1. ТАИНСТВЕННЫЙ ДИСК

Лет 150 назад археологи нашли в одной из египетских гробниц небольшой металлический диск, покрытый толстым слоем ржавчины. Диск был укреплен на голове статуэтки, изображающей молодую женщину.

Для чего служил этот диск?

Мнения археологов разделились. Одни утверждали, что такой диск мог служить вместо опахала. Другие говорили, что это просто-напросто украшение. А некоторые считали, что это сковородка: на ней египтянки пекли сладкие хлебцы вроде нашего печенья.

Таинственный диск отправила в лабораторию. Здесь химики отмыли его от многовековой пыли, отломили кусочек металла и исследовали его. Оказалось, что диск сделан из сплава меди с оловом, то есть из бронзы.

Наждаком сняли слой черного налета. И когда на свет выглянула гладкая отполированная поверхность диска и химик увидел в ней свое лицо, всё стало ясным.

Загадочный предмет оказался зеркалом.

Мы привыкли к стеклянным зеркалам. А вот египетские зеркала были бронзовые.

Бронзовое, зеркало давало очень тусклое и неясное изображение.

От сырости оно быстро темнело, и тогда уже ничего нельзя было в нем рассмотреть.

Поэтому в древности пробовали делать и другие зеркала — серебряные. Изображение в таком зеркале довольно ясное и отчетливое. Но серебро от времени тоже тускнеет. К тому же серебряное зеркало стоило, конечно, очень дорого.

Делали и стальные зеркала. У нас на Руси их называли «булатными». Но и они быстро мутнели, покрывались красноватой пленкой ржавчины.

В продолжение тысячелетий люди не знали никаких иных зеркал.

Предохранить металлическое зеркало от помутнения, казалось бы, совсем не так уж трудно. Нужно только защитить его от воздействия воздуха, влаги: прикрыть его чем-нибудь.

Ведь прикрываем же мы дорогой лакированный стол клеенкой, чтобы он не запачкался и не поцарапался. Прикрыть зеркало клеенкой, понятно, нельзя; его надо прикрыть чем-то прозрачным. Попросту говоря, надо покрыть его стеклом и тем самым превратить металлическое зеркало в стеклянное.

Ни египтяне, ни римляне этого сделать не могли: они не умели приготовлять стеклянные листы. Муранские мастера первыми научились варить вполне прозрачное стекло. Они же нашли способ, как из стеклянного пузыря делать плоский лист. Они могли уже взяться за разрешение той задачи, которая была не под силу всем прежним стеклоделам: изготовить стеклянное зеркало. И вот получилось так: есть полированная металлическая дощечка, и есть стеклянный лист. Надо только их плотно соединить друг с другом, и тогда получится хорошее зеркало.

Но как соединить эти столь разные материалы? В холодном виде их никак не скрепить. Попробовать спаять? При остывании стекло наверняка треснет: ведь стекло и металл расширяются по-разному.

Для того, чтобы стекло не треснуло, надо было нанести на него очень тонкую пленку металла.

Задача оказалась довольно трудной, но всё же ее разрешили. На гладком куске мрамора разостлали листок олова и полили его ртутью. Олово растворилось в ртути, получилось то, что называют амальгамой. На нее наложили лист стекла, и серебристая блестящая пленка амальгамы, толщиной с папиросную бумагу, плотно пристала к стеклу.

Так сделали первое настоящее зеркало.

Венеция долго сохраняла способ выработки зеркал в глубокой тайне. Дворы государств всей Европы, а задними и все богатые и знатные люди в продолжение целых двухсот лет выписывали зеркала из Венеции, платя за них большие деньги.

Подарить зеркало считалось в те времена верхом щедрости. Когда французская королева Мария Медичи выходила замуж, Венецианская республика преподнесла ей в дар зеркало — лучшую работу муранских мастеров.

Зеркало было совсем небольшим — величиной с книгу, — а оценивалось в сто пятьдесят тысяч франков. Правда, оно было вставлено в драгоценную раму.

Зеркало стало как бы знаком богатства. Самый последний дворянин, не желая отставать от других, отказывал себе во всем, но покупал себе крохотное зеркальце.

