Предчувствия и свершения. Книга 2. Призраки

Мандельштам, как и Аббе, рассматривает простейшую телескопическую систему. Объектом является совокупность параллельных близких тонких проволочек или мелкая металлическая сетка. Проволочки могут быть освещены, а могут быть раскалены так, чтобы светились сами. Аббе при построении своей теории предполагал для упрощения рассуждений и вычислений, что объект освещается плоской световой волной — такая волна возникает, если точечный источник отстоит очень далеко. Тогда небольшой участок сферической волны, попадающий на объект, ничем не отличается от плоской волны. Это идеальный случай.

Мандельштам показал, что результаты Аббе остаются справедливыми и в том случае, если объект освещается одновременно широким конусом волн, приходящих из независимых источников.

Далее все очень просто. Свет, излучаемый раскаленным самосветящимся объектом, не более хаотичен, чем свет, исходящий от объекта, освещаемого широким пучком, приходящим от независимых источников. Значит, расчеты и результаты, полученные Аббе, справедливы и для самосветящихся объектов. Так удалось понять, почему результаты теории Аббе применимы и к случаю, не входящему в рамки первоначально сформулированной им задачи.

Через год Мандельштам возвращается к вопросу о том, для всех ли объектов получаются изображения, похожие на объект, если в оптическом приборе имеется диафрагма. Теория Аббе дает четкий ответ: нет, не для всех. Если первичная картина, возникающая в фокальной плоскости объектива, ограничивается диафрагмой, то в изображении возникают отличия от объекта. Иногда сходство теряется полностью. Примеры нам уже известны. Мандельштам изучает задачу при помощи интегральных уравнений, мощного математического метода, позволяющего выразить качественный ответ Аббе строгими формулами. Мандельштам подтверждает: неискаженное изображение может быть сформировано только от тех объектов, от которых через оптический прибор приходит достаточно полная информация. Если информация приходит искаженной, искажается и изображение. Теперь формулы позволяют с необходимой точностью оценить сходство и различие.

Впоследствии выдающиеся советские оптики В. С. Игнатовский и Д. С. Рождественский продолжили и уточнили работы Мандельштама. Тем самым они завершили начатое Аббе и еще раньше лордом Релеем развенчание надежд, восходивших к Декарту: в его «Диоптрике» сказано, что тщательное, «идеальное» изготовление линз позволяет увидеть на объекте сколь угодно малые подробности. Нет, дело не ограничивается качеством линз — мысленные, а затем и реальные эксперименты подтвердили это однозначно.

Однако, определив, что ограничивает качество изображений, ученые нашли и путь к устранению его недостатков. В нашей стране, главным образом в Государственном оптическом институте имени С. И. Вавилова, сложилась замечательная школа, далеко продвинувшая методы расчета и конструирования оптических приборов. Это не только уже упомянутый Зеленчукский гигант. Прежде всего, это удивительные телескопы, созданные Д. Д. Максутовым по совершенно новой принципиальной схеме, позволившей создавать на основе сферических зеркал самые короткие, самые совершенные и дешевые телескопы. Советские специалисты создали замечательные фото— и киноаппараты и другие оптические приборы и инструменты, пользующиеся заслуженным признанием во всем мире, где они успешно конкурируют с немецкими, японскими и американскими оптическими изделиями.

Развитие оптических приборов имеет большие перспективы. Рамки астрономии теперь ограничены не возможностями оптиков, а свойствами земной атмосферы и быстрым ростом стоимости крупных телескопов. Первое препятствие устраняется вынесением телескопов за пределы атмосферы. Космическая астрономия овладевает диапазоном миллиметровых радиоволн с одной стороны видимого спектра; коротким ультрафиолетовым, рентгеновским и гамма-излучением с другой его стороны. И те, и другие участки диапазона полностью поглощаются толщей атмосферы и не достигают поверхности Земли. Современная электроника и автоматика позволяют удешевить изготовление крупных телескопов, делать их составными. Уже существуют телескопы, в которых несколько зеркал средних размеров создают общее изображение, не уступающее тому, что получается при помощи зеркал-гигантов.

Так еще в одной области люди обнаружили скрытые резервы в своих знаниях о природе, новые пути изучения окружающего мира. А главное — эти пути обещают привести человека в мир столь малых предметов, которые свет не в состоянии ни обнаружить, ни исследовать. Об этом — наш следующий рассказ.

КВАНТОВЫЙ БИЛЬЯРД

Миражи

Работы Аббе открыли путь к пониманию принципиальных ограничений оптических приборов. Ни конструктивные усовершенствования, ни повышение качества линз, ни самые изощренные их комбинации не способны показать наблюдателю детали, меньшие, чем длина волны видимого света.