Глаз и Солнце | Вавилов С.И.

Автор: Вавилов С.И.

Год: 1976

Издательство: Наука

Формат: DjVu

Качество: Сканированные страницы

Количество страниц: 132

Описание

Книга «Глаз и Солнце» принадлежит перу выдающегося советского ученого и замечательного популяризатора науки академика С. И. Вавилова (1891—1951). В ней изложена история изучения света, рассказывается, что такое свет, какова природа Солнца и свойства его лучей, как устроен человеческий глаз и как он воспринимает свет.

Книга написана просто, доходчиво, читается с интересом. Являясь классическим произведением научно-популярной литературы, она неоднократно издавалась у нас и за рубежом и всегда пользовалась успехом у читателей.

Ответственный редактор академик И. М. ФРАНК

↑ Введение

War nicht das Auge sonnenhaft,
Wie konnten wir das Licht erblicken?
(Будь не солнечен наш глаз,
Кто бы солнцем любовался?)*
Гёте

* Перевод В. А. Жуковского.

Сопоставление глаза и Солнца так же старо, как и сам человеческий род. Источник такого сопоставления — не наука. И в наше время рядом с наукой, одновременно с картиной явлений, раскрытой и объясненной новым естествознанием, продолжает бытовать мир представлений ребенка и первобытного человека и, намеренно или ненамеренно, подражающий им мир поэтов.

В этот мир стоит иногда заглянуть как в один из возможных истоков научных гипотез. Он удивителен и сказочен; в этом мире между явлениями природы смело перекидываются мосты-связи, о которых иной раз наука еще не подозревает. В отдельных случаях эти связи угадываются верно, иногда они в корне ошибочны и просто нелепы, но всегда они заслуживают внимания, так как эти ошибки нередко помогают понять истину. Поэтому и к вопросу о связи глаза и Солнца поучительно подойти сначала с точки зрения детских, первобытных и поэтических представлений.

Играя «в прятки», ребенок очень часто решает спрятаться самым неожиданным образом: он зажмуривает глаза или закрывает их руками, будучи уверен, что теперь его никто не увидит; для него зрение отождествляется со светом.

Еще удивительнее, впрочем, сохранение такого же инстинктивного смешения зрения и света у взрослых. Фотографы, т. е. люди несколько искушенные в практической оптике, нередко ловят себя на том, что закрывают глаза, когда при заряжении или проявлении пластинок нужно тщательно следить, чтобы свет не проникал в темную комнату. Если внимательно прислушаться к тому, как мы говорим, к нашим собственным словам, то и здесь сразу обнаруживаются следы такой же фантастической оптики. Не замечая этого, люди говорят: «глаза засверкали», «солнце выглянуло», «звезды смотрят».

У поэтов перенос зрительных представлений на светило и, наоборот, приписывание глазам свойств источников света — самый обычный, можно сказать, обязательный прием:




Неизбежный для зрительного восприятия признак светила — лучи уподобляются ресницам:



Такие примеры без труда и в большом числе можно разыскать почти у каждого поэта, древнего или современного.

Неразрывной и сложной предполагалась связь глаза и Солнца в египетских мифах, изображениях и гимнах.

Как прекрасны оба ока Амона-Ра,

говорится в фиванском гимне, причем под очами бога подразумевались Солнце и Луна. О сложном переплетении зрительных и световых понятий свидетельствуют другие строки того же гимна:

Люди прозрели.
Когда впервые засверкал твой правый глаз,
А левый глаз прогнал тьму ночную.

Древний религиозный символ «всевидящего ока» имеет вид глаза, окруженного лучами (фиг. 1). Глаз здесь одновременно сияет и видит. В одном образе слиты глаз и Солнце, зрение и свет.

Таково основное и вместе с тем неосознанное «положение» донаучной или вненаучной оптики; наряду с ним есть и другое.

