У кого из вас в детстве бал калейдоскоп? Думаю, у всех. Как интересно было разглядывать красочные узоры, меняющиеся при малейшем повороте трубки! И как же интриговала тайна – а что там за стеклом? Кто-то, возможно, и разбирал свою игрушку в поисках блестящих сокровищ.

Но не все знают, что поначалу калейдоскоп вовсе не был детской забавой. И что изобрёл его серьёзный учёный Дэвид Брюстер (David Brewster).

Уже современники называли его «отцом современной экспериментальной оптики». Учёные-физики хорошо знакомы с работами Брюстера в области поляризации света и оперируют такими понятиями как закон Брюстера и угол Брюстера. 

Руководство и студенты шотландских вузов помнят, что в 19 веке ректор Брюстер 22 года руководил университетом Сент-Эндрюса и 9 лет – университетом Эдинбурга. Знатоки академических изданий в курсе, кто редактировал 18-томную Эдинбургскую энциклопедию.

Инженеры-строители, изучив историю создания британской системы береговых маяков, знают, что физик-оптик Брюстер изобрёл оптику для маяков и полигональные зеркала.

Можно даже сказать, что Брюстер стоял у истоков 3D-устройств просмотра, когда усовершенствовал стереоскоп, оснастив его специальными линзами.

И только широкая публика не помнит имени шотландского учёного Дэвида Брюстера. А ведь его биография весьма интересна и наполнена неожиданными событиями.

Считается, что это портрет молодого Дэвида Брюстера

Дэвид Брюстер (1781 - 1868) прожил долгую жизнь. Он родился в городе Джедбурге, расположенном в шотландском Приграничье. Его отец был известным преподавателем и ректором Джедбургской гимназии. Дэвид был третьим из шести детей. Три его брата стали священниками, и Дэвид тоже готовился пойти в проповедники.

Мальчик был весьма одарённым, сейчас бы сказали – вундеркиндом. В 12 лет он уже поступил в Эдинбургский университет на богословское направление, и окончил вуз в 19 лет со степенью бакалавра.

Молодой человек получил лицензию проповедника, но судьба распорядилась так, что церковь потеряла своего адепта, зато наука – приобрела.

Ещё в стенах вуза Брюстер увлёкся естественными науками, особенно – физикой и её разделом – оптикой. Он изучал поляризацию света при отражении и преломлении, открыл двухосные кристаллы с двойным преломлением, нашёл связь между оптической структурой и кристаллическими формами – то есть стоял у истоков оптической минералогии. В 1807 году, в 26 лет, Дэвид Брюстер получил степень доктора наук.

В 29 лет Дэвид женился на 34-летней Джульетт Макферсон (Juliet Macpherson). Они прожили в счастливом браке 40 лет и стали родителями пятерых детей: двое сыновей были военными офицерами, а дочь написала подробную биографию своего знаменитого отца. К слову, Брюстеры отличались завидным долголетием: отец прожил 80 лет, сам Дэвид – 87, его братья по 70-71, один из сыновей – 89, дочь – 84.

Самое интригующее то, что овдовев в 69 лет, пожилой «столп науки» в свои 76 лет женился на 30-летней Джейн Парнелл (Jane Purnell), и некоторые источники даже упоминают о дочери, родившейся в этом браке, что, конечно, сомнительно. Вероятно, путают с дочерью от первого брака, которая была поздним ребёнком – она родилась, когда родителям было 42 и 47 лет.

Портрет Дэвида Брюстера Художник Норман Макбет

Кроме научной и руководящей работы, Дэвид Брюстер был неутомимым популяризатором науки. Он написал неимоверное количество статей в различных изданиях: в Edinburgh Magazine, редактором которого он стал уже в 20 лет, в Edinburgh Encyclopdia, которую он редактировал на протяжении всех лет издания (а это ни много ни мало – с 1808 по 1830 год). Самые важные статьи в научном разделе Эдинбургской энциклопедии вышли из-под пера Брюстера – об электричестве, гидродинамике, магнетизме, микроскопе, оптике, стереоскопе и электрических батареях.

В 1824 году Брюстер основал Edinburgh Journal of Science, 16 томов которого выходили под его редакцией до 1832 года, причем много статей было написано им собственноручно.

Важное место в исследованиях учёного занимает написанная им биография Исаака Ньютона. Брюстер изучал жизнь и деятельность великого англичанина в течение двадцати лет, и издал несколько кратких его биографий, а после – наиболее полную.

За свои открытия и изобретения в Брюстер в 50 лет был удостоен рыцарского звания и награждён Королевским Гвельфийским орденом.

