Лет семьдесят 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 Союзе, например, лучше всего прибегать к использованию солнечной энергии в Средней Азии и Армении. 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 Советском Союзе 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.