Французский министр Кольбер видел, как деньги из Франции уплывают в Венецию: только венецианские стеклоделы умеют делать зеркала, и они никому, не выдают своей тайны. Кольбер решил во что бы то ни стало раскрыть этот секрет.

Французскому послу в Венеции было дано поручение: подкупить двух-трех зеркальных мастеров и переправить их во Францию. В темную осеннюю ночь от острова Мурано тихо отплыла лодка: несколько муранских мастеров бежали во Францию. Там их спрятали так хорошо, что венецианские шпионы не сумели напасть на их след.

Муранские беглецы выдали все свои секреты французским мастерам. Через несколько лет в глубине дремучих лесов Нормандии открылся французский завод зеркального стекла...

Мода на зеркала держалась. Уже не только знать и дворяне, но купцы и богатые ремесленники тоже хотели иметь у себя дома зеркала. Зеркалами стали украшать кровати, столы, стулья, шкафы.

Даже в бальные платья вшивали маленькие кусочки зеркал. Танцующих освещали свечами, и весь зал наполнялся множеством световых зайчиков. Они бегали по потолку, прыгали по стенам, мелькали на лицах гостей. Это было красивое зрелище.

С каждым годом зеркал изготовлялось всё больше и больше, но качество их оставалось невысоким: стеклянный лист получался неровным, лицо в зеркале отражалось неправильно, казалось перекошенным.

К тому же зеркала были очень маленькие: больших стеклянных листов не могли изготовлять даже лучшие мастера. Чтобы увидеть свое изображение во весь рост, нужно было отойти от зеркала шагов на двадцать-тридцать.

Вся придворная знать, во главе с королем, требовала больших гладких зеркал.



2. СТО ЧАСОВ

Способ выделки больших зеркал открыли французы. Они смастерили длинные и широкие железные столы с бортиками, как у бильярда. На такой стол выливали расплавленное стекло и начинали раскатывать его чугунным валом, наподобие того, как хозяйка, приготовляя пирог, раскатывает тесто скалкой. Получался большой лист зеркального стекла.

Всё же лист не был вполне гладким. Стоило провести по нему рукой, и сразу чувствовалось, что стекло неровное, имеет бугры и впадины.

Такое стекло для зеркала не годится. Как же сгладить стекло, довести его до блеска?

Еще древние египтяне умели сглаживать стенки своих стеклянных ваз. Для этого они долго и сильно терли стекло песком. Песчинки выравнивали стекло, сдирали с него маленькие, еле заметные глазу бугорки.

Таким же точно способом стали теперь шлифовать стекла для зеркал.

Это была кропотливая и тяжелая работа. На один стеклянный лист клали плашмя другой, между ними насыпали песок и затем начинали равномерно водить верхним листом по нижнему. Очень однообразная, утомительная, а главное — долгая работа.

Чтобы хорошенько отшлифовать стеклянный лист даже для небольшого зеркала, два человека должны были поработать часов тридцать.

Но на этом дело не кончалось: после шлифовки стекло, правда, становилось гладким и одинаковой толщины, но появлялся новый порок: оно делалось матовым, непрозрачным;

Откуда появилась эта матовость? Это след песчинок, которые терлись о стекло, бесчисленное количество микроскопических царапин и зазубрин.

Конечно, такое непрозрачное стекло для зеркала не годится. Надо еще раз оглаживать стекло: надо его полировать.

Полируют стекло особым мельчайшим порошком — наждаком. Рабочий водит по стеклу маленькой дощечкой, обитой войлоком — полисуаром. Сколько раз надо провести полисуаром по стеклу? Сто раз, тысячу, десять тысяч? Нет, гораздо больше — сотни тысяч раз.

Полировка требует еще больше времени, чем шлифовка: до семидесяти часов.

Тридцать да семьдесят, всего сто часов для того, чтобы сделать гладким стекло для одного зеркала! Понятно, что зеркала в то время стоили дорого.

На те деньги, которые стоило тогда небольшое зеркало, могла прожить полгода целая семья среднего достатка.

В наше время для полировки и шлифовки стекла имеются специальные машины.

