Оптика

 
Основные тенденции развития
 
В области изучения свойств света китайская наука не имела больших достижений. Китайцы не смогли создать оптику (гуан-сюэ), сравнимую с арабской и последующей европейской. То, что можно найти в китайской литературе, – это отрывочные рассуждения о свете и зрении, остающиеся в рамках натурфилософии и не приводящие к построению научной теории. Китаю принадлежит первенство в создании нескольких оптических устройств (таких как «волшебный фонарь» и «магическое зеркало»), которые, однако, указывают не на высокое развитие оптики как науки, а на исключительную изобретательность китайцев.
 
Начиная с эпохи Сражающихся царств представление китайцев о свете стало опираться на учение о пневме инь [1] и ян [1] (см. Инь–ян). Свет – это янская пневма. Из нее состоят небесные светила и огонь, из которых она исходит и попадает в глаза. Даосы говорили еще о потаенном свете, скрывающемся во мраке. Мрак соотносится с небытием-отсутствием (у [1]; см. Ю–у) как основой всего наличного бытия (ю [1]), являющегося соединением формы и цвета. Известно, что моисты (мо-цзя) производили эксперименты со светом. Моистские тексты показывают, что китайцы были близки к построению геометрической оптики. Но наложение официального запрета на учение моистов привело к забвению на долгие годы их теоретических разработок.
 
Учение моистов о свете излагается в «Моистском каноне» («Мо цзин»), являющемся частью «Мо-цзы» («[Трактат] Учителя Mo», кон. IV–нач. III вв. до н.э.). Приблизительно в то же самое время, в нач. III в. до н.э., в Греции Евклид написал два трактата по оптике. В сохранившемся трактате «Оптика» содержатся, вопреки названию (термин «оптика» у греков означал учение о природе света и зрения), теории перспективы. Второй трактат, «Катоптрика» [1], не сохранился. Исходя из названия, в нем должны были излагаться законы отражения световых лучей от зеркальных поверхностей. Самое старое дошедшее до нас греческое сочинение о зеркалах – это «Катоптрика» [2] Герона Александрийского, написанная около 100 н.э. Трактат под таким же названием, теперь утерянный, был написан Архимедом в сер. III в. до н.э. Тематика моистских записей частично пересекается с указанными греческими сочинениями. Моисты также исследовали принципы формирования тени и отражения, свойства плоских и изогнутых зеркал. Им были знакомы понятия светового фокуса, прямого и перевернутого изображения. Согласно реконструкции Дж. Нидэма (1962), они рассматривали эффект преломления света при частичном погружении предмета в воду и нашли, что разность между его реальной и видимой глубиной составляет одну часть из пяти, т.е. показатель преломления n = ⁵/₄ = 1,25 (современное значение ≈ 1,33). Эффект преломления был давно знаком грекам, но его научное изучение было проведено только Птолемеем на рубеже I и II вв. н.э. Не имеющим аналогов у греков является исследование моистами прохождения света через крошечное отверстие в камере-обскуре.
 
В «Оптике» Евклид опирался на ряд простых положений. Он считал, что лучи света распространяются по прямым линиям и можно видеть только те вещи, на которые падают лучи света, а также, что фигуры, охватываемые ими, являются конусами и видимый размер вещей зависит от угла конуса света. Очевидно, что все это было знакомо моистам. Но есть два существенных различия между учениями моистов и Евклида. Первое заключается в том, что моисты, хотя и строили прямолинейные траектории лучей, не пользовались при этом геометрическими методами, как это делал Евклид. Другое отличие касается понимания природы света. Евклид придерживался теории, которая шла от пифагорейцев и заключалась в том, что зрительные лучи, испускаясь глазом, двигались по прямым линиям к объекту и, затрагивая его, давали ощущение зрения. Эта ошибочная теория держалась в Европе достаточно долго и была пересмотрена только под влиянием идей арабо-мусульманского ученого Альгазена (Ибн-аль-Хайсам, 965–1039). Как ни странно, она нисколько не препятствовала развитию ранней западной геометрической оптики, поскольку для утверждения правильной теории достаточно было только изменить направление света, не изменяя при этом его траектории. Что касается моистов, то они полагали, что свет испускается не глазами, а объектами, которые его либо излучают сами, либо отражают. В таком представлении моисты сближались с эпикурейцами.
 
