Текст книги "Глаз и солнце. (О свете, Солнце и зрении)"

Автор книги: Сергей Вавилов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 25 страниц) [доступный отрывок для чтения: 10 страниц]

Разумеется, тот же метод можно из области микроскопии перенести на все виды фотографирования в невидимых лучах. Экспериментатор при этом правильно подражает природе, в которой существует этот удивительный способ зрительных восприятий.

Наши довольно путаные странствования по различным областям знания подошли к концу. При помощи главным образом физики, астрономии и биологии мы наконец начали понимать истинный характер неоспоримого родства глаза и Солнца.

Эта связь почти такая же, как между фотографическим аппаратом и источником света, в лучах которого производится съемка. Конечно, в большинстве случаев снимают не источник света, а освещаемый им предмет, но предмет можно снять только потому, что он рассеивает лучи источника, и потому аппарат должен быть приспособлен к этим лучам. Его объектив должен их пропускать и давать в этих лучах правильное изображение, фотографическая пластинка должна обладать хорошей чувствительностью в нужной области спектра, в аппарате неизбежна диафрагма, позволяющая приспособляться к разным условиям освещения. В зависимости от величины освещенности нужно пользоваться пластинками разной чувствительности. Всем этим обладает глаз, приспособившийся к Солнцу как источнику света. Хрусталик глаза пропускает лучи Солнца, не вредные для организма, к сетчатке и дает в солнечных волнах хорошее изображение. Сетчатка глаза весьма чувствительна, но для дневных условий эта чувствительность очень сильно искусственно понижается, а для ночных снова возрастает. Глаз располагает диафрагмой, автоматически (в зависимости от освещенности) меняющейся в широких пределах. Спектральная чувствительность глаза попадает в максимум спектральной кривой энергии Солнца.

Все это результат приспособления глаза к солнечному свету на Земле.

Глаз нельзя понять, не зная Солнца. Наоборот, по свойствам Солнца можно в общих чертах теоретически наметить особенности глаза, какими они должны быть, не зная их наперед.

Вот почему глаз – солнечен, по словам поэта.

Приложение

Рене Декарт
Диоптрика[11]11
  Печатается по изданию: Декарт Р. Рассуждение о методе с приложениями. Диоптрика, Метеоры, Геометрия / Пер. Г. Г. Слюсарева, А. П. Юшкевича. М., 1953.


[Закрыть]

Глава I
О свете

Поведение человека в жизни зависит от чувств, среди которых чувство зрения – наиболее разностороннее и благородное; несомненно, что изобретения, служащие для его усиления, являются самыми полезными из всех остальных. Трудно найти другое изобретение, в большей степени усиливающее его, чем те чудесные зрительные трубы, которые, хотя и находятся в употреблении с недавнего времени, уже позволили открыть новые светила на небе и новые предметы на Земле в гораздо большем числе, чем это было возможно до сих пор. Отодвигая границы зрения намного дальше, чем позволяло воображение наших предков, они как бы проложили нам путь к гораздо более глубокому и совершенному, чем прежде, знанию природы. Но, к стыду нашей науки, это открытие, столь полезное и удивительное, следует приписать случаю и удаче. Приблизительно тридцать лет тому назад некий Яков Меций из голландского города Алкмар, не имевший никакого образования, хотя его отец и брат были математиками по профессии, находил особое удовольствие в изготовлении зеркал и линз, составляемых им зимой даже изо льда, возможность чего подтверждена опытом. Обладая несколькими линзами различной формы, он случайно пришел к мысли посмотреть через две линзы, одна из которых была несколько толще в середине, чем по краям, а другая, наоборот, была значительно толще по краям, чем в середине; он их так удачно пристроил к концам трубы, что, в сущности, создал первую зрительную трубу. Все прочие, появившиеся с тех пор, были изготовлены исключительно согласно этому образцу, причем, насколько мне известно, никто не определил точной фигуры, которую должны иметь эти линзы.

