В.А. Гуриков ЭРНСТ АББЕ Изд. "Наука", М., 1985

 

Введение

Жизнь выдающегося немецкого оптика и приборостроителя Эрнста Аббе начиналась и протекала в очень интересную эпоху, богатую важными историческими событиями и крупными открытиями в области науки и техники.

К середине XIX в. в результате прошедшей технической и промышленной революции было сформировано машинно-фабричное капиталистическое производство. В этих условиях все заметнее стала проявляться тенденция расширения и углубления взаимосвязей техники и науки. Для дальнейшего совершенствования крупного машинного производства необходимо было использовать достижения науки для изучения и решения конкретных практических задач. К. Маркс писал, что "вместе с распространением капиталистического производства научный фактор впервые сознательно и широко развивается, применяется и вызывается к жизни в таких масштабах, о которых предшествующие эпохи не имели никакого понятия" *.

* Маркс К., Энгельс Ф. Соч. 2-е изд., т. 47, с. 556.

Среди задач, связанных с использованием научных достижений в производстве, все большее значение стало приобретать совершенствование различных приборов и инструментов. Специальные приборы и инструменты, с помощью которых велись научные наблюдения, стали необходимым звеном в познании того или иного явления.

Для того чтобы понять, чем обусловлены качественные сдвиги в приборостроении рассматриваемого периода и выявить новые требования, предъявляемые к нему со стороны науки и техники, необходимо остановиться на крупнейших достижениях естественных наук, появившихся к тому времени.

Период с середины XIX в. и до начала XX в. - один из важнейших в развитии современного естествознания, период революционных открытий в различных областях естественных наук и ломки старых представлений о мире. Точные естественные науки развиваются в это время на основе обширного практического опыта, обогащая со своей стороны новыми научными открытиями.

В рассматриваемый период происходит дальнейшая: специализация науки, появление новых ее отраслей. В то же время ранее обособленные и самостоятельно развивавшиеся отрасли знания начинают связываться новыми "пограничными" науками. Этот процесс заключается в том, что каждая новая область знания перекидывает "мостик" над "ничейными землями", образующимися между двумя и более науками:., Так, переход от физики к химии и обратно составили физическая химия, и химическая физика между биологией и химией - биохимия и т.п. Кроме того, возникновение новых наук происходило в результате взаимного переноса теорий и принципов иа одной науки в другую. Одним из первых примеров такого рода может служить возникновение в 60-х годах XIX в.. астрофизики в результате использования спектрального анализа как физического метода при изучении астрономических объектов.

Если наука до второй половины XIX в. не знала, как определить физическую природу процессов и явлений, происходящих во Вселенной, то теперь такая наука, как астрономия, обогатилась новыми методами изучения космоса. Эти методы - спектральный анализ и фотография - были основаны на достижениях физики и химии. Спектральный анализ нашел также широкое применение в химии для качественного и количественного анализа и исследования молекулярного строения вещества. Удовлетворение потребностей астрономии, физики, химии и других наук в средствах спектрального анализа привело к возникновению и развитию новой области знания - спектроскопии.

Одним из первых спектроскопов был прибор Г.Р. Кирхгофа и Р.В. Бунзена. Он имел ряд существенных недостатков и по этой причине подвергся ряду усовершенствований. Для увеличения дисперсии известным немецким оптиком К.А. Штейнгелем во второй половине XIX в. был создан спектроскоп с четырьмя призмами. Первые три призмы имели преломляющий угол 45°, а четвертая - 60°. Впоследствии вместо призм в качестве диспергирующего элемента стали применять дифракционные решетки, которые давали значительное светорассеяние. Одним из первых такие дифракционные решетки начал изготовлять Й. Фраунгофер. Они представляли собой либо рамку, на которую были натянуты тонкие параллельные проволочки, либо зачерненную сажей стеклянную пластинку, на которую были нанесены штрихи. В 80-х годах XIX в. профессором Роуландом были изготовлены вогнутые металлические решетки высокого качества. С их помощью удалось получить прямое действительное изображение спектров без помощи вспомогательных оптических элементов (линз). Это было особенно важно, так как позволяло производить непосредственное фотографирование спектров. В 1888 г. в Америке был составлен первый подробный атлас солнечного спектра.

В процессе своего развития техника постоянно оказывает существенное влияние на прогресс науки, обеспечивая ее необходимым оборудованием. В свою очередь, наука, получив необходимые "инструменты" для исследований, играет активную роль по отношению, к технике, открывая закономерности природы и указывая возможности их практического применения.