На огромный круглый стол наливают тонкий слой гипса, а на него укладывают подъемным краном листы стекла. Если бы кран зажимал листы наподобие клещей или щипцов, то стекло, конечно, не выдержало бы давления и треснуло бы. Но кран подхватывает стекло совсем иным, гораздо более деликатным способом: резиновыми присосками. Тяжелый стеклянный лист точно прилипает к присоскам, он проносится по воздуху и мягко ложится на стол. Тогда только присоски его отпускают.

Стол со стеклянными листами откатывают под вертящиеся диски шлифовального станка. Они начинают быстро вращаться. Через полчаса стекло уже отшлифовано.

Затем стол подкатывают под полировальные диски, подбитые войлоком; они придают стеклу нужный блеск.

На всё это уходит не семьдесят часов, как при ручной работе, а всего пятьдесят-шестьдесят минут.

После того, как научились изготовлять большие зеркала и полировать их хотя бы вручную, зеркала стали гораздо лучше, и их стали покупать нарасхват. Появилась мода украшать зеркалами целые комнаты: не только стены, но даже потолки. Такие комнаты поражали гостей, вызывали восхищение. Но жить в зеркальной комнате, конечно, нельзя: всюду, куда ни посмотришь, бесконечная перспектива комнат, тысячи отражений, Сперва это кажется забавным, а потом становится неприятно и страшно. Хочется поскорее уйти в обыкновенную комнату.

Недаром испанская инквизиция придумала особую, зеркальную пытку. Человека сажали на несколько дней в зеркальную комнату-коробку, где, кроме него и лампы, не было ничего. День и ночь на него смотрели бесчисленные отражения, как бы его близнецы. Они были наверху, справа, слева, внизу. Они повторяли каждое его движение, точно издевались над пленником. Чаще всего человек не выносил пытки зеркалами и сходил с ума.

От зеркальных потолков и стен во дворцах скоро отказались. Но зеркала остались всё же лучшим украшением дворцов. В рамах из серебра, бронзы, фарфора их вешали целыми рядами на стены.

Большой парадный зал Екатерининского дворца в городе Пушкине был также украшен зеркалами; они в три ряда опоясывали стены. Во время больших приемов зал освещался сотнями свечей. Их свет без конца отражался зеркалами и гладким паркетом. Люди как бы купались в море света. Этот замечательный дворец был полностью разрушен гитлеровскими захватчиками во время оккупации города Пушкина, но позднее восстановлен.

После изобретения машинной полировки и ряда других усовершенствований зеркала подешевели. Наконец-то они стали доступны не только королям и богачам, но и обыкновенным людям.

Листы зеркального стекла стали цениться не только как материал для зеркал, но и сами по себе: ведь это стекло гораздо прозрачнее, чище, «благороднее», чем обыкновенное стекло.

Такие стекла стали вставлять в витрины магазинов. Вокзалы, здания музеев, купе вагонов, каюты кораблей, окна автомобилей тоже стали застеклять зеркальными стеклами. Зеркальное стекло стало как бы высшим сортом оконного стекла.

Улучшение качества зеркал шло не только по линии получения гладкой, хорошо отражающей поверхности.

Зеркала, покрытые амальгамой, давали бледное отражение. При изготовлении их приходилось иметь дело с ядовитыми веществами. Бывали случаи, когда рабочие отравлялись насмерть ртутными парами.

Полтора века назад от амальгамы отказались. Вместо этого стали наносить на стеклянный лист тончайший слой серебра или алюминия. Чтобы нежная серебряная пленка не повредилась, ее сверху покрывают слоем краски. Такие зеркала дают очень яркое изображение.

И в наши дни, как в старину, устраивают стеклянные комнаты и залы.

Вот, например, как был устроен стеклянный дворец иллюзий в Париже: стены зала состоят из больших зеркал, обрамленных разнообразными колоннами, украшениями, статуями. Благодаря перекрестному отражению зрителю кажется, что он стоит в центре множества одинаковых зал, расходящихся во все стороны. Но этого мало: во всех углах установлены вращающиеся барабаны-колонны; стоит только их повернуть, и весь вид сразу, точно по мановению волшебной палочки, совершенно изменится.

Зрителю кажется теперь, что он попал в индусский храм. Снова поворот барабана — и он теперь уже посреди беспредельного дремучего леса. Еще и еще преображается комната-калейдоскоп, и зритель переносится всё в новые и новые места.

