200 лет калейдоскопу

В этом году исполняется 200 лет любопытному оптическому прибору, который каждый из нас в детстве хоть разок да держал в руках. Создал его шотландский физик Дэвид Брюстер в ходе экспериментов с поляризацией света. Прибор Брюстер назвал калейдоскопом.

Зеркала в трубке

Конструкция калейдоскопа очень простая: трубка, внутри которой находятся несколько продольных зеркал, сложенных под углом. Между зеркалами помещены цветные элементы (чаще всего стёклышки), их многократные отражения создают симметричные узоры, меняющиеся при поворачивании трубки вокруг продольной оси. В зависимости от количества зеркал и угла между ними получается разное количество дублированных отражений: 45°(четыре зеркала) — 8, 60°(три зеркала) — 6, 90°(два зеркала) — 4. Один конец трубки закрыт матовым стеклом, а с другого конца отверстие малого диаметра закрыто прозрачным стеклом. Кроме стеклышек в качестве компонентов используют металл, пластик, бисер, камни, перламутр, перышки. Вот и вся механика с оптикой.

Изобретатель калейдоскопа

Дэвид Брюстер (David Brewster) известен не только как изобретатель калейдоскопа. Он один из крупнейших физиков-оптиков XIX столетия, современники называли его «отцом экспериментальной оптики» и «Иоганном Кеплером в оптике. Его именем назван открытый им в 1815 году закон оптики, «выражающий связь  показателей преломления двух диэлектриков с таким углом падения света, при котором свет, отражённый от границы раздела диэлектриков, будет полностью поляризованным в плоскости, перпендикулярной плоскости падения».

Кроме калейдоскопа Брюстер изобрёл бинокулярную камеру, два типа поляриметров, многозональный объектив, улучшенную версию стереоскопа («линзообразный стереоскоп» Брюстера стал первым портативным устройством для просмотра 3D изображений). Кроме экспериментальной оптики Брюстер занимался популяризацией научных открытий, был редактором 18-томной Эдинбургской энциклопедии и автором биографии Исаака Ньютона.
Родился он 11 декабря 1781 года в Джедборо (Шотландия) в семье директора школы. Дэвид был третьим из шести детей в семье. В 12 лет его отослали на учёбу в Эдинбургский университет. В университете он изучал… теологию, принял сан священника и даже стал одним из основателей Свободной шотландской церкви. Был фармацевтом и адвокатом, а с 1801 года стал серьёзно заниматься физикой, преимущественно оптикой, которой в дальнейшем и посвятил всю свою жизнь. В 1815 году Брюстер был избран членом Королевского общества в Лондоне, в 1821-м стал иностранным членом Шведской Королевской академии наук, а в 1830-м — иностранным почётным членом Петербургской академии наук. В 1859 году сэр Дэвид стал ректором своего родного Эдинбургского университета. Придерживаясь христианских вероучений, Брюстер выступал против идей изменения видов и теории эволюции (судя по всему, к Чарлзу Дарвину относился весьма критически). Был дважды женат. Его первая супруга, Джульетта Макферсон, была дочерью Джеймса Макферсона, известного своими «переводами» с гэльского поэм Оссиана (поэмы Оссиана — литературная мистификация). От первого брака у супругов родилось четыре сына и дочь. Во второй раз Брюстер женился, отпраздновав своё 75-летие, в 1857-м, на Джейн Кирк Пернелл. Умер сэр Дэвид на 87 году жизни 10 февраля 1868-го, похоронен в родных местах рядом с первой женой и вторым сыном. В честь физика назван минерал брюстерит и кратер на Луне.

Как был изобретён калейдоскоп

Во время своих экспериментов по поляризации света в 1815 году Брюстер обратил внимание, что осколки стекла, помещенные в трубу с зеркалами, создают чудесные симметричные узоры, отражаясь в зеркалах. Узор менялся в зависимости от того, под каким углом зеркала располагались друг к другу, а также от того, какое количество зеркал использовалось. К 1816-му сложилась первоначальная конструкция калейдоскопа. Он представлял собой  трубку с парами зеркал на одном конце и 2-х пар полупрозрачных дисков на другой, между которыми располагался бисер. То ли в 1816-м, то ли в 1817-м (источники расходятся в датах) Брюстер запатентовал свой калейдоскоп и решил на нём заработать. В качестве фирмы-производителя своих калейдоскопов он выбрал фирму известного тогда изготовителя  ахроматических объективов Филиппа Карпентера. Дело пошло с большим успехом. За первые три месяца 1818 года в Лондоне и Париже было продано не менее 200 тысяч калейдоскопов. Популярность новой оптической игрушки, а именно так стали воспринимать калейдоскоп, росла как на дрожжах. Этому способствовал и «Трактат о калейдоскопе», написанный автором изобретения. Но вот получить очень большие деньги Брюстеру не удалось: пробелы и неточности в его заявке на патент позволили другим осуществить всё то, что хотел защитить от копирования изобретатель Брюстер.

