Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени

Фраунгофер калибровал оптическое стекло (кстати, он был первым, кто внедрил этот технологический этап) весьма оригинальным способом. Он смотрел сквозь него на пламя под определенным углом, и в линзе появлялась ровная тонкая линия желтого цвета, искривления которой выявляли малейшие аберрации. Как-то в 1814 году, проверяя очередное стекло, он решил посмотреть сквозь него не на пламя, а на Солнце и увидел не одну, а множество линий. Причем линии были черные. Со временем, когда он повторил этот опыт с разными источниками света, в том числе звездами и планетами, он насчитал в общей сложности 574 линии. Главной заботой Фраунгофера была чистота стекла, а не причины появления линий. Поэтому, когда он описал этот феномен в своей работе, технологические секреты изготовления линз он опустил, но зато про линии рассказал про всех подробностях. Через пятьдесят лет эти сведения помогут в работе Кирхгофу. Технологические решения Фраунгофера дали миру не только спектроскопию, но и первый высокоточный телескоп, с использованием которого астрономы смогли заглянуть за пределы Солнечной системы. Великий астроном Фридрих Бессель измерял расстояния до звезд именно при помощи телескопа с линзами Фраунгофера.

До середины XVIII века заглянуть на большое расстояние можно было только через очень тонкие линзы — качество стекла обычно было настолько низким, что в толстых линзах обязательно встречались дефекты. Тонкие линзы давали большое фокусное расстояние, и телескопы могли достигать в длину десятков метров^{199 — 131}. Однако тонкое стекло решало главную проблему — оно позволяло избежать хроматических аберраций. Из-за рефракции в толстом стекле голубые лучи фокусируются ближе к линзе, чем красные. Поэтому, если наводить фокус по красным лучам, то звезда в окуляре телескопа будет иметь голубой размытый ореол, и наоборот.

Тем не менее в человеческом глазе, состоящем из множества линз, никаких аберраций не возникает. В 1758 году построить такую систему искусственно при помощи нескольких линз попытался инженер, сын лондонского ткача Джон Доллонд. Он сложил выпуклую линзу из кронгласа (она имела зеленый оттенок и подавляла красно-оранжевую кайму вокруг объекта) и вогнутую из флинтгласа, и аберрации линз взаимно компенсировались. При помощи таких линз в 1781 году Гершель открыл планету Уран.

Усовершенствование оптики открыло астрономам глаза на недостаточную точность инструментов наведения телескопов. Решению этой проблемы очень помогла свадьба дочери Доллонда Сары и инженера Джесси Рамсдена. Жених хорошо заработал на этом союзе — по условиям брачного договора он получил долю в патенте Доллонда на ахроматические линзы. Рамсдену принадлежит авторство прибора, в котором больше всего нуждался его тесть, да и другие ученые — инструмента для высокоточного наведения. В 1766 году Рамсден производил секстанты^{200 — 267} для военно-морского флота и освоил новую технологию нанесения разметки на шкалы. Разметка секстанта была кропотливым, долгим занятием, требовавшим скрупулезной точности — ведь малейшая ошибка в определении координат в море могла обернуться гибелью корабля. Рамсден придумал токарный станок для нарезки сверхтонкой резьбы. Перемещение алмазного резца по заготовке задавалось движением эталонного винта.

Изготовленный на таком станке винт крепился по касательной к круглой горизонтально расположенной пластине с мелкими зубцами и входил с ней в зацепление. Вращение винта вызывало поворот пластины на крайне малый угол. Механизм получил название машина для деления круга. С ее помощью можно было градуировать шкалы секстантов и телескопов вплоть до угловой секунды, благодаря этому инструменты, которые выпускал Рамсден, отличались высочайшей точностью.

Прецизионные весы отмеряли мельчайшие порции химических реактивов, высокоточные газометры измеряли плотность газа, а дилатометры отслеживали изменение размеров металлических брусков вследствие термического расширения или сжатия. Барометры Рамсдена были в десять раз точнее, чем предыдущие образцы, а вооруженный новым секстантом Кук смог картографировать побережье Новой Зеландии протяженностью около четырех тысяч километров меньше, чем за полгода, что было невиданным рекордом для того времени. Технология Рамсдена перевооружила инженерное дело и промышленность и подготовила страну к промышленной революции.