Можно теперь приготовить такое стекло, которое если посмотреть на него с одной стороны, окажется зеркалом, а если посмотреть с другой стороны, — это обыкновенное прозрачное стекло, через которое всё видно.

Такие стекла очень удобны для подглядывания: ты видишь, а тебя не видят. С этой целью их и вставляют в двери, ведущие из класса в коридор. Надзиратель тихонько подходит к двери и смотрит, что делают ученики. А они его не видят.

Делают и цветные зеркала: золотистые, голубые, желтые, цвета розы, незабудки и других оттенков. Такими зеркалами облицовывают стены зданий.

Можно, наконец, делать и такие зеркала, которые показывают лицо человека красивее, чем оно есть на самом деле. Секрет здесь очень простой: стекло зеркала имеет неуловимо слабый розовый оттенок. Изображение получается такое же ясное, как в обычном зеркале, но мелкие недостатки кожи скрадываются. Лицо кажется в этом зеркале необыкновенно свежим и молодым.

3. ВОГНУТОЕ ЗЕРКАЛО

Сто с лишним лет назад одному врачу пришла в голову мысль: нельзя ли через пищевод заглянуть человеку в желудок?

Это была дерзкая мысль. Ведь путь глотка — пищевод — желудок не прямой, он имеет изгиб. А световой луч, как известно, прямой.

Тут-то, однако, и может пригодиться зеркало: оно отражает лучи, меняет его направление, если луч падает на зеркало под углом.

Когда мальчик, сидя у окна, забавляется тем, что ловит солнечного «зайчика» и пускает его соседям в глаза, он пользуется как раз этим свойством зеркала.

Если зеркалами можно перебрасывать свет — подобно тому, как перекидывают мяч из рук в руки, — то, значит, зеркалами можно перебросить и изображение, например, глядеть вперед, а видеть то, что делается сзади или за углом.

И, значит, через пищевод заглянуть в желудок всё-таки возможно.

Подвергнуться такому опыту согласился цирковой фокусник-шпагоглотатель.

Врач ввел ему в пищевод длинную узкую трубку с зеркалами, а к наружному ее концу приставил лампочку.

И вот он действительно увидел внутренность желудка. Увидел, правда, плохо, потому что свет лампочки был слабый. Но всё же кое-что можно было разобрать.

Так был изобретен перископ для осматривания желудка — гастроскоп.

Впоследствии его усовершенствовали: проложили внутри трубки провод и привинтили к его концу крошечную электрическую лампочку. Теперь, когда лампочка горит в самом желудке, всё видно очень отчетливо.

Маленькая, но сильная лампочка хорошо освещает внутренность желудка, и опытный глаз врача быстро находит язву или опухоль.

К такому медицинскому перископу можно присоединить фотографический аппарат и получить снимок внутренности желудка.

Главное применение перископ нашел, однако, не в медицине, а в военном деле.

Военный перископ — просто длинная труба, в которую наверху и внизу вставлены наклонно небольшие зеркала.

Изображение, пойманное верхним зеркальцем, перебрасывается на нижнее, — здесь его можно рассмотреть.

Через перископ можно следить за неприятелем, не высовываясь из окопа, оставаясь для неприятеля незримым.

Так два самых обыкновенных зеркала, вставленных в трубу, становятся важным оптическим прибором.

Правда, у зеркала имеется соперник — призма, трехгранный кусочек стекла. Призма тоже заставляет лучи изменять направление, но не отражая, а преломляя их.

Лучшие перископы — например, перископы подводных лодок — призматические. Зато зеркальные перископы сделать гораздо легче.

Но еще важнее для оптики не обычное плоское зеркало, а вогнутое: оно направляет лучи узким ровным пучком либо заставляет их сойтись, скреститься в одной точке на некотором расстоянии от зеркала.

Древняя легенда рассказывает, будто знаменитый греческий ученый Архимед сжег с помощью солнечных лучей, отраженных от вогнутого зеркала, римский флот, напавший на город Сиракузы. Эта легенда, конечно, неправдоподобна. Чтобы собрать так много солнечного тепла и переслать его на такое большое расстояние, нужно было громадное вогнутое зеркало.