Что кается собственной научной деятельности, то нужно сказать, что Дэвид Брюстер был блистательным практиком, но совершенно не уделял внимания теории. Его открытия получали теоретическую базу из рук других учёных. Методы Брюстера были эмпирическими, и установленные им законы, как правило, являлись результатом многократных экспериментов. Сам учёный настороженно относился к научным теориям. Например, он обошёл молчанием корпускулярно-волновую теорию света в своей статье об оптике.

Это происходило, вероятно, потому, что Дэвид Брюстер был глубоко религиозным человеком и убеждённым пресвитерианином. Когда в 1843 году произошёл раскол внутри Церкви Шотландии (Disruption), то Брюстер вместе с одним из братьев всячески поддерживал образование отдельной Свободной Церкви Шотландии, куда вошли наиболее ортодоксально настроенные священнослужители.

Сэр Дэвид Брюстер со своим стереоскопом Фото Джона Уоткинса Гравюра Д..Дж. Паунд

Религиозные убеждения Брюстера побудили его выступить против теории эволюции Чарльза Дарвина. Опубликованная в 1859 году работа Дарвина «Происхождение видов» вызвала в обществе бурные споры, ведь наука того времени опиралась на богословие.

Брюстер резко раскритиковал теориию естественного отбора, опубликовав статью, в которой раздражённо заявил, что книга Дарвина объединила в себе как «интересные факты, так и досужие фантазии, которые составили рискованные домыслы».

Он решительно выступал против утверждения Дарвина, что разнообразие жизни произошло от общего предка путём эволюции, потому что считал это оскорбительным для христианина. Брюстер утверждал, что «наука и религия должны быть едины, так как каждая имеет дело с истиной, у которой есть только один Творец».

Дэвид Брюстер был современником многих прорывов в науке и технике 19 века. Например, он дружил с Уильямом Генри Тальботом, изобретателем фотографического процесса и основ фотогравировки, и был первым председателем фотографического общества Шотландии, основанного в 1856 году.

История изобретения

В 1815 году молодой 34-летний учёный Дэвид Брюстер проводил очередные эксперименты, касающиеся поляризации света. Лабораторным оборудованием служила трубка с зеркалами внутри, куда были помещены стеклянные осколки. Учёный залюбовался красивыми симметричными узорами, отражающимися в зеркалах.

Изменяя количество зеркал и угол их наклона, Брюстер определил, что от этого зависит количество симметричных картинок. Действительно, при угле между соседними зеркалами в 30 градусов получается 12 изображений; 45 градусов - 8; 60 градусов - 6; 90 градусов - 4.

Учёный поначалу считал своё изобретение научным инструментом и подал заявку на патент. Но выдача документа растянулась на два года, а за это время образец увидели предприниматели, и запустили в производство простую игрушку. Новая забава мигом приобрела популярность и производилась тысячами. Самому изобретателю досталась только слава и немного денег.

Прибор назвали «калейдоскоп», от греческих слов kalos - красивый, eidos - вид и skopeo - смотрю, наблюдаю.

Поначалу калейдоскоп был только игрушкой, причём для людей любого возраста и социального положения. Богачи заказывали большие стационарные инструменты для гостиной, а вместо стекляшек использовали дорогие вещицы вплоть до драгоценных камней.

Даже для составления узоров и орнаментов, как первоначально предполагалось, калейдоскоп не годился. Только после появления фотоаппарата игрушка стала использоваться дизайнерами тканей и одежды при разработке рисунков.

Несмотря на простоту, прибор до сих пор усовершенствуют, внося в конструкцию и принцип действия всевозможные новшества.

Классический калейдоскоп

Принцип действия калейдоскопа прост – это отражение света от зеркальных поверхностей, расположенных под углами друг к другу. Обычно прибор состоит из трубки, внутри которой находятся зеркальные пластины – от 2-х до 6-ти. С одной стороны корпуса находится окуляр, с другой полупрозрачная заглушка. При вращении трубки вокруг продольной оси цветная мелочь, находящаяся перед зеркалами, пересыпается, образуя отражённые узоры, которые не повторяются никогда.

Афанеидоскоп

Этот прибор не имеет наружного стекла. Его устанавливают на столе, а перед ним располагают непрозрачные предметы – разноцветные камушки, украшения, цветы, даже насекомых.

Калейдоскоп Буша

К 1870 году чудесная европейская игрушка добралась и в Новый Свет. Американский оптик Чарльз Буш начал экспериментировать с устройством, меняя конструкцию и цветные компоненты. Он так усовершенствовал калейдоскоп, что создал новый вид – «калейдоскоп для гостиной» (или «кабинетный калейдоскоп»).

На деревянном штативе крепился большой цилиндр с поворотным барабаном. Главный секрет находился внутри барабана – это были блестящие ампулы, заполненные жидкостью с воздушными пузырьками. При вращении барабана двигались не только стекляшки, но и пузырьки внутри них. И даже после остановки барабана пузырьки продолжали перемещаться, создавая новые узоры.