Общее отставание китайцев в оптике по сравнению с европейцами мож-но объяснить двумя факторами. Во-первых, у китайцев не было такой развитой геометрии, как в Европе. Европейцы же видели в оптике область исследований, в которой геометрия может успешно применяться, а значит, оптика могла рассматриваться как состоятельная наука, созвучная гносеологической активности ума европейца, имеющего установку на тотальную математизацию картины мира. Во-вторых, китайцы не обожествляли свет, как это делали европейцы, а значит, не имели той религиозно-метафизической мотивации, которая двигала европейскими учеными вплоть до зарождения классической науки.
 
Действительно, свет для китайцев – это одно из проявлений янского начала, онтологически равного иньскому, с которым он находится в отношении постоянного взаимочередования. В европейском мышлении, благодаря грекам, установилось представление об исключительности света. Так, у пифагорейца Филолая в начале Космоса помещается Центральный огонь – Гестия. Некоторые греческие натурфилософы рассматривали «огонь» (затем – «эфир») как самую тонкую из стихий. Платон полагал, что высшая идея – это идея блага, которая подобна Солнцу. Аристотель связывал со светом надлунный небесный мир, состоящий из эфира. Неоплатоник Плотин сравнивал Единое (хэн), являющееся истоком Космоса, с Солнцем как источником света. Эта неоплатоническая идея позднее двигала англичанином Робертом Гроссетестом (1175–1253), изучавшим оптику сквозь призму развивавшейся им «метафизики света», поляком Николаем Коперником, поместившим Солнце в центр мироздания в значительной степени по философско-эстетическим соображениям, и многими другими европейскими учеными, видевшими в свете «первосубстанцию», первичную манифестацию Абсолюта, наиболее «одухотворенную» форму материи и проч. Ничего подобного не могло быть в традиционном Китае.
 
Учение о цвете
 
Для традиционного китайского учения о цвете характерно выделение пяти основных цветов – у сэ. Это – сине-зеленый (цин [4]), красный (хун [4], чи [4]), желтый (хуан [3]), белый (бай [3]) и черный (хэй). Кодификация этого набора, видимо, произошла в эпоху Шан-Инь, которой датируются найденные при археологических раскопках бронзовые приборы для красок ту лу с остатками красок данных цветов.
 
В синологической литературе иероглиф цин [4] переводится не только как «сине-зеленый», но и просто «синий» и «зеленый», а также «лазоревый», «бирюзовый» и проч. Таким образом, в его семантическое поле входит, практически, вся холодная часть спектра (нет фиолетового), между цветами которой древние китайцы, вероятно, вербально не делали различий. По современным представлениям, красный и желтый цвета относятся к теплой части спектра, в которую входит еще оранжевый, а черный и белый цвета являются ахроматическими, т.е. не входящими в световой спектр. Черный цвет – это отсутствие света, белый цвет – сумма всех цветов спектра. Остальные три цвета, которые выделяли китайцы, являются хроматическими, т.е. входящими в спектр. Выделение небольшого количества хроматических цветов является типичным для древних и даже средневековых культур. Так, европейцы вплоть до XVI в. считали, следуя за Аристотелем («Метеорологика», III, 2), что радуга состоит из красного, зеленого и синего цветов, а между первыми двумя иногда просматривается желтый. И только в XVI в. итальянский ученый Франческо Мавролик (1494–1575) выделил в радуге семь цветов, о чем написал в книге, вышедшей посмертно в 1611 г.
 
В настоящее время известно, что радуга есть не что иное, как разложение солнечного света в спектр, происходящее в каплях дождя. Понятие спектра не было знакомо китайским ученым, но условия, необходимые для появления радуги, ими определялись правильно. Одним из первых об этих условиях говорил каноновед Кун Ин-да (574–648). По его мнению, радуга (ган [6]) появляется тогда, когда «Солнце светит через слабые облака на капли дождя».
 
В середине VIII в. ученый Чжан Чжи-хэ провел эксперимент по созданию искусственной радуги. Встав спиной к Солнцу, он распылял в воздухе маленькие капельки воды. Сияние на этих каплях солнечного света рассматривалось им как радугоподобное явление. Вслед за Чжан Чжи-хэ проблемой возникновения радуги интересовались ученые Сунь Янь-сянь и Шэнь Ко, философ-неоконфуцианец Чжу Си (1130–1200) и многие другие. Шэнь Ко в «Мэнси би тань» («Записки из Мэнси») описал двойную (лян тоу) радугу, которую ему довелось увидеть в 1070 по пути к киданям. При этом он привел поддерживаемое им мнение Сунь Янь-сяня, что радуга возникает из-за отражения солнечного света от капель дождя. Два столетия были должны пройти, прежде чем иранский математик Кут-ад-дин аш-Ширази (1236–1311) дал первое удовлетворительное объяснение радуги, согласно которому, свет дважды преломляется через капли воды и единожды отражается от них.
 