Калейдоскоп в России

Появление калейдоскопа в России наложилось на период романтизма в русской культуре. В это время вошли в моду витражи, живописцы увлекались изображением природных световых явлений: закатов, рассветов, молний. Возник интерес к так называемым транспарантам — прозрачным картинам. Калейдоскопы  с их вечно изменяющимися узорами, пришлись как нельзя кстати, поскольку соответствовали эстетике эпохи романтизма. Баснописец А. Измайлов с восторгом писал в 1818 году в журнале «Благонамеренный»:
«Смотрю – и что же в моих глазах?
В фигурах разных и звёздах
Сапфиры, яхонты, топазы,
И изумруды и алмазы,
И аметисты и жемчуг,
И перламутр – все вижу вдруг!
Лишь сделаю рукой движенье –
И новое в глазах явленье!»
Можно, конечно, упоминание драгоценных камней счесть за поэтическую гиперболу, но говорят, что какой-то богач заказал калейдоскоп, в котором вместо стекол узоры слагались из драгоценных камней. Стоил этот калейдоскоп, надо полагать, баснословных денег.

Интересные факты

В 1870-х годах американский оптик Чарлз Буш разработал так называемый «калейдоскоп для гостиной», который представлял собой чёрный продолговатый цилиндр, поставленный на деревянный штатив. Цилиндр поворачивался на 360 градусов, и имел на конце медный барабан со спицами, за которые этот барабан можно было вращать. Барабан был самой главной деталью в калейдоскопе Буша. В нем располагались 35 стекляшек, треть из которых была заполнена жидкостью. Внутри жидкости плавали воздушные пузырьки, которые продолжали двигаться даже после того, как барабан останавливали. Все стекляшки имели блестящие, хорошо подобранные друг к другу цвета и создавали узоры, недоступные ни одному другому калейдоскопу 19 века.

На протяжении 2-х недель в мае 2005 года посетители парка «Максимилиан» города  Хамм в Германии  могли в буквальном смысле заглянуть … в самих себя…

На всемирной выставке  «Экспо 2005»  был представлен публике грандиозный японский оптический аттракцион: самый большой из когда-либо  сделанных   калейдоскопов, который был построен в виде огромной башни высотой 47 метров.

Зрители могли из вестибюля (диаметром больше 40 метров)  наблюдать над головой впечатляющие узоры на круглом потолке. По периметру башни были выставлены вкруговую  три огромные   зеркальные  панели. Проникающие   через окна башни солнечные  лучи    падали  на вращающиеся  большие  колеса из цветного стекла  и  создавали  постоянно обновляющиеся многоцветные картины.

Известный советский популяризатор науки Я.И. Перельмана писал что, если у вас есть калейдоскоп с 20 стеклышками,  и вы будете поворачивать его 10 раз в минуту, то  вам понадобится 500 миллиардов лет (!!!),  чтобы просмотреть все  узоры (по современным представлениям возраст нашей Вселенной 13,75±0,11 млрд лет). Ну что, всё правильно: Вечность во Вселенной-Калейдоскопе складывает узоры из мгновений.

Виды калейдоскопов

Есть несколько основных разновидностей калейдоскопов:

Классический калейдоскоп с разноцветной засыпкой, которая перемещается при вращении корпуса калейдоскопа вокруг своей оси.

Гелевые (или масляные) калейдоскопы существуют в нескольких вариантах исполнения. Объединяет их всех наличие гелеобразного вещества, в котором присутствует разноцветная засыпка, иногда в виде бисера, цветных стекол, фигурных элементов из фольги и других материалов. В них перед глазами возникает эффект движения благодаря перетеканию гелевого раствора с разноцветной засыпкой, который отражается в системе зеркал.

Калейдоскоп с вращающимися кольцами больше известен в странах Востока, чем в России. Традиционная оптическая схема из трёх зеркал внутри отражает узоры, которые создаются вращением одного или двух колец на торце трубки.

Талейдоскопы — изделия с традиционной оптической схемой, не имеющие внутри цветной засыпки. Узоры создаются из отражения частичек окружающего нас мира. Фрагмент изображения, на который направлена труба талейдоскопа, увеличивается благодаря линзе и многократно отражается от зеркальной внутренней призмы. Внутри талейдоскопа привычное нам окружение трансформируется в необыкновенный мир.

Что в имени сокрыто?

Слово «калейдоскоп» по сути своеобразная аббревиатура трёх греческих слов:
καλός — красивый,
 εἶδος — вид,
 σκοπέω — смотрю, наблюдаю.
Забавно, что первое слово, если его произнести («калос»), навевает мысли не о чём-то красивом, а совсем даже наоборот. Ну, это явление нередкое: часто слова благозвучные в одном языке, весьма неблагозвучны в другом.
Владимир Иванович Даль в своём Словаре называет калейдоскоп ещё и узорником, но вот переносное значение ещё не приводит. В современных словарях приводятся два толкования слова «калейдоскоп»: прямое — оптический прибор-игрушка, и переносное —быстрая смена явлений, лиц, событий.

Калейдоскопные узоры без калейдоскопа

В принципе калейдоскопные узоры можно сгенерировать и без калейдоскопа. Нужны только исходные картинки, известная ловкость рук и немного фотошопа. Вырезаешь первичный треугольник, а потом его зеркально отображаешь с трёх сторон. Можно и два и три раза отобразить. Узоры получаются тоже довольно интересные. Вот на закуску серия «Времена года» (исходные фото свои, не чужие):

Времена года

Зима

Весна

Лето

Осень

И маленькая серия «Цветок и волны»:

***

А в заключении скажу, перефразируя сами знаете кого:
— Что наша жизнь? Сплошной калейдоскоп!

—

Полный альбом фотокалейдоскопоузоров как всегда в Источнике.

Источник материала
Материал: Фелискет
Иллюстрация: коллажи Фелискета