Таких зеркал не умели делать в древней Греции. Грек Антемий, живший через 700 лет после Архимеда, попытался доказать, что корабли можно было зажечь системой из 24 плоских зеркал. Такая система плоских зеркал должна работать, как одно огромное вогнутое зеркало.

Направляя солнечные «зайчики» от всех зеркал в одну точку, по мнению Антемия, можно было бы получить температуру, достаточную для того, чтобы могло загореться сухое просмоленное дерево и канаты. Такое объяснение кажется довольно правдоподобным, если считать, что расстояние между зеркалами и кораблями было не больше 30—50 метров. На большем расстоянии, при том уровне техники, какой был во времена Архимеда, вряд ли было возможно зажечь с помощью зеркал дерево.

Задача использования солнечной энергии, превращения ее в тепловую, механическую и электрическую интересует ученых и инженеров и в наше время. Эта задача вполне разрешима теперь. Не представляет труда изготовить вогнутые зеркала с большой точностью и собрать лучи в небольшое пятно или полосу, в зависимости от желания конструктора. Не трудно собрать солнечные лучи на котел с водой и заставить закипеть воду, а паром приводить в движение машины.

Весь вопрос только в том, насколько стоимость энергии, получаемой от солнечных котлов, может конкурировать со стоимостью энергии, которую дают гидростанции или котельные, работающие на топливе. Поэтому использовать «солнечные котлы и моторы» наиболее выгодно в южных странах, где солнца много, а другого топлива мало, где большие пространства земли лишены достаточно мощных рек. У нас в России, например, лучше всего прибегать к использованию солнечной энергии в южных районах.

Однако вогнутые стеклянные зеркала больших размеров стоят еще слишком дорого, и применять их в «солнечных котлах» невыгодно. Почти тех же результатов можно достичь, если поверхность большого вогнутого зеркала составлять из отдельных кусков плоских зеркал. Такое зеркало будет очень хорошо собирать солнечные лучи и развивать высокие температуры. Солнечные котлы и печи со стеклянными вогнутыми и плоскими зеркалами строятся и работают у нас в России и в других странах.

В наше время, однако, вогнутые зеркала чаще используются не для нагревания, а для освещения.

В карманном электрическом фонарике заключена крошечная лампочка всего в несколько свечей. Если бы она посылала свои лучи во все стороны, то от такого фонарика было бы мало пользы: его свет не проникал бы дальше одного-двух метров.

Но за лампочкой поставлено маленькое вогнутое зеркальце. И вот, луч света прорезывает темноту на десять метров вперед.

Так же устроены и автомобильные фары и прожекторы.

В прожекторе светит мощная дуговая лампа. Но если бы вынули из прожектора вогнутое зеркало, то свет лампы бесцельно разошелся бы во все стороны, она светила бы не на семьдесят километров, а всего на один-два...

В железнодорожном светофоре, в корабельном фонаре, прикрепленном к верхушке мачты, в фонаре маяка — всюду мы найдем стекло, собирающее свет в узкий пучок.

Было бы, однако, неверно утверждать, что этим собирающим стеклом всегда служит вогнутое зеркало. Как у плоского зеркала имеется соперник — призма, так и у вогнутого зеркала тоже есть свой соперник — линза.

Доктор Клаубони, спутник отважного капитана Гаттераса из романа Жюля Верна, был изобретательным человеком.

Их арктическая экспедиция однажды очутилась в трудном положении: без спичек при сорокавосьмиградусном морозе. Что было делать? Если бы у кого-либо из экспедиции было с собой вогнутое зеркало, тогда можно было бы им заменить спички. Но вогнутого зеркала ни у кого не нашлось. Доктор Клаубони всё же не растерялся: он вырубил топором кусок прозрачного льда, обтесал его в форме чечевицы и отполировал своими руками. Получилась ледяная линза. Ледяной линзой поймали солнечные лучи и направили их сходящимся пучком на трут. И трут вскоре вспыхнул веселым огоньком.

Этот рассказ всё же внушает сомнения.