Мы постоянно говорим, что свет «режет», «бьет», «пробивается», «льется».
[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]




Слово «поток» света вошло даже в научный и технический обиход. У поэтов уподобление света жидкости — неизбежный оборот:









Иногда такое представление о свете как о чем-то телесном принимает резкие формы. На египетских изображениях эпохи Аменофиса IV (1350 г. до н. э.) лучи солнечного диска — Атона (фиг. 2) заканчиваются пальцами. Само слово «луч» значит «стрела» (от того же корня лук — оружие и лук — стрельчатое растение). В наших инстинктивных движениях иногда обнаруживается такое же грубое овеществление света. М. Горький рассказывает в своих воспоминаниях: «Я видел, как А. Чехов, сидя в саду у себя, ловил шляпой солнечный луч и пытался — совершенно безуспешно — надеть его на голову вместе со шляпой». Ловля света шляпой едва ли менее странна, чем солнечные руки Атона.

Настойчивое уподобление света движущемуся телу или жидкости в детских, первобытных и наших инстинктивных образах явно свидетельствует о стихийном, неосознанном материализме этих представлений. Вместе с тем несомненно, что отождествление света и зрения вызвано примитивным смешением внешнего мира и собственных ощущений.




Такое смешение еще очень сильно у ребенка и первобытного человека и остается в некоторой мере у взрослых и культурных людей в условиях «выключенного сознания». Победа настоящей материалистической пауки и заключалась прежде всего в ясном разделении внешнего мира от субъективных переживаний.

Сознание, разумеется, неизбежно приходит в свое время и разбивает сложные узоры детской и поэтической «оптики». Ребенок постепенно все определеннее начинает отличать свои ощущения от внешнего мира, сон резко отделяется от действительности, обманы чувств — от реальности. Пушкин, конечно, знал, что глаза не «сияют». Фету, разумеется, было известно, что звезды не «глядят», Чехова не требовалось убеждать, что солнечный луч поймать нельзя.

И все же мир представлений ребенка для поэта и до сих пор остается привлекательным, наиболее образным, легче всего доходящим до воображения. Поэтому в поэзии и в обыденной жизни «оптика детей и поэтов», вероятно, будет существовать еще долго. Она живет рядом с сознанием, с наукой, не вмешиваясь в них в наше время, но вместе с тем несомненно, что в прошлом она оказывала некоторое влияние и на науку.

История науки о свете в этом отношении особенно поучительна. Она началась как раз с попытки перенесения «оптики детей и поэтов» в область сознательного, последовательно развиваемого знания. Оба «основных положения» этой оптики, т. е. утверждение тождества зрения и света и телесности света, легли в основу учения о свете в Древней Греции и дожили в разных формах почти до XVII в. н. э.

В знаменитом естественнонаучном диалоге Платона «Тимей», например, почувствуется:

«Из органов боги прежде всего устроили светоносные глаза, которые приладили с таким намерением: по их замыслу должно было возникнуть тело, которое не имело бы жгучих свойств огня, но доставляло кроткий огонь, свойственный всякому дню. И боги сделали так, что родственный дневному свету огонь, находящийся внутри пас, вытекает очищенным через глаза, которые боги сгустили, особенно в середине, так, чтобы они задерживали грубейшую часть огня и пропускали только в чистом виде. И вот, когда дневной свет окружает поток зрения, тогда подобное, исходя к подобному, соединяется с ним и по прямому направлению зрачков образует в связи с родственным одно тело — где бы падающее изнутри ни натолкнулось на то, что встречает его извне. И как скоро все вместе, по подобию, приходит в состояние подобное, то прикасается ли к чему само или что другое прикасается к нему, действие тех предметов распространяет оно через все тело, до души, и производит то чувство, которое мы называем зрением. А когда сродный огонь па ночь отходит — этот (т. е. огонь глаз) обособляется, потому что, исходя к неподобному, он и сам изменяется и гаснет, не соединяясь более с ближним воздухом, так как в нем нет огня».

Так буйному огню Солнца соответствует у Платона кроткий огонь глаз, заходу Солнца — смыкание век на ночь.

