти в тысячу пятьсот раз больше PQ (поперечная сферическая аберрация - В.Г.). Это столь большая диспропорция, что PQ в отношении VX можно считать нулем (Сферическая аберрация (РО) в данном случае получается столь малой по причине малого относительного отверстия оптической системы (1/200)  - В.Г.). Эта ошибка VI, равная 2/49 дюйма (1 мм - В.Г.), такова, что удивляюсь, как можно видеть предметы столь отчетливо через телескопы такого рода. Другого рода ошибка, РО, равная 17/633600, т. е. 1/372711 дюйма (0,0007 мм - В.Г.), приблизительно, много меньше того, что можно почувствовать, и потому ею можно пренебречь, приписывая неотчетливость видения ошибкам, проистекающим из-за неоднородности света (т. е. хроматическим аберрациям - В.Г.). Отсюда явствует, что усовершенствование телескопов следует искать не в конических сечениях; сферические фигуры в равной мере могут служить для этой цели. В микроскопах, однако, ошибки однородных лучей вследствие очень большой апертуры сферической поверхности стекла объектива выходят огромными и очень ощутимыми, так что если эти стекла изготовить должным образом по какому-либо коническому сечению, то получится только небольшое улучшение. Но мне известен метод исправления ошибок без конических сечений, в котором можно применять стекла со сферическими поверхностями, преломляющими однородные лучи достаточно точно, не говоря уже о том, что они много лучше преломляют пучки косых лучей, чем стекло, ограниченное какой-либо иной фигурой. Поэтому я думаю, что сферические поверхности более других прочих приспособлены для нужд диоптрики" [2, с. 136-137].

Интересно сравнить это утверждение Ньютона с его "Поучением" в конце первой книги "Математических начал натуральной философии" (1687 г.). В "Поучении" говорится: "Изо всех фигур сферическая наиболее подходит к оптическим целям. Если бы объективные стекла телескопов были составлены из двух стекол со сферической фигурой, заключающих между собою воду, то возможно, что ошибки преломления на крайних частях стеклянных поверхностей будут довольно точно исправляться преломлениями воды. Такие объективные стекла следует предпочесть эллиптическим и гиперболическим стеклам не только потому, что они могут быть выполнены более легко и точно, но и потому, что пучки лучей, расположенные вне оси стекла, будут преломляться в них более точно" [3, с. 288].

5. Первая попытка создания ахроматической системы


Как мы видим из этих строк, Ньютон уделяет хроматическим аберрациям большое значение и даже делает попытку их исправления. Он же предпринимает попытки создания практической конструкции ахроматической системы. В "Оптике" Ньютона [1] имеется описание "стеклянно-водяного объектива", состоящего из стеклянных менисков, пространство между которыми заполнено водой. Однако, тут Ньютон совершил ошибку, имевшую тяжелые последствия для развития оптики. Ошибка эта состояла в том, что в воду Ньютон добавлял свинцовый сахар для "просветления", благодаря чему коэффициент преломления воды настолько приблизился к коэффициенту преломления стекла, что эффекта ахроматизации не возникло. Исходя из этого, Ньютон сделал ошибочный вывод о том, что частная относительная дисперсия (n -1)/Дn есть универсальная постоянная, одинаковая для всех прозрачных сред, а потому исправление хроматических аберраций оптических системы невозможно: "Если бы, - писал Ньютон, - не различная преломляемость лучей, то в усовершенствовании телескопов можно бы добиться значительно большего, чем то, что мы описали, составляя объективные стекла из двух стекол с водою между ними. Пусть ADFC представляет объективное стекло, составленное из двух стекол ABED и BEFC, одинаково выпуклых с внешних сторон AGD и CHF и одинаково вогнутых сторон ВМЕ, ВNЕ изнутри, с водою в полости BMEN. Пусть синус падения из стекла в воздух равен отношению J к Я, из воды в воздух - отношению К и R; следовательно из стекла в воду - отношению J к К; пусть диаметр сферы, к которой относятся выпуклые стороны AGD и CHF будет D, и диаметр сферы, к которой относятся вогнутые стороны ВМЕ и BNE, относятся к D, как кубический корень из КК - KJ относится к кубическому корню из RK - RJ; преломления на вогнутых сторонах стекол значительно исправят ошибки преломлений на выпуклых сторонах, поскольку ошибки возникают вследствие сферичности фигуры. Таким способом можно довести телескопы до достаточного совершенства, если бы не было различной преломляемости различных сортов лучей. Но по причине этой различной преломляемости я не вижу какого-либо другого средства улучшения телескопов с помощью преломлений, кроме только увеличения их длины" [1, с. 85-86].