Спектральное разложение света китайцы наблюдали не только в радуге. Не позже X в. им стало известно, что некоторые прозрачные кристаллы при освещении Солнцем испускают разноцветный свет. Эти кристаллы назывались «переливчатыми (радужными) камнями» (ган ши) или «пятицветными камнями» (у сэ ши). Последнее название показывает, как устойчиво было представление о пяти нормативных цветах.
 
В эпоху Сражающихся царств уже существовала корреляция пяти основных цветов со стихиями, которая позволяла связать цвета с различными реалиями, в частности, со звукорядом. Исходя из этой корреляции, каждая ступень пентатоники символизировалась своим цветом. Сам принцип такой связи достаточно интересен, но поскольку набор основных цветов был выбран неподходящим для этого образом и природа света была еще неясна, он не мог привести к каким-либо значащим результатам.
 
В XVII в. аналогия музыкального звукоряда со световым спектром побудила Исаака Ньютона к попыткам установить количественное сходство между музыкальными интервалами и длинами участков светового спектра. Спустя почти полтора столетия немецкий физик Й. Фраунгофер подробно исследовал и описал линии поглощения в спектре Солнца, открытые в 1802 У.-Х. Волластоном. Неизвестно, знал ли об этом Фраунгофер, но эти линии находятся между собой в пропорциях, весьма близких музыкальным. Таким образом древнекитайская идея соотнесенности цветовой гаммы с музыкальными ступенями обрела физическую интерпретацию.
 
Учение о тени
 
Изучение тени (ин [2], ин [5]) китайцами первоначально было связано с использованием гномона, который появился в Китае не позднее VII в. до н.э. Однако тень в контексте чисто оптических проблем впервые была исследована только в IV–III вв. до н.э. моистами.
 
Для исследовательского подхода моистов было характерно знание линейности распространения лучей света и четкое различение источника света, тени и объекта, создающего тень. Такой подход позволил им утверждать, что «тень (ин [5]) [сама] не перемещается».
 
Возможно, в этом тезисе моисты шли за номиналистами (мин-цзя). Согласно гл. 33 «Чжуан-цзы», один из «любителей спорить» говорил, что «тень летящей птицы не движется». В гл. 4 «Ле-цзы» выражение «тень не движется» связывается с Гунсунь Луном. Там же сказано о царевиче Моу из государства Вэй, считавшем себя последователем  Гунсунь Луна и разъяснявшем, что «не движется – значит, изменяется». Вероятно, он полагал, что двигаться может нечто тождественное себе, а видимое перемещение тени происходит за счет того, что она «изменяется» – один ее край постепенно выступает, а другой – поджимается.
 
По представлениям моистов, если тень движется, то это происходит вследствие перемещения источника света или объекта, который ее отбрасывает. Если на место, где находится тень, приходит свет, то она исчезает, но если свет не появится на данном месте, то тень останется там до тех пор, пока не изменятся условия ее образования.
 
Согласно «Мо цзину», при наличии двух источников света и одного объекта от последнего будут образованы две тени. Если источники света расположены близко или объект достаточно большой, то тени могут накладываться друг на друга, образуя полутень. Если с одной стороны объекта имеет два источника света, а с другой – один, то там будет также и слабая тень от двух истоников.
 
Моисты установили, что размер тени зависит от размеров и позиций объекта и источника света. Столб, например, дает тень максимальной длины, если он установлен в перпендикулярном положении по отношению к направлению лучей света. При таком положении тень будет больше столба, если источник света меньше его, и наоборот. При удалении источника света тень будет уменьшаться и слабеть, а при приближении – наоборот.
 
Еще моисты выяснили, что тень может образовываться отраженным светом. Это приводит к появлению своеобразных эффектов. Например, можно так установить плоское зеркало, что отраженный от него солнечный свет будет создавать тень человека, расположенную между ним и Солнцем, хотя тень от человека, создаваемая самим Солнцем, естественно, никогда не оказывается между ними.
 
Искусственные источники света
 
После того как доисторический человек на территории Китая научился искусственным способом получать огонь, для его поддержания использовались костры, факелы и горелки с разного рода топливом (бамбук, сосновая смола, и т.д.). Качественно новым видом искусственных источников света, возникших в древности, являются масляные лампы с фитилем и свечи.
 