Дамиан из Ларисы (IV в. н. э.) пытался следующим образом защищать теорию зрительных лучей, исходящих из глаза. Форма наших глаз, которые не имеют полую форму, в отличие от остальных органов чувств, и поэтому не приспособлены для восприятия чего-либо, но шарообразны, доказывает, по Дамиану, что лучи исходят от нас.

О том, что эти лучи световые, свидетельствуют молнии, вспыхивающие из глаз. У ночных животных глаза ночью даже светятся.

Великие математики древности — Эвклид, Птолемей и другие — на основе учения о зрительных лучах, исходящих от глаз, создали теорию отражения света от плоских и сферических зеркал и положили начало геометрической оптике, сохранившей свое значение и для нас.

Естественно задать вопрос, как можно согласовать поразительно высокий для своего времени уровень греческой науки в геометрии, астрономии, механике и в других областях знания с явно нелепым для современного человека учением о зрительных лучах, излагавшимся теми же Эвклидом и Птолемеем, которые оставили бессмертные творения в области геометрии и астрономии?

Наше недоумение объясняется забвением исторической перспективы. Главная, а вместо с тем труднейшая задача, стоявшая перед древними оптиками, состояла в объяснении изображений предметов. В те времена изображения знали только по самому процессу зрения при помощи собственного глаза пли по рисункам и живописи. Других способов не было, не была известна еще простая камера-обскура и не подозревали возможности получения изображений предметов на любых поверхностях при помощи линз и вогнутых зеркал. Вместе с тем древние не знали и устройства глаза, им оставался неизвестным факт образования изображений на сетчатке при помощи глазной линзы — хрусталика.

При таком положении дела зрение, возникновение изображений окружающих предметов в человеческом мозгу, было необычайно загадочным.

Простейшим решением этой загадки и казалось древним именно представление о зрительных лучах наподобие некоторых щупальцев, исходящих от человека.



Вообразим себя в положении среднего оптика и рассмотрим задачу о получении изображения светящейся точки А от плоского зеркала SS (фиг. 3).

Древние знали прямолинейность распространения света и закон отражения. Если бы они приняли, как мы делаем это теперь, что свет исходит от точки Л, то, пользуясь прямолинейностью и законом отражения света, они провели бы лучи ABD и АСЕ. Они нашли бы, что лучи упираются в глаз в точках D и Е.

Но дальнейшая судьба лучей оставалась для них неизвестной, возникновение изображения в зеркале в точке А' было непонятным, тем более что, как видно из чертежа, лучи, подходя к глазу, расходятся, а не сходятся. На помощь в этой, казалось, непреодолимой для древнего трудности приходило представление о зрительных лучах, заимствованное из примитивных образов ребенка и дикаря. В самом деле, примем, что лучи, создающие изображение, идут не от источника к глазу, а наоборот, и что глаз каким-то образом чувствует первоначальное направление вышедших из него зрительных лучей. Эти лучи в рассматриваемом примере отражения от зеркала (см. фиг. 3) отразятся, как и световые, у зеркала в точках С и В и соберутся в «источнике», в точке А. Первоначальное направление лучей, вышедших из глаз, «сигнализируется», по предположению древних, каким-то способом в мозг, и кажется, что встреча лучей произошла не после отражения, а в мнимой точке А` где пересекаются продолжения лучей, первоначально вышедших из глаза. Преимущество такого толкования заключается в том, что вовсе не требуется знание того, что происходит со светом внутри глаза. Достаточно лишь предположить, как это отмечено, что через глаз некоторым способом сигнализируется первоначальное направление зрительных лучей. Мнимое изображение создается в мозгу. Несмотря на всю причудливость воззрения о зрительных лучах, оно, несомненно, было полезным и прогрессивным для своего времени, так как позволяло построить правильную теорию получения изображений при помощи зеркал. Поэтому оно просуществовало очень долго. Еще в начале XVII в. им иногда пользовался Галилей.

Теории зрительных лучей в древности противопоставлялось лишь еще более фантастическое представление Эпикура и Лукреция о «слепках» с предметов, летящих во всех направлениях и попадающих в глаз. От светящихся и освещенных тел, по Эпикуру, постоянно отделялись тончайшие пленки, в точности сохранявшие рельеф и особенности тела.