Только роковым стечением случайных обстоятельств можно объяснить эту ошибку Ньютона, измерения и эксперименты которого всегда отличались тщательностью и высокой точностью, тем более что в данном случае он работал еще со многими стеклянными призмами, а также с водяной призмой. По-видимому все его призмы мало отличались по сорту стекла и эффекта ахроматизации не возникало. В своем ошибочном утверждении Ньютон был упорен и к вопросу о дисперсии больше не возвращался.

В настоящее время мы знаем, что предложение Ньютона вполне рационально, идея Ньютона о сочетании прозрачных сред (у него - стекла и воды) для уничтожения хроматической аберрации пользуется и теперь для создания ахроматических оптических систем. Как будет показано ниже, эта идея была осуществлена в ее точном виде в 1747 г. Л.Эйлером. В 1859 г. Т.Сэттон предложил конструкцию фотографического объектива, реализующего почти в точности идею Ньютона. Но сам Ньютон, считая, что дальнейшее улучшение линзовых объективов невозможо, перешел к расчетам и изготовлению зеркальных телескопов. "Видя поэтому, что улучшение телескопов данных длин с помощью преломлений безнадежно, я придумал в свое время отражательную перспективу, применяя вместо объективного стекла вогнутый металл" [1, с. 86].
Ход лучей в зеркальном телескопе И.Ньютона

Ход лучей в зеркальном телескопе И.Ньютона

6. Ошибка Ньютона и ее последствия


Ошибка Ньютона и его непререкаемый авторитет почти на столетне отодвинули вопрос о возможности создания ахроматических оптических систем [4]. Правда, в 1695 г. Давид Грегори, руководствуясь аналогией с человеческим глазом, где двояковыпуклый хрусталик соприкасается с вогнутовыпуклым стекловидным телом (две линзы с различными показателями преломления), предложил на этом принципе строить ахроматические оптические приборы. Но практически эта идея была осуществлена Джоном Доллондом лишь в 1758 г. путем сочетания двояковыпуклой линзы из кронглаза с вогнутой линзой из флинтглаза.

К сожалению, мало что известно о работах другого английского ученого - Честера Мура Холла, который в 1733 г. создал конструкцию ахроматического объектива, состоящего из собирательной и рассеивающей линз, изготовленных из стекол с различной относительной дисперсией (крона и флинта). Однако Холл никогда не пытался опубликовать свои работы, и его исследования оставались известны лишь ограниченному кругу людей и не оказали существенного влияния на дальнейшее развитие ахроматической оптики. Сохранились лишь отдельные сообщения о его экспериментах, связанных с созданием ахроматических объективов. Так, например, 18 июня 1789 г. Джемс Рамсден в своем докладе на заседании лондонского Королевского Общества упомянул о работах Честера Холла. Что заставило Холла отказаться от опубликования своих работ, так и осталось неизвестным. Есть предположение, что Холл был настолько богат, что мало был заинтересован в практическом использовании своего изобретения и получении за него соответствующего вознаграждения.

7. Создание первых ахроматических систем Л. Эйлером


Леонард Эйлер (1707-1783 гг.)

Леонард Эйлер (1707-1783 гг.)
Одним из первых ученых, резко выступивших против утверждения Ньютона о невозможности построения оптических систем, свободных от хроматических аберраций, был действительный член Петербургской Академии наук Леонард Эйлер. В 1747 г. он впервые высказал идею о возможности создания ахроматического объектива микроскопа. Основным доводом, убеждавшим Эйлера в ошибочности утверждения Ньютона, был кажущийся ахроматизм глаза. Эйлер неоднократно, до конца своих дней возвращался к этому аргументу. В "Письмах о разных физических материях, писанных к некоторой немецкой принцессе..." говорится: "Примечено, что сие (т. е. хроматизм - В. Г.) отвратить можно, совокупляя различные прозрачные материи, но ни теория, ни практика не доведены еще до такого совершенства, чтоб можно было в самом деле отвратить все сии недостатки. Между тем, глаз, который создатель сотворил, не имеет ни единого из сих несовершенств, и ни одного из тех, которому бы подвержен был глаз по мнению упорного разума устроенный. Отсюда понимаем истинную причину, для чего премудрый создатель в сложении глаза употребил многие прозрачные материи, т. е. чтоб оградить его от всех несовершенств, которыми дела рук человеческих от божиих отличаются" [5, с. 331].