Глиняные или бронзовые лампы (дэн [2]) с фитилями, опущенными в масло, известны начиная с эпохи Шан-Инь. Они имели форму плоских кастрюль или куполообразных котелков и могли устанавливаться или подвешиваться. В Китае никогда не испытывался недостаток в растительных маслах, однако для заливки в лампы применялись и животные жиры. Так, есть сведения, что в 308 до н.э. при дворе царства Янь в лампах использовался китовый или тюлений жир. Согласно Сыма Цяню, в лампах в могиле Цинь Ши-хуана, похороненного в 210 до н.э., был залит жир тюленей. В качестве топлива в лампах использовалась также нефть, с которой китайцы были знакомы с доисторических времен.
 
В ханьское время появились горелки, экономящие масло. Поскольку много масла испаряется из-за сильного нагрева, возникла идея создать приспособление для его охлаждения. Оно представляло собой резервуар с холодной водой, который находился внизу горшка горелки. Иначе говоря, горшки изготавливались с двойными стенками, в пространство между которыми через маленькое отверстие заливалась вода. Такие лампы, позволявшие экономить до половины масла, являются предвосхищением водяной рубашки в двигателе внутреннего сгорания.
 
Помимо масляных горелок в древнем Китае использовались восковые свечи. Первоначально они назывались чжу [16]. Этот иероглиф, имеющий еще значение «факел», встречается в эпоху Сражающихся царств, в которую, видимо, и появились свечи, поскольку этим временем, точнее IV в. до н.э., датируются подсвечники, найденные в могильнике при раскопках в Чанша. Они представляют собой небольшие бронзовые кастрюли с изящными ручками и тремя короткими ножками. В центре дна имеется острие для насадки свечи. Другая разновидность подсвечников имела на дне не острие, а гнездо для установки свечи. Древнейший образец такого подсвечника датируется IV в. н.э. Фитилем свечей был или полый тростник, который насаживался на острие держателя свечи в горелке, или твердый бамбук, который вставлялся в гнездовой держатель. Для изготовления свечей использовался пчелиный, растительный и минеральный воск, а также полученный из тел насекомых.
 
Самое раннее ясное упоминание о свечах из воска, называемых ми чжу, можно найти в словаре «Цзи цзю пянь» («Письмена о быстром успехе»), составленном Ши Ю в 40 до н.э. Термин ла чжу, употребляемый и сейчас, появился в династийной истории «Цзинь шу» («Книга об [эпохе] Цзинь»).
 
Оптические устройства
 
Плоские зеркала. Как показывают результаты археологических исследований, в глубокой древности в качестве зеркал (цзянь [18], цзин [12]) китайцы использовали плоские глиняные или бронзовые блюда, в которые наливалась вода. Бронзовые зеркала (см. Цзин-цзы) появились в эпоху Шан-Инь. Самое раннее литературное упоминание таких зеркал встречается в канонической летописи «Цзо чжуань», в записи, относящейся к 672 до н.э. В сер. I тыс. до н.э. техника их изготовления достигла достаточно высокого уровня. В эпоху Поздней Хань Китай начинает производить бронзовые зеркала на экспорт.
 
В «Као гун цзи» («Записки об изучении ремесел»), написанном в V в. до н.э. и входящем в канон «Чжоу ли» («Чжоуские обряды»), указывается, что для изготовления зеркал берется равное количество меди (цзинь [2] – «металл») и олова (си [11]). Однако современные исследования состава древних зеркал показывают, что количество олова в них никогда не превышало 31 %. Древнекитайские металлурги, возможно, знали, что при количестве олова, большем 32 %, сплав становится ломким и не обретает никаких дополнительных достоинств. Чтобы улучшить качество отливки, китайцы добавляли в сплав еще около 9 % свинца. Благодаря такому составу зеркала были достаточно светлыми, не царапались, долго не подвергались коррозии и обладали хорошими отражательными качествами без дополнительного лужения или серебрения.
 
В традиционном Китае проявлялся некоторый интерес к комбинациям плоских зеркал. По мнению Дж. Нидэма, самые ранние опыты с ними проводили моисты. Согласно этим опытам, если имеется плоское зеркало, наклоненное под некоторым углом к наблюдателю, который стоит на другом плоском зеркале и смотрит в него, то он найдет свое двойное отражение перевернутым (дао [3]).
 
В книге «Хуайнань вань би шу» («Десять тысяч успешных трюков [принца] Хуайнани»), появившейся во II в. до н.э., имеется описание устройства, которое можно рассматривать как прототип современного перископа. Это нехитрое устройство представляло собой комбинацию двух плоских зеркал, подобную той, что рассматривали моисты, но используемую несколько иначе. Чтобы иметь возможность видеть то, что загораживается какими-либо препятствиями, авторы предлагают на некоторой высоте подвесить под определенным углом большое бронзовое зеркало, направленное в нужном направлении, а внизу поставить кювету с водой, в которую и должен смотреть наблюдатель. Во II в. даосский мыслитель Тань Цяо написал «Книгу превращений» («Хуа шу»), в которой приводит описание модели, иллюстрирующей действие закона дао и состоящей из комбинации двух плоских зеркал и некоего объекта. Если зеркала расположить напротив друг друга, а объект поместить между ними, то в зеркалах будет наблюдаться бесконечный регресс отражений (ин [2]) объекта. При этом каждое из всех этих отражений будет совершенно воспроизводить форму и цвет объекта. Тема множественных зеркальных отражений использовалась затем неоднократно в китайской литературе.
 
В конце VI в. Лу Дэ-мин в комментариях к «Чжуан-цзы» обращается к подобной модели для разрешения приведенного в гл. 33 парадокса Хуй Ши «Юг имеет предел и не имеет его», указывая, что можно говорить, с одной стороны, о зеркале и отражении, а с другой – об отражении отражений. Во втором случае два зеркала отражают друг друга, и отражения могут быть умножены без конца.
 
В том же самом столетии при династии Лян комбинации плоских зеркал использовались для практических целей: с их помощью освещались колодезные шахты.
 
Вогнутые и выпуклые зеркала. Как и в других древних цивилизациях, в Китае использовались зажигательные зеркала, самое раннее упоминание о которых относится к VI в. до н.э. Они назывались ян суй или суй хо цзин и представляли собой бронзовые вогнутые зеркала, которые первоначально применялись во время ритуала добывания огня от Солнца – цуань цзи суй хо. Делалось это в полдень, когда солнечные лучи наиболее сильны. К зеркалу подносили древесные стружки или пучок полыни, и они загорались. О данном ритуале имеются упоминания во многих ханьских текстах, например, «Чжоу ли», «Хуайнань-цзы», «Ли цзи», «Лунь хэн» (см. Ван Чун). В «Хуайнань-цзы» оговаривается, что пучок полыни не должен помещаться слишком далеко и слишком близко. Нужно найти правильную позицию и точно выбрать угол, под которым зеркало должно быть сориентировано по отношению к лучам Солнца. Фактически речь шла о том, что пучок надо поместить в фокус вогнутого зеркала.
 
В нач. IV в. знаменитый даосский алхимик Гэ Хун писал, что он сам видел, как с помощью зеркала получают огонь от утреннего солнца. Для аналогичной цели вогнутые зеркала использовались в Китае и позже. Так, в биографии танского генерала Ли Цзина указывается, что зажигательные зеркала применялись солдатами для получения огня в полевых условиях.
 
Детальное исследование свойств вогнутых (ва [1]) и выпуклых (туань) зеркал (цзянь [18]) было проведено моистами в IV–III вв. до н.э. Ими было установлено, что вогнутое зеркало может давать изображения прямые и перевернутые, большие или меньшие по размеру, чем объект. В «Мо цзине» говорится, что все это зависит от того, находится ли объект «внутри (нэй) от середины/центра (чжун [1])» или «снаружи (вай) от середины/центра». Среди синологов нет устоявшегося мнения, что понимать здесь под термином чжун [1] («середина/центр»), который, согласно А.И. Кобзеву, может иметь в данном случае целый спектр значений: фокус, центр кривизны зеркала, средняя точка или пространство между ними, а также их неразличаемое единство. Однако фокус и центр кривизны могут быть достаточно отдалены друг от друга (расстояние от зеркала до центра кривизны приблизительно равно удвоенному расстоянию от зеркала до фокуса). Более значимые оптические эффекты связаны с фокусом, а не с центром кривизны. Моисты, по-видимому, определяли то и другое, но терминологически не различали. В первом случае, как указывается в тексте, когда объект находится между зеркалом и фокусом, он дает прямое (чжэн [1]) изображение, которое больше самого объекта. Чем ближе объект к фокусу, тем больше его изображение, и наоборот. Во втором случае объект дает перевернутое (и [4]) изображение. Чем ближе он к фокусу, тем также больше его изображение, и наоборот. Все это соответствует действительности, однако моисты как будто не уточнили, что во втором случае размеры изображения варьируются: могут быть больше объекта, меньше или, в центре кривизны, равны ему. Когда объект помещается в фокальную точку, изображение приобретает бесконечные размеры, а при переходе через нее происходит его перевертывание. Не исключено, впрочем, что, по крайней мере, часть этих эмпирических данных отражена в неполностью сохранившихся и по-разному трактуемых фразах, завершающих описание каждого случая.
 