Такие, вполне сформированные отпечатки, попадая в глаз, и определяли, но воззрениям древ-них атомистов, зрительное изображение в глазу. Воззрение это, так сказать, «спасло положение», по оно было совершенно качественным, и, конечно, в сравнении с ним количественная геометрическая оптика Эвклида и Птолемея должна была рассматриваться как более совершенная.

Мы задержались довольно долго на теории зрительных лучей, для того чтобы показать, что это не была грубая ошибка древних оптиков, а своего рода наименьшее из зол.

В течение многих веков, из поколения в поколение, учили, что Солнце и глаз — братья, проявления единого материального огня, то буйного, то кроткого, что светиться — значит видеть, видеть — светиться. Земля считалась центром мира, а человек — центром этого центра. Черта раздела между поэтической фантазией и наукой во многих случаях была неотчетливой, стиралась или просто отсутствовала. Поэтический домысел переносили в науку, пытаясь создать неустойчивое единство поэзии и пауки.

Но случалось и обратное: в область мифов и религий проникали сознание и начатки объективной науки. Религией Древнего Египта было поклонение Солнцу.



Несоизмеримость Солнца и Земли, света и глаза выразилась здесь как отношения бога и человека. Этого бога воображали то соколом, то человеком с соколиной головой и солнечным диском, плавающим в ладье по небесному океану (фиг. 4):



Но в XIV в. до н. э. в мировоззрении египтян произошел знаменательный перелом. Естественно думать, что новые веяния были прежде всего итогом наблюдений и размышлений египетских ученых астрономов. История не сохранила, однако, их имен. Переворот в египетских воззрениях на Солнце официальные каменные иероглифы связывают, конечно, с фараоном. Египетским Коперником, таким образом, стал фараон Аменофис IV.

В его царствование вводится новый культ — поклонение реальному, истинному Солнцу, не соколу и скарабею, а видимому солнечному диску с его лучами. Фараон меняет свое имя (Аменофис — любезный Амону), принимая имя Эхнатон — угодный Атону, солнечному диску. На памятниках (см. фиг. 2) бог изображается просто диском с лучами. Свет и жизнь — единственные проявления нового бога. В гимнах Атону исчезли древняя пестрота, пышность и сложность символов Солнца, воспеваются благие действия Солнца для человека и всего живого:

Прекрасно светишь ты на небосводе,
Ты, Атон, живой и живший изначально.
Когда восходишь ты с востока,
То наполняешь красою своею все земли.
Светел ты, велик, блестящ и высишься
над всеми землями,
Лучи твои обнимают земли
И все, что ты создал на них,—

просто и понятно поется в начале большого гимна Солнцу. Значение Солнца для Земли стало отчетливым и реальным, и, казалось бы, не могло быть больше речи о равноправности глаза и Солнца. Но культ реального Солнца исчез в Египте вместе с Эхнатоном, и должны были пройти тысячелетия, прежде чем возникла наука, свободная от произвола человеческих ощущений и инстинктов, наука, в которой человек полностью отказался от своего воображаемого привилегированного места во Вселенной, приписывавшегося ему религией и древней наукой. Человек стал рассматривать себя как одно из проявлений природы, как результат долгого развития живого мира на Земле.

Древняя догадка о родстве глаза и Солнца, однако, сохранилась, правда в глубоко измененной форме, в современном естествознании. Наука нашего времени обнаружила подлинную связь глаза и Солнца, связь совсем иную, чем та, о которой думали древние, чем та, о которой говорят дети и поэты. Этой связи и посвящена настоящая книжка.

Но помимо пауки и рядом с пей, поэты, да и все мы, вероятно, еще долго будем твердить о сияющих глазах и глядящих звездах, так же как спустя четыре века после Коперника мы все еще говорим о восходе и заходе Солнца.

