Ирина Радунская - Крушение парадоксов
Вот он, скачок, без которого невозможен прорыв в неведомое!
В этой мысли подсознательно сплелись и теория отражения, и волновая теория света. А явление интерференции — взаимодействия двух волновых полей, — открытое в начале прошлого века Томасом Юнгом, прямо указывало, как сравнивать поле падающего и отраженного света. Нужно наложить их одно на другое, заставить интерферировать и зафиксировать на фотоэмульсии результат. И потом... Что делать потом — ясно. Нужно лишь вспомнить о зонной пластинке Френеля. Пластинке с нанесенной на ее поверхность системой концентрических колец, размеры которых были вычислены Френелем. Плоской пластинке, способной фокусировать свет, как выпуклая линза. Пластинка действует как линза!
Нет, не напрасно он, Денисюк, занимался оптикой. Теперь она должна отплатить ему сторицей и облегчить дальнейшее!
Денисюк хорошо знаком с этим видом оптической техники. Зонная пластинка Френеля представляет собой искусственный образ линзы, зашифрованную линзу. Чтобы расшифровать запись, достаточно направить на нее пучок света!
Для того чтобы зафиксировать на фотоэмульсии ту информацию, которая содержится в рассеянном свете, подходит далеко не всякий свет. Более того, ни один из источников, известных людям, не давал света нужного качества. Свет, испускаемый ими, подобен шуму. Энергия в нем может быть очень большой, но отсутствует порядок, свойственный звуковым волнам, порождаемым скрипкой, или тем волнам, которые бегут по морю в тихую погоду.
Денисюк получал упорядоченные световые волны, вырезая узкие спектральные линии из излучения мощных ртутных ламп.
И Виктору казалось, что тот ходит по замкнутому кругу. Стремясь все более упорядочить используемые волны света, он должен вырезать все более узкую спектральную область, а при этом неизбежно уменьшается поступающая в его распоряжение световая энергия. И все длиннее становится время, необходимое для образования шифра — интерференционной картины. И несмотря на все усилия, интерференционные картины при таком свете можно было получать только в совершенно затемненной комнате и лишь от небольших предметов, стоящих очень близко от приборов, загромождавших стол Денисюка.
Когда Виктор впервые попал в лабораторию к Денисюку, тот тратил большую часть своего времени совсем не на оптические эксперименты. Появился новый Денисюк, не физик, а химик и технолог, специалист по разработке и изготовлению фотоэмульсий. Обычные фотоэмульсии способны воспроизвести десятки отдельных линий на каждом миллиметре. Денисюку-оптику были необходимы эмульсии с разрешающей способностью в сотни, а лучше — тысячи линий на миллиметр. Но и это не все. Обычные эмульсии дают изображение только в тонком слое. Но то, что задумал Денисюк, требовало толстых эмульсий, пропускающих свет на достаточную глубину. И Денисюк-оптик беспощадно браковал результаты Денисюка-химика до тех пор, пока ценой огромных усилий не были созданы пригодные эмульсии.
Виктор как-то спросил:
— Почему вы не закажете эмульсии специалистам?
— Такие эмульсии пока нужны только мне. Специалисты и без того загружены важными работами. Но ничего — не боги горшки обжигают.
Цвет без красок
Рассказывая как-то о своем методе, Денисюк упомянул о цветных фотографиях Липмана. Он не думал, что заденет что-то такое в душе своего добровольного помощника и тот начнет по вечерам задерживаться в лаборатории. Виктора почему-то захватил способ получения цветных фотографий с помощью черно-белых эмульсий. Ничего нового, ничего сверх обычного в нем не было. И никаких особых перспектив он тоже не предвещал. Теперь этот метод цветной фотографии давно вытеснен новыми, использующими современные многоцветные эмульсии. Но что-то в липмановском способе Виктора увлекло.
Виктор даже изготовил одну такую фотографию, Самым сложным оказалось сделать специальную кассету, в которую надо было залить ртуть. Пластинка вставлялась в кассету эмульсией внутрь и плотно обжималась по краям. Затем в кассету наливалась ртуть.
Ртуть служила зеркалом, отбрасывающим свет, прошедший сквозь эмульсию, обратно в нее. Обойтись без ртути было невозможно, и Виктору пришлось проделать эту работу в вытяжном шкафу химической лаборатории.
После того как все было закончено, Виктор проявил пластинку. С тех пор она стоит у него на столе. В ярком свете солнца или обычной лампы на ней можно видеть ярко-красную розу на фоне изумрудной зелени листьев.
Некоторые из знакомых Виктора ни за что не хотели поверить, что эта замечательная фотография сделана не на цветной эмульсии. Своим товарищам-студентам он мог доказать это при помощи микроскопа, сквозь который в эмульсии были видны лишь обычные черные пятнышки. Но не оптики ему не верили.