Моисты также установили, что выпуклое зеркало (туань цзянь) дает только один вид изображения. При приближении к зеркалу изображение объекта увеличивается, а при удалении – уменьшается, но в обоих случаях остается прямым.
 
На танских фресках в пещерах Дуньхуана есть несколько изображений людей, медитирующих перед объектами, которые напоминают вогнутые и выпуклые зеркала. Зеркала разных форм в традиционном Китае использовались в процедурах предсказания. В даосской дыхательной практике зеркала применялись для проверки правильности задержанного дыхания, при котором на зеркале, поднесенном к носу, не должно образовываться запотевания.
 
В XI в. Шэнь Ко отмечал, что в древности существовала практика изготавления плоских зеркал с небольшим искривлением. Вогнутое зеркало отражает лицо человека с увеличением, а выпуклое – с уменьшением. Если зеркало маленькое, то в нем, когда оно плоское, не разглядеть всего лица. Поэтому маленькие зеркала и делали выпуклыми. В большом зеркале поверхность можно сделать плоской или вогнутой, и в последнем случае отражение будет увеличенным и площадь зеркала будет использовала рационально. По мнению Шэнь Ко, в его время мастера полностью утратили навыки по изготовлению таких зеркал. Однако он был не совсем прав. В книге его современника Чэнь Ши-дао под названием «Хоушань тань цун» («Собрание бесед в Хоушани») сказано, что при изготовлении зеркал существует практика тщательного регулирования их «глубины» (сянь [8]).
 
Линзы. Зажигательные стекла использовались в древнем Китае уже в I тыс. до н.э. Древние китайцы изготовляли их из горного хрусталя. Они назывались «огненными жемчужинами» (хо чжу) и применялись в весенние праздники для получения «нового» годового огня. С развитием стекольного производства в Китае уже в доциньское время появились зажигательные стекла, полученные искусственным способом.
 
В целом в Китае и в других странах изучение линз отставало от изучения зеркал. В древней Греции можно отметить Аристофана (ок. 445–385 до н.э.) как первого, кто говорил о «прозрачном камне» (hyalos), которым можно пользоваться для получения огня. Среди римлян о линзах первыми писали Сенека (ок. 4 до н.э.–65 н.э.), который предлагал использовать заполненные водой стеклянные шары для чтения неразборчивых писем, и Плиний Старший (23/24–79), говоривший о простых зажигательных линзах из хрусталя. Однако научное изучение линз в Европе началось только в XIII в., после знакомства европейцев с трудами арабо-мусульманского ученого Ибн-аль-Хайсама (965–1039), который занимался исследованием главным образом двояковыпуклых и сферических зажигательных линз.
 
В «Книге превращений» («Хуа шу», гл. I) Тань Цяо имеется пассаж о четырех оптических инструментах, обозначенных термином цзин [12], кото-рый имеет значения «зеркало», «линза», «оптическое стекло», «прозрачный», «ясный». По мнению Дж. Нидэма, речь здесь идет не о зеркалах, а о линзах, поскольку, во-первых, существует именно четыре фундаментальных типа линз (двояковогнутая, двояковыпуклая, плосковогнутая, плосковыпуклая), а фундаментальных типов зеркал всего три (плоское, вогнутое и выпуклое), во-вторых, на это отчасти указывает этимология названий самих цзин [12]. Как пишет Тань Цяо, первое устройство (двояковогнутая линза) называется гуй [6], второе (двояковыпуклая) – чжу [11], третье (плосковогнутая) – чжи [20], четвертое (плосковыпуклая) – юй [14]. Через гуй [6] объект видится увеличенным, а через чжу [11] – уменьшенным. При использовании чжи [20] изображение видится прямым, а при использовании юй [14] – перевернутым. Если кто-либо посмотрит на формы и человеческие тела через такие инструменты, то поймет, что «нет вещей [абсолютно] больших или малых, красивых или уродливых».
 