↑ Биография Сергея Ивановича Вавилова

Сергей Вавилов родился 12 марта 1891 года в Москве, в семье богатого фабриканта обуви, гласного Московской городской думы Ивана Ильича Вавилова (1863—1928).

Учился в коммерческом училище на Остоженке, затем в Московском университете (МГУ), который окончил в 1914 году. Во время Первой мировой войны С. И. Вавилов служил в различных инженерных частях. Так, в 1914 году он поступил вольноопределяющимся в 25-й сапёрный батальон Московского военного округа. На фронте Сергей Вавилов закончил экспериментально-теоретическую работу под названием «Частоты колебаний нагруженной антенны».

С 1918 по 1932 годы преподавал физику в МГУ. Параллельно в это же время заведовал отделением физической оптики в институте физики и биофизики Наркомздрава. В 1929 году стал профессором. Также преподавал в МВТУ им. Баумана.

В 1932 году Вавилов возглавил Физический институт АН СССР, тогда же стал научным руководителем Государственного оптического института.

В 1940 году С. И. Вавилов узнал об аресте своего брата — Н. И. Вавилова. В связи с этим он добился приёма у Молотова и Берии с целью освободить брата из-под ареста. Однако, Н. И. Вавилов не был освобождён и вскоре умер в Саратовской тюрьме. С. И. Вавилов ещё долго не знал об участи родного брата. О смерти Николая он узнал лишь из письма Олега в 1943 году.

Во время Великой Отечественной войны Сергей Вавилов жил в эвакуации в г. Йошкар-Оле, где закончил биографию Исаака Ньютона, которая была впервые опубликована в 1943 году. Он стал уполномоченным Государственного комитета обороны СССР и руководил работами по разработке новых приборов для вооружения армии. Считается что именно здесь он изобрёл люминесцентную лампу.

В 1945 году был избран президентом АН СССР, сменив на этом посту В. Л. Комарова. 6 марта 1947 года вошёл в первый состав учёного совета физико-технического факультета МГУ (в дальнейшем — МФТИ). Был активным популяризатором науки, инициатором создания Всесоюзного просветительского общества «Знание» и первым председателем его правления; во многом именно его усилиями имя М. В. Ломоносова утвердилось как символ российской науки, по его предложению в структуре АН СССР был организован Музей М. В. Ломоносова.

В 1938 году избирался депутатом Верховного Совета РСФСР. В 1946 и 1950 годах избирался депутатом Верховного Совета СССР. Был награждён орденом Трудового Красного Знамени, дважды орденом Ленина и неоднократно Сталинской премией (1943, 1946, 1951, 1952 — посмертно).

C 1932 года по 1946 год проживал в Ленинграде:

* 1932—1941 — по адресу Биржевая линия, д.12;
* 1941 — Биржевая линия, д.4, кв. 3;
* 1945—1946 — Биржевая линия, д.4.

Вавилов скончался 25 января 1951 года от инфаркта.

↑ Научная деятельность

Основным направлением в науке для Сергея Вавилова было исследование оптики, в частности явления люминесценции. В 1925 году Сергей Вавилов совместно с В. Л. Левшиным провёл ряд опытов, в ходе которых было обнаружено уменьшение коэффициента поглощения уранового стекла при больших интенсивностях света.

Наблюдаемый эффект лёг в основу нелинейной оптики.

Он ввёл понятие квантового выхода люминесценции и исследовал зависимость этого параметра от длины волны возбуждающего света (закон Вавилова). Исследовал явление поляризации люминесценции, стал основоположником нового направления — микрооптики, много сделал для развития нелинейной оптики.

Вместе со своим аспирантом П. А. Черенковым в 1934 году открыл эффект Вавилова — Черенкова (черенковское излучение); за это открытие Черенков в 1958 году, уже после смерти Вавилова, был удостоен Нобелевской премии.

Купить или скачать книгу

Все файлы на сайте, прежде чем выкладываются, проверяются на вирусы. Поэтому мы даем 100% гарантию чистоты файлов.

Нажмите на ссылку ниже, чтобы скачать книгу: