§ 11.9. Оптика микроскопов в трудах Эйлера
Математики, побуждаемые чисто теоретическим интересом, в середине XVIII века стали разрабатывать принципы расчета оптической схемы микроскопа средствами геометрической оптики с целью ее оптимизации. Эйлер, кроме математики, интересовался и геометрической теорией микроскопа. Работы по оптике сведены им в единую систему в третьем томе «Диоптрики», опубликованной в 1771 году в Петербурге. Эйлер пытался решить задачу уменьшения аберраций путем расчета кривизны поверхностей, апертурных углов и взаимных расстояний между линзами. При этом имелось в виду, что все линзы изготовлены из одного сорта стекла, а именно из крона. Эйлер ставил задачу найти такие параметры оптической схемы, при которых возможно создать микроскоп, свободный от аберраций и обладающий увеличением до 4000 крат! В настоящее время известно, что максимальное видимое увеличение светового микроскопа составляет около 1500 крат, а с «натягом» - до 2500 крат.
§ 11.10. Солнечный микроскоп
В середине XVIII века физики Петербургской Академии Наук проявили повышенный интерес к солнечному микроскопу (рис. 11.3.). Солнечный микроскоп изобрел Либеркюн (1711 - 1756), принцип работы которого заключался в том, что пучок солнечных лучей направлялся на экран через конденсор, объект и объектив (микроскоп проходящего света). На экране в затемненной комнате зрители наблюдали изображение объекта. При рассматривании микроскопических картин у присутствующих возникало чувство восторга!
Эйлер впервые поднял вопрос об устройстве солнечного микроскопа для непрозрачных объектов, т.е. о разработке солнечного микроскопа отраженного света. Его доклад на эту тему был представлен на конференции Академии Наук в 1750 году. Спустя одиннадцать лет после представления Эйлером проекта, а именно в 1761 году, академик Ф.Т.У. Эпинус (1724 - 1802) представил проект солнечного микроскопа, в котором идее Эйлера придал практически осуществимый вид.
Как благородный человек Эпинус считал, что всякое изобретение должно принадлежать всему человечеству, а не только его изобретателю. Предложенный им принцип солнечного микроскопа впоследствии был использован Мартином, Адамсом, Доллондом и другими английскими оптиками-конструкторами.
Рис. 11.3. Солнечный микроскоп, середина 1700-х годов.
Солнечный свет направляется в микроскоп подвижным зеркалом, которое настраивается с помощью рычагов и шнуров для отслеживания положения солнца.
Эйлер впервые представил теоретический расчет дуплетного объектива, состоящего из двояковыпуклой линзы и мениска. Эта комбинация не была осуществлена. Однако Беляеву удалось изготовить четыре объектива, которые представляли собой дублеты. Дублеты состояли из двух плосковыпуклых линз, вставленных в оправу выпуклыми сторонами друг к другу с воздушным промежутком между ними. Именно такую дублетную лупу начал производить в конце 70-х годов Адамс. Кончилась эпоха копирования иностранных приборов и началась эпоха созидания.
§ 11.11. Изобретение ахроматического объектива
В 1747 году Эйлер впервые высказал идею о возможности создания объектива, свободного от хроматической аберрации. Он предлагал создать ахроматический объектив, который состоял бы из двух стеклянных менисков, пространство между которыми заполнено водой. Для проверки своих расчетов Эйлер приступил к опытам с линзами и водой.
Подобные опыты были в свое время проведены Ньютоном, который для увеличения прозрачности воды, добавил в воду свинцовый сахар, благодаря чему коэффициент преломления раствора и стекла оказались близкими, и эффекта ахроматизации не произошло. Отсюда Ньютон сделал свой знаменитый и неверный вывод об абсолютной невозможности ахроматизации линзовых объективов.
Английский оптик Доллонд, не сомневаясь в правильности утверждения Ньютона, очень резко выступил против идеи Эйлера. Для подкрепления своего мнения и правильности утверждения Ньютона он приступил к опытам над преломлением света различными прозрачными средами, в том числе и с разными сортами стекла. В результате Доллонд принужден был признать правоту Эйлера и принялся за усовершенствование объектива телескопа. Впоследствии он получил патент на это изобретение.
В 1760-е годы внимание членов Академии Наук привлекла проблема варки флинта, производившегося в то время только в Англии. Химический состав флинта английские стекловары держали в секрете. «Монополия» Доллонда вызвала среди ученых и стекловаров ряда стран активное стремление самостоятельно раскрыть секрет химического состава флинта и найти способы его изготовления. В России над этой проблемой работали М. В. Ломоносов и академик И. Э. Цейгер (1725 - 1784). Исключительно успешными были исследования Цейгера. Цейгер обнаружил на стеклянных заводах под Шлиссельбургом два типа стекла, схожие с английскими кроном и флинтом. Ему удалось установить, что основной особенностью флинта является наличие в нем большого процента свинцовых соединений. Он самостоятельно приготовил несколько сортов флинта. Сообщение о своих открытиях Цейгер сделал в Академии Наук в 1763 года в присутствии Екатерины II.