Действительно, хотя впоследствии многие блестящие умы занимались этим вопросом и открыли ряд положений в оптике, имеющих бо́льшее значение, чем те, которые оставили нам предки, тем не менее, ввиду того, что сложные открытия не сразу доходят до последней степени совершенства, осталось еще немало трудностей, дающих мне повод писать об этом. И поскольку изготовление приборов, о которых я буду говорить, зависит от искусства мастеров, обычно не имеющих образования, я постараюсь быть понятным всем, ничего не пропускать и не предполагать, что какие-либо факты уже известны из изучения других наук. Поэтому я начну с объяснения того, что такое свет и его лучи; далее, после краткого описания частей глаза, я особо остановлюсь на вопросе о том, каким образом осуществляется зрение, и затем, отметив все обстоятельства, способствующие его дальнейшему совершенствованию, научу, как сделать их более благоприятными с помощью тех изобретений, которые будут описаны.

Но поскольку мне придется говорить о свете лишь для того, чтобы объяснить, как его лучи входят в глаз и как они отклоняются различными телами, встречающимися на пути, то мне нет надобности вскрывать его истинную природу; я полагаю, что достаточно будет воспользоваться двумя или тремя сравнениями, позволяющими представить его в наиболее доступном пониманию виде, чтобы объяснить обнаруживаемые из опыта свойства света и в дальнейшем выявить все остальные, которые довольно трудно заметить. В этом я подражаю астрономам, которые, хотя их гипотезы почти всегда ошибочны или недостоверны, делают весьма правильные заключения, опирающиеся на различные выполненные ими наблюдения.

Вероятно, вам не раз приходилось, идя ночью без факела по трудным местам, пользоваться палкой, чтобы найти дорогу; вы могли заметить, что посредством этой палки можно ощущать разные предметы, попадавшиеся вам, и отличать, были ли это деревья или камни, песок или вода, трава или грязь либо что-нибудь другое в этом роде. Конечно, подобное чувство несколько неясно и туманно у людей, мало испытывавших его; но проследите его у тех, кто родился слепым и всю жизнь им пользовался, и вы найдете его таким совершенным и точным, что, пожалуй, они как бы видят руками, и их палка представляет собой какое-то шестое чувство, данное им вместо зрения. Делая из сказанного сравнение, я желаю внушить вам, что свет в телах, называемых светящимися, является не чем иным, как некоторым действием или весьма внезапным и быстрым движением, направляющимся к нашим глазам через воздух и другие прозрачные тела тем же способом, каким перемещение или сопротивление препятствий, встречаемых слепым, проходит к его руке через палку. Вам не должно казаться странным, что лучи света могут мгновенно распространиться от Солнца до нас, ибо известно, что действие, приводящее в движение один конец палки, в одно мгновение доходит до другого, и что оно должно таким же образом распространяться даже в том случае, если бы расстояние было больше, чем то, которое отделяет Землю от небес. Вы не найдете также странным, что посредством этого действия мы могли бы видеть всякого рода цвета и что последние в телах, называемых цветными, являются не чем иным, как разными способами, с помощью которых эти тела воспринимают свет и отражают его к нашим глазам: если вы считаете, что разница, усматриваемая слепым между деревьями, камнями, водой и другими подобными предметами с помощью своей палки, не кажется ему меньшей, чем та, которая существует между красным, желтым, зеленым и любым другим цветом, то все-таки несходство между телами является не чем иным, как разными способами двигать палку или сопротивляться ее движениям. Отсюда можно сделать следующий вывод: нет необходимости предполагать, что нечто материальное должно проходить от предметов до наших глаз для того, чтобы мы могли видеть цвета и свет, и что в самих предметах есть что-либо похожее на представления и ощущения, которые они у нас вызывают, аналогично тому, как из предметов, ощупываемых слепым, ничто не выделяется, что должно было бы проходить вдоль палки до его руки; так и сопротивление или движение предметов является единственной причиной ощущений, которые он испытывает, и это не имеет ничего общего с представлениями, получаемыми им; следовательно, ваш рассудок будет свободен от маленьких изображений, распространяющихся в воздухе и называемых «познавательными образами», которые так много досаждают воображению философов. Можно даже легко решить интересующий вас вопрос о месте, откуда исходит действие, вызывающее ощущение зрения. Подобно тому, как слепой воспринимает тела, располагающиеся вокруг него, не только благодаря противодействию, оказываемому этими телами, когда они движутся навстречу его палке, но и при помощи своей руки, когда они ей сопротивляются, таким же образом следует признать, что видимые предметы ощущаются как посредством воздействия, находящегося в них и стремящегося к глазам, так и того воздействия, которое, находясь в глазах, стремится к ним. Однако так как это действие есть не что иное, как свет, то надо заметить, что оно может находиться в глазах лишь тех, кто может видеть в потемках, как кошки, а что касается обычных людей, то они видят исключительно благодаря воздействию, исходящему из предметов, ибо, как показывает опыт, сами предметы (а не наши глаза, которые их рассматривают), чтобы быть видимыми, должны быть либо освещенными, либо самосветящимися. Но так как имеется большая разница между палкой слепого и воздухом или другими прозрачными телами, через которые мы видим, то я должен привести другое сравнение.

