Аристотель был первым, кто систематически наблюдал явления природы и пытался их объяснить. Он заметил, что прямая палка, опущенная в воду наклонно, кажется надломленной у поверхности воды. Погружая палку то больше, то меньше можно перемещать этот излом вдоль палки. Но, если вынуть палку из воды, она окажется совершенно прямой, без следов излома. Аристотель пытался понять почему так происходит, но не нашел ответа.
Эллинам не удалось достичь понимания природы света. Это же относится к объяснению механизма зрения. Пифагорейцы считали, что глаза испускают особый флюид, «ощупывая» таким образом предметы. Эмпидокл учил, что от светящихся тел к глазу направляются особые истечения, а из глаза навстречу им выделяются другие истечения. При их встрече возникают изображения предметов. Убежденный атомист, Демокрит отвергал флюиды и истечения, указывая, что испуская их, глаза должны видеть в темноте. Он считал, что глаз видит потому, что в него проникают мелкие атомы, исходящие от светящегося предмета. Но он не объяснил почему эти атомы не выделяются в темноте.
Платон утверждал, что от предметов исходит особый флюид. Но предметы становятся видимыми только в том случае, если этот флюид встречается с другим, исходящим из глаз. Аристотель не высказал новых гипотез. Он соглашался с возражениями Демокрита против флюидов и истечений и не придерживался ни одного из объяснений своих предшественников.
Зеркала младше первых линз, родившихся из золы костров. Археологические раскопки показывают, что люди начали изготавливать зеркала вскоре после того, как научились выплавлять бронзу и делать из нее различные предметы.
Странно, что зеркала не упоминаются в дошедших до нас трудах Аристотеля. Он не мог не видеть отражения предметов от поверхности воды. Ему несомненно были известны и свойства металлических зеркал. Но он не обсуждал их, вероятно потому, что при этом нужно было сказать о природе света, о механизме его отражения и о процессе зрения, а он не имел об этом определенного суждения.
Наиболее ранний трактат, посвященный свойствам света, принадлежит Евклиду. Как при построения здания геометрии, Евклид объясняет оптические явления, исходя из ряда постулатов, которые он формулировал на основе наблюдений. Первый из них: «Испускаемые глазами лучи распространяются по прямому пути». Здесь Евклид уточняет гипотезу пифагорейцев, поддержанную Платоном.
Опираясь на постулаты, считая, что лучи света распространяются по прямым линиям, Евклид с удивительной последовательностью объясняет в своей «Оптике» образование изображений, получающихся при помощи малых отверстий. Он обсуждает возникновение границ света и тени, зависимость между кажущимися размерами предметов и их расстоянием от глаз.
В следующем труде «Катоптрика» Евклид вновь строит систему постулатов и получает законы отражения света от плоских и сферических зеркал. В обеих книгах Евклид по существу сводит оптику к геометрии. Полученные им результаты достоверны. Они и сейчас составляют основу того, что мы называем геометрической оптикой и изучаем не только в школе, но и в высших учебных заведениях.
В «Катоптрике» Евклид пишет: «При помощи вогнутых зеркал, освещенных Солнцем, можно зажечь костер». В доказательство он строит схему лучей, исходящих от Солнца, и после отражения собирающихся в точку. Возможно, мы никогда не узнаем видел ли Евклид вогнутые зеркала или пришел к мысли о них благодаря своей интуиции геометра и установленному им закону отражения света от плоских зеркал.
В «Катоптрике» содержится важный постулат, несомненно почерпнутый из опыта: «Если какой-либо предмет поместить на дно сосуда и удалить сосуд от глаз настолько, что предмет не будет виден, то он вновь станет виден на этом расстоянии, если в сосуд налить воду».
Этот опыт и сейчас показывают на уроках физики и каждый может повторить его дома.
Евклид, как и Аристотель (в опыте с палкой, погруженной в воду), не дает объяснения наблюдаемому эффекту. Читатель, известно ли тебе, что здесь происходит?
ОЧКИ. ГРИМАСЫ ПРИОРИТЕТА
Клеомед в начале новой эры снова обсуждал опыт с предметом, который лежит на дне сосуда и становится видимым после того, как сосуд наполнен водой. Исходя из этого он заключает, что мы видим Солнце и после того, как оно ушло за горизонт.
Знаменитый астроном древности Птолемей посвятил отдельное сочинение свету и оптике. Эта книга была известна вплоть до средневековья, но потом следы ее затерялись. Лишь в 1800 году француз Лаплас обнаружил ее в парижской библиотеке в виде латинского перевода с арабского. Это один из многих примеров того, что арабские ученые сберегли для нас труды древнегреческих ученых, уничтоженные в Европе религиозными фанатиками.