Дж. Нидэм указывает, что только для иероглифа гуй [6] («скипетр»), применяемого в качестве названия двояковогнутой линзы, этимология не ясна. В остальных случаях она довольно-таки прозрачна: чжу [11] («жемчуг») – это распространенное название двояковыпуклого зажигательного стекла; названия юй [14] («чаша») и чжи [20] («точильный камень») для плосковыпуклой и плосковогнутой линз были взяты по аналогии с формой соответствующих предметов. Аналогия с чашей не требует объяснений, а по поводу китайского традиционного точильного камня, который обычно устанавливается вертикально, следует сказать, что при долгом употреблении его верхняя поверхность становится вогнутой.
 
В «Трактате обо всех вещах» («Бо у чжи», кон. III в.) Чжан Хуа привел идею использования льда в качестве зажигательной линзы. Для этого надо обточить кусок льда в форме шара и выставить под солнечные лучи. Если подложить под этот шар пучок полыни, то она загорится. Подобный эксперимент успешно был проведен в XVII в. Робертом Гуком.
 
В средние века в Китае увеличительные стекла имели широкое распространение. В эпоху Сун, например, чиновники судебных приказов использовали различные увеличительные линзы для расшифровки неразборчивых документов, важных с юридической точки зрения. Ли Ши-чжэнь (1518–1593) в «Бэнь цао ган му» («Основные положения о корнях и травах») писал, что в его время врачи, чтобы не травмировать пациента, зажигали моксу линзой.
 
В сунском суде находили применение очки с темными стеклами, сделанными из дымчатого кварца, но не для защиты глаз от солнца, а для маскировки реакций противных сторон на предъявляемые свидетельства.
 
Очки с разрезами, предохраняющие от ослепления ярким солнечным светом, отражающимся от снега, с ранних времен использовались тибетцами и монголами, и китайцы переняли эту практику.
 
Обычные очки, изобретенные в Италии в конце XIII в., были завезены в Китай не позднее начала XV в. арабо-мусульманскими купцами. Первона-чально они назывались ай дай, затем, в том же XV в., – янь цзин. Это назва-ние сохраняется до сих пор. Широкое распространение очки получили через два столетия. Китайские очки имели оправу с шарниром, благодаря которому их можно было складывать пополам. Стекла очков часто изготовляли из горного хрусталя. Вместо дужек использовались шнурки.
 
Первой китайской книгой, посвященной телескопу, стала «Юань цзин шо» («Изъяснение далеко[показывающих] линз») миссионера-иезуита Иоганна Адама Шаля фон Белла (кит. имя – Тан Жо-ван), изданная в 1626. Но только в XIX в. эта отрасль начала действительно развиваться. Основываясь на «Юань цзин шо», Чжэн Фу-гуан (1780-?) в 1835 написал и в 1846 опубликовал «Цзин цзин лин чи» («Завораживающее применение линз»), а в 1840 Чжан Фу-си издал «Гуан лунь» («Суждения о свете»). В обоих сочинениях систематизируются свойства света и различные формы зеркал и линз, а в первом описываются также методы изготовления телескопов и секстантов.
 
Камера-обскура. В истории науки первые опыты с камерой-обскурой, представляющей собой темную камеру с крошечным отверстием на одной стороне и экраном на другой, обычно приписываются Альгазену. На самом же деле изобретение этого оптического инструмента было сделано китайцами в IV–III вв. до н.э. Однако Альгазену принадлежит применение геометрических и количественных методов в исследовании изображений, возникающих в камере-обскуре. Этого не было у китайцев, которые ограничились только их качественными исследованиями.
 
Первые опыты с камерой-обскурой описываются в «Моистском каноне» («Мо цзин»). Название прибора не приводится, но зато даются термины, обозначающие две его существенные детали: экран (чжан [3]) и отверстие (сюэ [1]). Также вводится достаточное количество терминов, позволяющих объяснить эффект «переворачивания» (дао [3]) «изображения» (ин [5]). Суть этого эффекта, как считали моисты, в «пересечении» (у [10]), которое происходит в «точке» (дуань [1]), находящейся в отверстии. В качестве примера рассматривается процесс формирования изображения человека, который стоит напротив данного отверстия вне камеры. Он «как бы» испускает лучи, т.е. от него исходит отраженный свет. Световые лучи от верхней и нижней частей фигуры человека – «головы» и «ног» – распространяются одинаково. Свет от головы и ног, направленный в сторону камеры-обскуры, попадает в отверстие и на внешнюю стенку выше и ниже его. Попадая в отверстие, свет от головы идет под углом сверху вниз, а значит изображение головы на экране окажется снизу. Также свет от ног, попадающий в отверстие, идет снизу вверх, а значит изображение ног на экране будет сверху. Точка дуань [1] «собирает» (юй [4]) свет от всей фигуры человека и затем он, перевернувшись, попадает на «собирающее место» (цюй [2]) на экране.
 
