Предчувствия и свершения. Книга 2. Призраки

Метод Эйлера открыл новую эпоху в создании зрительных труб. Особенно важным он оказался для микроскопов — изображения, даваемые длиннофокусными объективами телескопов, меньше страдали от аберраций, чем получаемые короткофокусными объективами микроскопов Многие виднейшие математики, среди них Клеро, Даламбер, сам Эйлер, петербургский академик Эпинус, разработавший современный объектив с длинным тубусом — оправой, в которой линзы укреплялись на некотором расстоянии одна от другой, — продолжали совершенствовать методы расчета объективов. Важность таких работ подчеркивалась тем, что Петербургская академия наук назначила за них премию.

Казалось бы, математические методы открывали путь к беспредельному улучшению объективов. Создавалась уверенность, что, улучшая методы расчета и увеличивая точность изготовления линз, можно добиться и идеальной четкости изображения, и беспредельного его увеличения. Впрочем, со временем стало ясно, что качества микроскопа (так же, как и телескопа) далеко не полностью характеризуются достижимым увеличением. Важно не увеличение само по себе, не отношение размера изображения к размеру объекта, а качество изображения и предельно малая величина деталей объекта, которые можно различить в его отображении. А этому мешают не только разного рода аберрации, но и другие причины. Искажения могут быть связаны не только с отклонением поверхности линз от строго рассчитанной формы, но и с тем, что изображение зачастую приходится наблюдать не в той плоскости, для которой скорректирована сферическая аберрация. Тогда даже при идеальной форме линз прямые линии получаются изогнутыми и квадрат выглядит как подушка с вогнутыми или выпуклыми краями.

Пустые хлопоты

Мысль продолжала работать — родился простейший способ борьбы с различными искажениями: конструкторы придумали диафрагму, отсекающую лучи, идущие через внешние области линз. Они готовы были видеть в диафрагме панацею от всех бед, ждали революции в области усовершенствования оптических приборов. Но цена за такой способ уменьшения искажений превысила первоначальные прикидки — слишком большой оказалась потеря света. Изображение теряло яркость. О главной неприятности, которая вошла в приборы вместе с диафрагмой, ученые еще не знали — о ней догадается впоследствии скромный физик из Иены, но об этом позже.

А пока выяснилось, что увеличение размера изображения, даже после устранения всех искажений, не добавляет в нем различимых деталей, а лишь уменьшает его яркость. Это было пустое, бесполезное увеличение. Оптики продолжали усилия, их влекла одна цель: важно различать мелкие детали в изображении, уловить как можно меньшее расстояние между двумя маленькими точками или тонкими штрихами, когда их еще можно рассматривать по отдельности. Такую характеристику назвали разрешающей способностью — постепенно она стала важнейшей характеристикой оптических приборов. На ее увеличении и сосредоточились чаяния конструкторов.

Создавая оптические приборы, они не могли не учитывать работу человеческого глаза. Ведь глаз — удивительно совершенный прибор. Он поражает своей гибкостью и готовностью приспосабливаться к обстоятельствам. Глаз различает отдельно две точки или две узкие линии, отстоящие всего на 3 миллиметра, если даже они удалены от глаза на 10 метров. При этом важны не оба эти расстояния по отдельности, а их сочетание, точнее, угол между прямыми линиями, соединяющими глаз с каждой из точек. Предельное угловое разрешение глаза составляет около одной угловой минуты. Однако это не значит, что, приблизив объект так, чтобы он находился от глаза на расстоянии 10 сантиметров, мы обязательно различим на нем точки, отстоящие друг от друга всего на 0,03 миллиметра. Это удается только близоруким глазам, способным аккомодироваться (то есть настраиваться) на такое близкое расстояние. Нормальный глаз к этому не способен. Ему может помочь лупа — выпуклая линза, которой пользовался Левенгук. Она позволяет глазу аккомодироваться на очень близкие объекты и использовать полностью свою разрешающую способность.

Микроскоп, зрительная труба с короткофокусным объективом и с соответствующим окуляром, по существу, увеличивает углы, под которыми глаз рассматривает мельчайшие детали. Но когда микроскоп применяется для фотографирования, изображение строит не глаз, а оптическая система микроскопа. И эта оптическая система способна создать, изображение, линейные размеры которого многократно превышают размеры объекта. К этому достоинству прибавляется недостаток, свойственный оптической системе, — сферическая аберрация.

Конструкторы снова оказались перед тупиком. Увеличение может быть сильно изменено при смене окуляра. Но достижимая разрешающая способность не изменяется свойствами окуляра. Практически она полностью зависит от качества объектива…