Рис. 39

Рассмотрим (в период сбора винограда) наполовину наполненный раздавленным виноградом чан; в дне последнего проделаны одно или два отверстия А и В (рис. 39), через которые может вытекать виноградный сок, содержащийся в чане. Поскольку нет пустоты в природе, как это признают почти все философы, и поскольку во всех телах, замечаемых нами всюду, имеются поры, что достаточно ясно доказывается опытом, постольку необходимо, чтобы эти поры были заполнены материей, весьма разреженной и текучей, которая непрерывно распространяется от небесных светил до нас. Если разреженную материю сравнить с виноградным соком, наполняющим чан, а менее жидкие или более грубые части воздуха и других прозрачных тел сравнить с гроздьями винограда, расположенными между ними, то можно легко понять, что поскольку часть вина, находящаяся, например, около точки С, стремится спуститься по прямой линии через отверстие А, как только последнее открывается, и одновременно через отверстие В, постольку другая часть, которая помещается около D и Е, стремится в то же самое время спуститься через эти два отверстия, не мешая друг другу и не встречая сопротивления со стороны гроздей, имеющихся в чане, несмотря на то, что эти грозди, поддерживающие друг друга, совершенно не стремятся спуститься через А и В вместе с соком, вопреки тому, что они могут быть передвинуты разными способами давильщиками винограда.

Таким образом, все части разреженной материи, которые освещены стороной Солнца, обращенной к ним, стремятся по прямой линии к нашим глазам в то мгновение, когда они открыты, не мешая друг другу и не удерживаясь даже грубыми частицами прозрачных тел, расположенными между Солнцем и глазами, либо потому, что эти тела перемещаются различными способами, как воздух, почти всегда пребывающий в состоянии движения, либо потому, что они находятся в состоянии покоя, как может находиться стекло или хрусталь. Обратите внимание на то, что следует отличать движение или действие от стремления к движению, ибо можно вполне представить себе, что части вина, которые располагаются около С, одновременно стремятся к В и А, вопреки тому, что они не могут в одно и то же время двигаться по этим двум направлениям, и что они стремятся точно по прямой линии к В и А, несмотря на то, что они не могут перемещаться столь точно к А по прямой линии из-за гроздей, находящихся между ними. Следовательно, ввиду того, что это не столько движение, сколько действие светящихся точек, которое надлежит воспринимать как свет, излучаемый ими, вы должны прийти к выводу, что лучи света суть не что иное, как линии, вдоль которых стремится это действие. Таким образом, существует бесконечное число лучей, идущих от всех точек светящихся тел ко всем точкам, освещаемым ими, точно так же, как имеется беспредельное количество прямых линий, вдоль которых действие, распространяющееся от поверхности вина CDE, стремится к А; существует безмерное множество и других линий, вдоль которых действие, идущее от тех же точек, стремится к В, причем эти действия, или стремления, не мешают друг другу.