Чарльз Буш не повторил ошибок Брюстера, и тщательно патентовал все свои новшества.

Калейдоскоп Петкунаса

Уже в наше время инженер К.Петкунас по-своему изменил конструкцию калейдоскопа. Казалось бы – что можно придумать нового в таком простом приборе?

Изобретатель закрыл непрозрачной заглушкой торец цилиндрического корпуса, а освещение сделал сбоку. В качестве цветной засыпки он использовал не только прозрачные стекляшки, но и непрозрачные – камешки, кольца, цепочки.

Узоры при этом получались ещё красочнее и разнообразнее.

Дисковый калейдоскоп

Его ещё называют Калейдоскоп с вращающимися кольцами или Роллейдоскоп.

Засыпки из стекляшек в роллейдоскопе нет, и его не вращают.

К торцу крепят два цветных диска: именно их вращением друг относительно друга и создаются бесчисленные варианты узоров, отражающиеся в зеркалах.

Гелевый калейдоскоп

Иногда их называют масляными, но это неправильно.

Перпендикулярно к корпусу вставляют трубку потоньше, заполненную гелеобразной жидкостью. В ней плавают кристаллики, бисер, кусочки фольги. При наклоне всё это плавно перетекает, образуя медленно изменяющиеся узоры (смотреть видео).

Пневматический калейдоскоп

Некая дама в свою очередь изменила засыпку калейдоскопа. На этот раз внутрь поместили не тяжёлые предметы, а легчайшие пёрышки. К корпусу присоединили воздушную грушу, при сжатии которой движение воздуха подбрасывает перья, отражающиеся в зеркалах.

Талейдоскоп

Однажды кто-то находчивый решил – а зачем вообще нужна цветная засыпка? Вокруг нас столько красочных элементов! И появился талейдоскоп (или теледоскоп).

Корпус его оканчивается линзой, которая отражает и визуально дробит всё, на что направлена. Частички окружающего нас мира многократно отражаются в зеркалах, образуя мозаику из реальных предметов (смотреть видео). И даже из нас самих ;-)

Калейдоскоп Тесла

И, наконец, технический прогресс привёл к тому, что в качестве элементов, образующих узоры, решили использовать вовсе не блестящие осколки.

Трубки калейдоскопов (теледоскопов) направляются на стеклянные шарики, заполненные различными инертными газами. Высокочастотная катушка Теслы генерирует импульсы, которые заставляют инертный газ светиться разными оттенками в зависимости от вида газа. К тому же тарелка с шариками ещё и вращается на подшипнике.

Экспонат был изготовлен специально для Музея зеркал в канадском городе Торонто.

Гиганты

Не избежали гигантомании и калейдоскопы.

Ещё в 1900 году на международной выставке в Париже построили Дворец миражей, шесть стен которого были зеркальными. В углах, где сходились зеркала, установили на вращающихся подставках экзотические растения и фрагменты колонн. И посетитель, и предметы многократно отражались в зеркалах, образуя картинку заполненного людьми храма или тропического леса.

В 2005 году в парке немецкого города Хамм проводили выставку калейдоскопов. Были установлены 20 огромных устройств различных типов с разнообразной «начинкой», вплоть до собственных изображений.

В том же 2005 году в Японии проводили выставку ЭКСПО, где построили самый большой в мире калейдоскоп. По наружным стенам 47-метровой башни стекала вода, ветряные пушки создавали порывы ветра и мелодичные звуки. Зайдя в холл, посетители оказывались внутри калейдоскопа. По периметру башни были установлены зеркальные панели, а изображение создавалось вращающимися колёсами из цветного стекла и проецировалось на потолок.

Гигантский калейдоскоп на набережной в Сан-Диего в Калифорнии.

Применение

Сейчас калейдоскоп не только игрушка. Его используют, например, художники при создании рисунков для тканей и орнаментов для витрин и выставок. При этом, меняя наполнение, можно получать узоры определённых тонов – светлых, мрачных, строгих.

Но калейдоскоп – это не только утилитарная вещь. Считается, что разглядывание меняющихся картинок расслабляет и успокаивает, то есть обладает релаксирующим действием. 15 минут созерцания заменяют 5-минутный смех.

Более того, калейдоскоп это философия. Создаваемые им узоры сравнивают с мандалой. Да-да, именно с моделью Вселенной и картой космоса. Бесконечно складывающиеся узоры напоминают о безграничности мира и фантазии.

Калейдоскопы стали так популярны, что в 1986 году было создано общество любителей калейдоскопов Brewster Kaleidoscope Society, объединяющее всех поклонников – профессионалов и любителей, художников и коллекционеров, производителей и покупателей. 

Источники:  1,  2,  3,  4,  5,  6. 

Все материалы используются в научно-образовательных целях.