При этом Эйлер исходил из не вполне правильных представлений, будто бы глаз человека и животных, состоящий из нескольких прозрачных сред с различной относительной дисперсией, совершенно ахроматичен, и предлагал построить объектив, состоящий из двух обращенных друг к другу вогнутыми сторонами менисков и воды, заполняющей пространство между ними. В октябре 1748 г. Эйлер писал по этому поводу известному физику Гольдбаху: "Недостаток обычных объективных стекол проистекает лишь из того, что лучи света претерпевают неодинаковое преломление и вследствие этого красные лучи, например, образуют другой фокус, чем синие... откуда возникают неотчетливость и окраска объектов... Если поэтому можно было бы изготовить такие объективы, которые соединяли бы все лучи в одном общем фокусе, то мы могли бы ожидать от них тех же преимуществ, что и от зеркал ("от которых все лучи отражаются в один общий фокус", - как пишет Эйлер в другом месте этого же письма - В. Г.). Однако изготовить такие объективы из одного только стекла невозможно. Поэтому я пришел к мысли, нельзя ли изготовлять подобные объективные линзы из стекла и воды или из двух других прозрачных материй, и тем меньше сомневаться в этом, что, как мы видим, в глазах, состоящих из различных прозрачных тел, такого рода неотчетливость, вследствие различного преломления лучей света, не ощущается" [6]. Далее Эйлер показывает, что "оба стекла должны быть менисками, у которых радиус выпуклой поверхности относится к радиусу вогнутой, как 23 к 10".
Ахроматические оптические системы Л. Эйлера

Ахроматические оптические системы Л. Эйлера
а - зрительная труба с трехлинзовым ахроматическим объективом;
б- неахроматический объектив-дублет;
в -трехлинзовый объектив
На графиках аберраций: h - высота падения луча; dS'- величина сферической аберрации.

Это рассуждение Эйлера, ошибочное по существу, ибо хроматизм глаза в действительности очень велик, приводит однако Эйлера к правильному выводу о возможности создания ахроматических систем.
Для проверки своих расчетов Эйлер делает серию опытов с наливными линзами, состоящими из менисков, наполненных различными жидкостями и обнаруживает возможность уменьшения хроматизма. Как известно, подобные же опыты были в свое время проведены Ньютоном. Однако ошибка его состояла в том, что в воду добавлялся свинцовый сахар, благодаря чему дисперсия воды настолько приближалась к дисперсии стекла, что эффекта ахроматизации не возникало.

8. Ахроматы Д. Доллонда


Джон Доллонд (1706-1761 гг.)

Джон Доллонд (1706-1761 гг.)
Известно, что открытие ахроматических систем почти всегда связывается с именами английских оптиков Ч. Холла и Д. Доллонда и при этом очень часто забывается громадная заслуга российского академика Л. Эйлера. Как правило, не упоминается и тот факт, что в конце 40-х годов XVIII в. Д. Доллонд, будучи уже знаком с упомянутой выше идеей Эйлера, считал, однако, невозможным исправление хроматических аберраций. Это хорошо видно из письма Эйлера к К. Ветштейну от 29 августа 1752 г.: "Что касается моего маленького разногласия по теории рефракции с г. Доллондом, то я не понимаю, что он может противопоставить моему объяснению. Правда, я несколько отклоняюсь от теории великого Ньютона, но лишь по одному пункту, которого Ньютон нигде не доказал, а скорее предположил для облегчения вычислений, и я надеюсь, что различие во взглядах с г. Ньютоном, каким бы великим человеком он ни был, еще не может считаться достаточным для опровержения моего мнения. Мне кажется также весьма неудачным то, что от этого вопроса хотят отделить строение глаза, как нечто не имеющее к нему отношение. Ибо не подлежит сомнению, что если бы закон преломления, приписываемый Ньютону, был вполне строгим, то было бы абсолютно невозможно построить такой прибор, где было бы устранено влияние различной преломляемости лучей... Я очень желал бы поэтому, чтобы они соблаговолили взвесить все доводы, приведенные мною в защиту моего мнения, и если они будут опираться не только на авторитет, а ответят непосредственно на мои доказательства, я охотно подчинюсь этому решению" [7, с. 275].