Кстати, эти лучи, когда они проходят только через одно прозрачное однородное тело, должны представляться в виде прямых линий; однако, если лучи наталкиваются на другие тела, они отклоняются или задерживаются таким же образом, как видоизменяется движение мяча либо камня, брошенных в воздух, из-за препятствий, встречаемых ими; поэтому легко поверить, что действие или стремление к движению, о которых я сказал, что их следует принимать за свет, должны следовать тем же законам, что и движение. Чтобы полностью объяснить это третье сравнение, необходимо обратить внимание на то, что тела, встречаемые мячом, пролетающим в воздухе, бывают мягкими, твердыми или жидкими; если тела мягкие, они останавливают и совершенно затормаживают движение мяча, например, когда он ударяется о материю, песок, грязь; если тела твердые, они сразу отбрасывают его в другую сторону, причем несколькими разными способами, что зависит от их поверхности: последняя бывает либо ровной и гладкой, либо шероховатой и неровной; с другой стороны, будучи гладкой, она может оказаться или плоской, или кривой; если она шероховатая, то ее неровность может заключаться в том, что либо она состоит из нескольких частей различной кривизны, каждая из которых достаточно гладкая, либо из ряда углов или острых выступов, либо из частей неодинаковой твердости, находящихся в движении; словом, мяч отбрасывается тысячью всевозможных способов. Надо заметить, что мяч, кроме своего движения, простого и обычного, переносящего его из одного места в другое, может иметь еще второе движение, которое заставляет его вращаться вокруг собственного центра, и что скорость этого вращения может иметь разные величины по отношению к первому движению. Когда несколько мячей, летящих в одном направлении, встречают тело, имеющее ровную и гладкую поверхность, они отклоняются от него одинаково; следовательно, если вся поверхность плоская, то мячи после удара сохраняют между собой то же расстояние, что и до удара; если ее кривизна направлена внутрь или наружу, они приближаются или удаляются в определенном порядке по отношению друг к другу, в большей или меньшей зависимости от этой кривизны. Как видите, здесь мячи А, В, С (рис. 40) при столкновении с поверхностью тел D, Е, F отклоняются к точкам G, Н, I. Если мячи встречают неровную поверхность, например L или М, они отскакивают в разные стороны, причем каждый в зависимости от того участка поверхности, от которого он отбрасывается; в случае, когда неровность ее состоит лишь в том, что ее участки имеют разную кривизну, мячи не меняют ничего другого в своем движении, кроме направления. Однако неровность поверхности бывает и другого рода: в этом случае она приводит к тому, что мячи, имевшие ранее простое прямолинейное движение, теряют часть его и приобретают вместо него вращательное, которое сравнительно с прямолинейным имеет разные значения и находится в зависимости от расположения встречаемых ими тел; те, кто играет в лапту, ощущают моменты, когда их мяч ударяется о неправильно вставленный кафель или когда они его касаются, наклоняя лапту (это называется, насколько я знаю, «срезать» или «закручивать»). Наконец, заметьте, если мяч во время движения встречает под косым углом поверхность жидкого тела, через которое он может пройти более или менее легко по сравнению со средой, откуда мяч выходит, он отклоняется и меняет свое направление при проникновении: например, коль скоро мяч, находящийся в воздухе, в точке А (рис. 41), толкают к В, он движется прямолинейно от А до В, если только его вес или какая-либо другая особая причина не помешают этому; но находясь в точке В, где мяч встречает поверхность воды BE, он отклоняется и направляется к I, идя опять прямолинейно от В к I, что легко проверить опытом. Однако следует предположить существование тел, которые при встрече со световыми лучами останавливают последние и отнимают у них всю силу: их называют черными, они имеют цвет темноты. Помимо того, существуют другие тела, которые отражают лучи в том же порядке, в каком и получают: у них поверхность совершенно гладкая, они могут служить зеркалами, как плоскими, так и кривыми; и наконец, есть тела, отражающие лучи диффузно, в разные стороны.

Рис. 40

Рис. 41

Рис. 42

Среди последних одни заставляют лучи отражаться, не меняя ничего в их действии (их называют белыми), другие же вызывают при этом изменение, подобное тому, какое получает движение мяча, когда его «закручивают»: такие тела бывают красными, желтыми, синими или любого другого цвета; я думаю, что можно определить и показать опытным путем, в чем заключается природа каждого из этих цветов, но это переходит границы моей темы.

Здесь же достаточно будет предупредить, что лучи, падающие на цветные и неполированные тела, отражаются обычно во все стороны, даже если они устремляются в одном направлении. Лучи, падающие на поверхность белого тела AB (рис. 42), исходящие только из источника С, отражаются во всех без исключения направлениях; поэтому в каком бы месте ни расположить глаз (например, в точке D), всегда окажется несколько лучей, идущих из каждого участка поверхности АВ, которые стремятся к нему. Если предположить, что это тело очень пористо, как бумага или материя, так что свет проходит насквозь и он виден, даже если глаз находится по другую сторону от источника света (например, в точке Е), то тем не менее в нем всегда отразятся несколько лучей, исходящих из каждой части этого тела. Наконец, заметим, что лучи отклоняются так же, как мяч, когда они встречают под косым углом поверхность прозрачного тела, в которую они проникают более или менее легко по сравнению с той средой, откуда они исходят; этот род отклонения называется рефракцией. <…>