Для того чтобы по-настоящему понять причину чуда, нужно посмотреть на срез эмульсии сбоку. И это тоже не просто. Увеличение должно быть большим, предстояло рассмотреть структуру, размеры которой составляют доли микрона.
Нет, никаких красок скептики по-прежнему не видели. Однако в расположении черных точек нельзя было не заметить неожиданной регулярности. Оказывается, они группируются в слои, отстоящие один от другого на одинаковых расстояниях. Правда, эти расстояния в разных местах эмульсии различны, различна и плотность слоев, но бросалась в глаза почти полная их параллельность во всех частях эмульсии. Не оптику это, конечно, ни о чем не говорило. Но постигшим законы света открывалась еще одна замечательная особенность оптики: фотопластинка, экспонированная по методу Липмана, отличается тем, что ее черно-белая эмульсия зафиксировала не только контуры изображения букета роз, сформированного объективом, но и записала информацию о цвете отдельных частей изображения, причем так, что информация непосредственно преобразуется в соответствующие цвета при простом освещении пластинки белым светом.
Различия яркости объекта, как и в обычной фотографии, отображаются на пластинке степенью почернения соответствующего участка пластинки. Информация о цвете записана в чередовании черных и белых слоев, перемежающихся в толще эмульсии. Слои фиксируют стоячие световые волны, образованные взаимодействием волн, пришедших от объекта, и отраженных волн, отброшенных им навстречу зеркальным слоем ртути, расположенным за эмульсией. Это хитрый код, в котором записана информация о цвете предмета, и Липман сумел понять его и использовать.
Нечто подобное каждый видел и на поверхности воды, когда достаточно длинный цуг волн отражается от какого-либо протяженного неподвижного препятствия. На поверхности как бы застывает стоячая волна, но это волна не простая. Отраженная волна является продолжением падающей. Это две части одной волны, поэтому они строго согласованы между собой. Они взаимно когерентны, скажет физик, настолько же, насколько когерентны различные части самой падающей волны. Непосредственно у препятствия частицы воды практически неподвижны. На некотором расстоянии от него амплитуда колебаний максимальна. Это пучность стоячей волны. По мере удаления от препятствия пучности следуют на равных расстояниях одна от другой, отделенные узлами — областями, где вода остается практически неподвижной.
Расстояния между пучностями равны расстояниям между узлами. Они вдвое меньше длины волны, бегущей по свободной поверхности воды вдали от препятствия, куда не доходят отраженные волны.
Желая передать краски окружающего мира, Липман нашел способ фиксировать в фотоэмульсии стоячие волны света. Поверхностный слой эмульсии, примыкающий к зеркалу, остается прозрачным. Темные слои, отделенные равными прозрачными промежутками, — следы пучностей световых волн, то есть тех областей, где амплитуды падающих и отраженных волн складывались и интенсивность фотохимического действия была максимальной. Расстояния между слоями равны половине длины световой волны, для зеленого цвета равной 0,5 микрона, для красного примерно 0,6, для фиолетового — 0,4. Поэтому, в зависимости от цвета соответствующего места изображения меняется расстояние между темными слоями на липмановской фотографии.
Именно в этих расстояниях зафиксированы сведения о расцветке изображения. Эта тонкость, эта ювелирная работа света и покорила Виктора. Изящное сплетение пучностей и узлов как бы ждало дешифратора. Казалось, этот код никому не понять. А ключ к расшифровке липмановских фотографий был тем не менее очень прост. Нужно подставить их под пучок яркого белого света. Пластинка отразит его так, что от частей, в которых слои отстоят на 0,25 микрона, побегут интенсивные волны зеленого цвета, там, где эти слои отстоят на 0,3 микрона, мы увидим красный свет, и так далее. Каждый участок пластинки действует как фильтр, оптический фильтр, выделяющий из хаоса белого света лишь волны, длина которых вдвое больше расстояния между слоями эмульсии. Только эти волны отражаются от каждого из слоев согласованно, так что каждая отраженная волна складывается с остальными, отраженными от других слоев. Волны, длина которых не соответствует расстоянию между слоями, отражаются от них хаотически. Каждая часть «чуждого» света, отразившаяся от различных слоев, имеет свою фазу, скажет физик. Поэтому, налагаясь, они не усиливают друг друга, а, смешиваясь между собой, образуют неопределенный сероватый фон, смазывающий окраску липмановских фотографий. Впрочем, качество этих фотографий ухудшалось и природой самой фотоэмульсии. Зернышки серебра на ней обычно слишком крупны, чтобы в черно-белом коде зашифровать всю световую гамму реального мира.