Требования науки и техники к созданию приборов, обеспечивающих наблюдение, измерение, контроль, регистрацию и т.п., привели к бурному развитию прикладной оптики и оптического приборостроения. Качественные сдвиги в приборостроении рассматриваемого периода объясняются в первую очередь крупнейшими открытиями в области физики.

Наши знания о строении вещества значительно расширились в результате великих физических открытий, сделанных К. Рентгеном в 1895 г. (рентгеновские лучи); А. Беккерелем в 1896 г. (явление радиоактивности) и Дж. Томсоном в 1897 г. (обнаружение электрона). Вслед за этими открытиями последовали другие. В 1898 г. М. и П. Кюри открыли новый химический элемент - радий, обладающий ярко выраженными радиоактивными свойствами. В 1900 г. М. Планк создал квантовую теорию, а в 1902-1903 гг. Э. Резерфорд и Ф. Содди - теорию радиоактивности. В проведении упомянутых и других фундаментальных исследований роль приборов была чрезвычайно велика.

Одна из важных проблем физики второй половины XIX в. - экспериментальное обнаружение и количественное измерение светового давления. Эта задача, представляющая для экспериментаторов огромные трудности, была успешно решена в 1899 г. русским физиком П.Н. Лебедевым *.

* Лебедев П.Н. Собр. соч. М.: Изд-во АН СССР, 1963, с. 395.

Другой не менее важной проблемой физики конца XIX в. было определение скорости света. Одно из первых определений скорости света экспериментальным путем было выполнено французскими учеными И. Физо в 1849  и Л. Фуко - в 1850 г. Однако вопрос, зависит ли скорость распространения светового сигнала от скорости движения источника оставался открытым. Этот вопрос, имеющий принципиальное значение, был решен в конце XIX века американским ученым А. Майкельсоном *. Опыт, поставленный им с помощью интерференционной установки, явился одним из экспериментальных оснований теории относительности.

* Майкельсон А.А. Световые волны и их применения. М.; Л.: ГТТИ, 1934.

Явление внешнего фотоэффекта было открыто немецким физиком Г. Герцем в 1887 г. В 1888 г. русский физик А.Г. Столетов начал систематические исследования этого явления *. Столетов открыл первый закон фотоэффекта - сила фототока прямо пропорциональна интенсивности падающего света - и создал первый в мире газонаполненный фотоэлемент, основанный на явлении внешнего фотоэлектрического эффекта. Этот прибор явился одним из первых селективных приемников излучений и в значительной степени способствовал становлению оптико-электронного приборостроения как самостоятельной области техники.

* Столетов А.Г. Собр. соч. М.; Л.: Гостехиздат, 1939, т. 1, с. 263.

Велика была роль приборов и в экспериментальном подтверждении механизма фотоэффекта. Как известно механизм внешнего фотоэффекта был раскрыт в 1905 г. А. Эйнштейном на основе квантовых представлений о природе света. Им было получено уравнение, выражающее второй закон внешнего фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой излучения и не зависит от его интенсивности.

Развитие военной техники, металлургии, машиностроения, теплоэнергетики, средств транспорта также предъявляло новые требования к приборостроению. Во второй половине XIX в. расширяются области практического использования электричества и оптики. Все большее распространение получает телеграф, совершенствуются телескопы, подзорные трубы, микроскопы.

Претерпевает существенную реорганизацию и сам процесс производства приборов. На смену небольшим мастерским приходят предприятия промышленного типа, например, такие, как оптическая фирма "Карл Цейсс" в Йене (1846 г.). В отличие от лондонской фирмы "Хильгер", специализировавшейся преимущественно на спектральном оборудовании, фирма "Цейсс" поставляла высококачественную ахроматическую оптику, использовавшуюся в самых разных областях науки и техники. В конце XIX - начале  XX в. фирмы, изготовлявшие разнообразные оптикомеханические приборы, появились в различных странах (первое место по приборостроению занимала Германия).

Становлению фирмы "Цейсс" способствовало ее сотрудничество с предприятием по производству оптического стекла, которое создал Отто Шотт в 1884 г. там же, в Йене. Участие же в делах фирмы "Цейсс" такого выдающегося специалиста, как Аббе, способствовало успешной деятельности этой фирмы, позволило ей производить продукцию высокого качества.