Трудно представить, как мог доктор Клаубони топором, да еще на морозе в сорок восемь градусов, сделать большую ледяную линзу правильной формы. А если бы она вышла не совсем гладкой или не вполне правильной формы, то она не могла бы собрать в точку все падающие на нее лучи, и трут не вспыхнул бы.

Ледяная линза не очень-то пригодна для собирания лучей.

Гораздо удобнее стеклянная линза — собирательное, или, как его иногда называют, зажигательное стекло.

Вот это-то стекло и может выполнить то же дело, что и вогнутое зеркало. В одних случаях удобнее пользоваться вогнутым зеркалом, в других — линзой, а иногда — тем и другим.

Мы говорили, например, что в карманном фонаре помещают за лампочкой вогнутое зеркальце. Но этого мало: в фонаре имеется еще и маленькая линза — перед лампочкой. Зеркальце и линза помогают друг другу собрать весь свет, какой дает лампочка. Особенно сложно устроен фонарь маяка.

В древности самым мощным маяком был Александрийский маяк, огромная башня в сто семьдесят метров, то есть выше высотного здания в сорок этажей.

Этот маяк считался одним из «чудес света». На его верхушке горел огромный костер, служивший как бы путеводной звездой морякам.

Мы не знаем, как далеко проникал луч этого маяка. Но очень далеко он, конечно, проникать не мог, так как даже большой костер дает не так уж много света. К тому же свет его расходился во все стороны и должен был быстро терять свою силу.

Тысячи лет пытались люди различными способами усилить свет маяка. Вместо дров жгли уголь, ставили масляные лампы со многими фитилями, приделывали к ним трубы, чтобы они горели ярче. Но всё это мало помогало.

Маячные огни оставались всё еще недостаточно яркими и были видны не более чем на 10—15 километров. Корабли, сбившиеся с пути или попавшие в шторм, могли, не увидев огонь маяка, пройти мимо спокойной, удобной бухты и потерпеть крушение.

Спасителем кораблей оказалось вогнутое, сначала металлическое, а позже стеклянное зеркало, которое стали устанавливать позади маячной лампы. Вогнутое зеркало отбрасывало все лучи в одном направлении, и благодаря этому свет маяка значительно усиливался.

Однако и это усиление было еще недостаточным. В 1820 году крупнейшим французским физиком Френелем были предложены особые ступенчатые линзы, которые состоят как бы из ряда отдельных преломляющих призм. Теперь линзы Френеля используются не только во всех маяках, но и во всевозможных сигнальных фонарях: прожекторах, семафорах, светофорах. Часто линзы Френеля делают в виде ступенчатых бочонков из стекла, внутрь которых помещают лампы.

В дальнейшем линзы Френеля для маяков были им же еще усовершенствованы. Он предложил против источника света устанавливать ступенчатые преломляющие линзы, а в верхней и нижней частях фонаря — призмы полного внутреннего отражения. Такое устройство маячного фонаря позволило получать очень яркий сноп света. Сила света современных маяков достигает шестидесяти миллионов свечей.

Фонари современных маяков делают из нескольких огромных преломляюще-отражающих линз Френеля, диаметром до трех метров каждая. Маяки строят на высоких берегах или скалах, и свет их в ясную погоду виден за много десятков километров. Расстояние, на которое виден огонь маяка, определяется теперь не его яркостью, а тем, что земля — шар, и при удалении на 50 километров даже маяк, огонь которого находится на высоте 100 метров над уровнем моря, скроется за горизонтом.

Маяки нужны не только морским кораблям, но и воздушным. Сейчас на каждом аэродроме есть авиамаяк. Свет авиамаяков направляют не горизонтально, как в морских маяках, а под некоторым углом вверх. Свет этих маяков виден с самолета очень далеко. Ведь самолеты летят на очень большой высоте, и поэтому свет маяка не скрывается горизонтом.

Солнечный мотор, рефлектор синей лампы, карманный электрический фонарик, прожектор, маяк — для всего этого нужно вогнутое зеркало. А ведь мы перечислили далеко не всё. Мы не упомянули, например, о зеркале телескопа.

Но мы уже и так незаметно для себя вошли в область оптики. И прежде чем продолжать наш рассказ, мы должны сказать о том особом стекле, из которого делают оптические приборы.