Глава III
О глазе

Если бы можно было разрезать глаза пополам так, чтобы а) жидкости, заполняющие его, не вытекли, б) ни одна из его частей не сместилась и в) плоскость сечения точно прошла через середину зрачка, то он казался бы таким, каким изображен на рисунке 43. Здесь АВСВ – оболочка, достаточно толстая и твердая, как бы составляющая круглый сосуд, в котором содержатся все внутренние части; DEF – другая оболочка, менее плотная, обволакивающая, как обои стену, первую оболочку; ZH – так называемый оптический нерв, состоящий из большого числа тонких волокон, концы которых устилают все пространство GHI: переплетаясь с большим числом маленьких вен и артерий, они образуют особого рода тело, в высшей степени нежное и деликатное, являющееся как бы третьей оболочкой, покрывающей все дно второй; К, L, М представляют собой нечто вроде слизи или жидкости, очень прозрачной, заполняющей все пространство, находящееся внутри этих оболочек, каждая из которых имеет вид, изображенный на рисунке. Опыт показывает, что средняя жидкость L, именуемая хрусталиком, вызывает приблизительно то же преломление, что и стекло или хрусталь, остальные две – К и М – вызывают несколько меньшее преломление, приблизительно такое, как вода; следовательно, световые лучи свободнее проходят через среднюю жидкость, нежели через крайние, и еще легче через последние две, чем через воздух. В первой оболочке часть ВСВ прозрачна и несколько больше искривлена, чем остальная – BAB. Во второй – внутренняя поверхность части EF, повернутая к глазному дну, совершенно черная; в середине ее находится маленькое круглое отверстие FF, так называемый зрачок, расположенный в центре глаза, кажущийся довольно черным, когда его наблюдают извне. Это отверстие не сохраняет своих размеров: часть EF оболочки, где это отверстие находится, плавает свободно в очень жидкой среде К; оно кажется маленьким мускулом, могущим сокращаться и расширяться в зависимости от того, какие (ближние или дальние) предметы рассматриваются и какова резкость, с которой они разглядываются; в этом вы можете легко убедиться, следя за глазом ребенка. Если заставить его пристально наблюдать, то нетрудно заметить, что его зрачок становится несколько меньше при рассматривании близкого предмета, нежели далекого (причем последний не должен быть более освещенным); кроме того, если ребенок все время разглядывает один и тот же предмет, его зрачок делается значительно меньше, когда он находится в очень светлой комнате, нежели в затемненной, где закрыто большинство окон; наконец, если ребенок, оставаясь при той же степени освещенности и наблюдая тот же предмет, попытается рассматривать его мельчайшие подробности, его зрачок будет у́же, чем в том случае, когда он обозревает предмет целиком и без внимания. Заметьте, что подобное движение должно быть названо волевым, несмотря на то, что об этом не знают те, кто его делает; оно является зависимым и следует сознательному стремлению наблюдателя, желающего все как можно лучше рассмотреть; движение губ и языка, которые служат для произношения слов, также называется волевым, ибо оно подчиняется осознанным действиям говорящего, несмотря на то, что часто люди не знают, какими должны быть движения для того, чтобы они могли содействовать произношению каждого звука. EN, EN представляют собой несколько черных волокон, обвивающих вокруг среду, обозначенную буквой L; появляясь во второй оболочке в том месте, где кончается третья, они кажутся маленькими сухожилиями, с помощью которых среда L, становясь иногда более искривленной, иногда более плоской, в зависимости от того, какие (ближние или дальние) предметы желают рассматривать, отчасти меняет весь вид глазного тела. Это движение можно проследить на опыте; действительно, если перед глазами человека, пристально наблюдающего башню или гору, достаточно удаленные, поставить книгу, он не сможет четко увидеть ни одной буквы до тех пор, пока форма глаза не будет несколько изменена. ОА представляет собой шесть-семь мускулов, прикрепленных к глазу снаружи, которые могут его двигать во все стороны и, возможно даже, сжимать или растягивать, помогая изменять форму. Я намеренно опускаю много других деталей, отмечаемых в этой теме, которыми анатомы заполняют свои книги, так как изложенного мною, полагаю, вполне достаточно, чтобы объяснить все необходимое для моей цели; остальные подробности, о которых я мог бы дополнительно сообщить, нисколько не окажут содействия пониманию, а лишь отвлекут ваше внимание. <…>

Рис. 43