Далее между Доллондом и Эйлером возникли оживленные споры, о чем свидетельствуют его письма к Ветштейну от 29 сентября и 21 ноября 1752 г., 31 марта 1753 г., 16 ноября 1754 г., 22 мая 1756 г. и др. Эти споры продолжались вплоть до 1758 г. В письме к Ветштейну от 22 мая 1756 . Эйлер писал: "Не могу понять, что еще за возражения находит Доллонд под предлогом, что состояние этого вопроса изменилось; дело не шло никогда о форме стекол сферической или параболической, а единственно о законе, которому следуют лучи различного цвета, преломляясь при прохождении из одной прозрачной среды в другую. Он высокомерно пренебрег законом, которым пользовался я, и счел его ложным и противоречащим мнениям покойного г. Ньютона, но я все же надеюсь, что когда он удостоит внимания мои соображения, то согласится со мною" [7, с. 278].

Из письма Эйлера к Ветштейну, написанному 31 октября 1758 г., уже видно, что к этому времени Доллонд, убедившись в правильности идеи Эйлера, уже начал делать попытки ее практической реализации в конкретной конструкции ахроматического объектива телескопа: "Я очень Вам благодарен, - писал Эйлер, - за известия о новых открытиях Доллонда по усовершенствованию телескопов, относящихся к устранению влияния различной преломляемости лучей; я особенно этим доволен, так как г. Доллонд тем самым признает правильность моей теории, на которую он ранее нападал. Объективы, построенные им из двух веществ, обладающих различными показателями преломления, без сомнения основаны на моем принципе; но, если мои, состоящие из стекла и воды, имеют тот недостаток, что допускают лишь весьма малое входное отверстие, то его объективы будут в еще большей мере подвержены этому недостатку, и если его телескопы дают удачные результаты, то я это приписываю скорее тому, что он нашел способ изготовлять однородное стекло. Между тем стекло, которым пользовались до сих пор, по большей части неоднородно в отношении преломления, что я определенно заметил в опытах, которые произведены мною в согласии с моими новыми идеями и которые, однако, довольно сносно мне удались" [7, с. 279-280].

Таким образом, воспользовавшись идеей Эйлера, Доллонд в 1758 г. применил для ее реализации два сорта стекла с различной дисперсией - крон и флинт.
Ахроматический телескоп Доллонда

Ахроматический телескоп Доллонда

9. Вопрос приоритета в создании первой ахроматической системы


Зрительная труба с ахроматическим объективом Д.Доллонда

Зрительная труба с ахроматическим объективом Д.Доллонда
Интересно отметить, что в западно-европейской литературе XIX-XX вв. изобретение Доллонда показывается как нечто совершенно новое и независимое от исследований Эйлера. Однако, современники Эйлера и Доллонда как в России, так и на Западе относились к этому вопросу совсем иначе. Так, знаменитый английский физик Д. Пристли в своей "Истории оптики" (1772 г.) прямо указывает на то, что Доллонд приступил к своим изысканиям под непосредственным влиянием работ Эйлера. Это же отмечает С. Я. Румовский в книге "Речь о начале и приращении оптики" (1763 г.): "Г-н Эйлер, разсуждая о глазе человеческом, который изъят от всех помянутых недостатков, первый сомневаться начал об истине сего предложения, и видя, что в глазе человеческом не иным чем, как соединением разных материй отвращены сии недостатки, заключил, что лучи равно преломляясь не во всех материях равно рассыпаются, и что соединением различных прозрачных материй можно получить то, чтоб лучи не рассыпались, ни на цвета разделяться не могли. Утверждаясь на сем мнении (Эйлер - В. Г.) в 1747 году показал способ, как делать трубы с двойными стеклами внутри водою наполненным, которые бы лучам рассыпаться препятствовали. Хотя сей способ, как сам автор признается", для разных причин, в действо с делаемым успехом произвесть трудно, однакож Доллонд ученый англичанин, не трудность онаго, на основание Невтонову мнению противное, опровергнуть старался. Сие подало случай г. Эйлеру мнение свое толь важными утвердить доказательствами, что сам Доллонд, крепкий Невтонов поборник, убежден будучи силою их, через опыты принужден был наследовать, которое из помянутых двух мнений истинно; и действительно нашел что Невтоново не согласно с опытами. Тогда явно стало, что можно составлять трубы, которыя бы не имели недостатку от различнаго преломления лучей происходящего. Доллонд соединением двух стекол вместо одного объективного, из которых каждое имело особливую фигуру, и из особливой материи зделано было, прежде всех удалось достигнуть своего намерения" [8, с. 23-24].

В статье, опубликованной в "Месяцеслове на 1777г.", под названием "Главнейшие изобретения с некоторых веков в Европе учиненные" читаем: "Утверждаясь на доказательствах г. Эйлера, на мысль пришло г. Доллонду объективные стекла делать из двух родов стекла известных в Англии под названием флинтглас и кронглас. Первое из них сие отменное имеет свойство, что разных цветов лучи по преломлении больше рассеивает, нежели кронглас, или обыкновенное простое стекло" [9, с. 290].
Сам Эйлер излагал в 1774 г. историю создания ахроматической оптики следующим образом: "Наше мнение вскоре же подверглось яростным нападкам со стороны покойного Доллонда, который еще долгое время считал, что доказательство великого Ньютона обосновано настолько прочно, что не может быть ошибочным. Для подкрепления своего мнения он приступил к опытам над преломлением различных прозрачных веществ, в особенности разных сортов стекла. Эти опыты вполне подтвердили мое мнение, и Доллонд принужден был признать свою ошибку. Без сомнения, именно это важное открытие заставило искусного мастера с жаром приняться за усовершенствование обычных линз". Изобретение Доллонда повлияло в свою очередь на дальнейшие работы Эйлера, особенно в части уточнения расчетов ахроматических систем.
Понимая всю важность проблемы создания ахроматической оптики, Петербургская Академия наук предложила в 1762 г. конкурсную задачу на премию следующего содержания: "Исследовать, сколько несовершенства зрительных труб и микроскопов, или мелкозоров, происходящие от различного преломления лучей и от круглого стекол вида, соединением многих стекол исправить или уменьшить можно, потом теорию совокупить с практикою и опытами утвердить" [10, с. 321]. На этот конкурс были представлены работы Л. Эйлера, шведского физика Самуила Клин-генштерна и молодого немецкого физика Груммера. Победителями конкурса стали Л. Эйлер и С. Клингенштерн. Их работы, посвященные главным образом созданию ахроматических объективов для телескопов, были премированы и изданы Академией наук.

Окончание следует




Литература

1. Ньютон И. Оптика. М.-Л., Госиздат, 1927.
2. Ньютон И. Лекции по оптике. М., Изд-во АН СССР, 1946.
3. Ньютон И. Математические начала натуральной философии. - В кн. А.Н.Крылов. Собр. трудов, т. 7. М.-Л., 1936.
4. Гуриков В.А. Возникновение и развитие ахроматических оптических систем, М.: МИИГАиК, 2000.
5. [iЭйлер Л.] Письма о разных физических материях, писанные к некоторой немецкой принцессе, с французского языка на российский переведенныя Степаном Румовским, Академии Наук членом, астрономом и профессором. Ч. Ill, СПб., 1774.
6. Соболь С.Л. История микроскопа и микроскопических исследований в России в XVIII веке. М.-Л., Изд-во АН СССР, 1949.
7. Письма Л.Эйлера к К.Ветштейну. - "Историко-астрономич. исследования", вып. 10. М., "Наука", 1969.
8. Румовский С.Я. Речь о начале и приращении оптики до нынешних времен. СПб., 1763, с. 23-24.
9. Собрание сочинений, выбранных из месяцесловов на разные годы, ч. II, Изд-во Академии Наук, СПб., 1787, с. 290.
10. Систематический и алфавитный указатель статей, помещенных в периодических изданиях и сборниках Имп. Академии Наук. Ч. II, СПб., 1875, с. 321.




Обсуждение материала

Материал еще не обсуждался.
Вы можете создать первую тему обсуждения
Создать новую тему

Астрономия и телескопостроение - Copyright © 1999-2006 Коллектив авторов