Опыты с камерой-обскурой и вогнутым зеркалом проводил в XI в. Шэнь Ко. Описывая их результаты в «Мэнси би тань» («Записки из Мэнси»), он полемизировал с Дуань Чэн-ши, в «Юян цза цзу» («Сборник с [гор] Юян», 863) наивно объяснявшим переворачивание в камере-обскуре изображения пагоды ее расположением у моря, дающего отражение, которое и попадает уже перевернутым в камеру-обскуру. Шэнь Ко приводит аналогию между лучами света, проходящими через фокус (ай [1]), с веслом, вставленным в уключину. Если тянуть за ручку весла в одну сторону, то лопасть будет перемещаться в другую сторону. Аналогично если смещать объект в одну сторону, то его перевернутое отражение в вогнутом зеркале будет смещаться в противоположную. Так же, когда птица летит на восток, ее изображение в камере-обскуре будет двигаться на запад. Это потому, что свет оказывается «собран» (шу [15]) в неподвижном фокусе как зеркала, так и камеры, и эта «собранность» аналогична «сужению» (яо [7]) движения весла, закрепленного в уключине. Такое же «сужение» солнечного света, отраженного от вогнутого зеркала, является местом, в котором может загореться помещенный в него пучок полыни.
 
Обширные экспериментальные исследования прохождения света через отверстие камеры-обскуры были произведены в середине XIV в. ученым Чжао Ю-цинем. Он показал, что, когда отверстие маленькое, тогда световое пятно, проецирующееся на экране, является круговым вне зависимости от формы отверстия. При незначительных изменениях размеров отверстия размер изображения не меняется, но его яркость увеличивается при увеличении отверстия и уменьшается при его уменьшении. Если расположить экран ближе к отверстию, то изображение станет меньше, а яркость его увеличится. Когда отверстие маленькое, тогда наблюдается инверсия изображения, а когда отверстие большое, инверсии нет.
 
Чтобы перепроверить свои выводы, Чжао Ю-цинь провел дополнительный эксперимент, потребовавший достаточно сложной по тем временам организации. Он вырыл в земляном полу затемненной комнаты два колодца разной глубины. Колодцы закрывались крышками с квадратными отверстиями разных или одинаковых размеров. В колодцы устанавливались подносы с разным или одинаковым количеством горящих свечей. Свечи могли расстанавливаться по-разному на подносах. В глубокий колодец ставилась подставка, чтобы уравнять глубину обоих колодцев. Варьируя эти и другие условия эксперимента Чжао Ю-цинь рассматривал изображения, проецирующиеся на потолке комнаты. Он показал, что первоначально сделанные им выводы являются верными. Кроме того, им было отмечено еще несколько закономерностей, которые согласуются с современными данными.
 
«Магическое зеркало». Начиная с эпохи Хань китайцы умели изготовлять зеркала, называемые тоу гуан цзянь – «зеркала, пропускающие свет». Они считались очень ценными из-за своих таинственных свойств. Способ изготовления таких зеркал хранился в глубокой тайне. После того, как в 1832 одно из них было описано Дж. Принсепом в «Журнале азиатского общества», на Западе их стали называть «магическими зеркалами».
 
На обратной стороне наиболее распространенного вида бронзовых «магических зеркал» отлиты рельефные рисунки или знаки. Иногда вместо литья применяется наваривание проволочек. Отражающая сторона такого зеркала немного выпуклая и тщательно отполированная. При обычных условиях освещения это совершенно обычное зеркало. Однако если на него падает яркий солнечный свет, то в отражении на темной стене (или любом другом экране) можно увидеть контуры рисунков или знаков, расположенных на его обратной стороне. Бронзовое зеркало как бы становится прозрачным, хотя, естественно, бронза не пропускает свет. 
 
Обсуждение действия «магических зеркал» впервые встречается в «Мэн-си би тань» («Записки из Мэнси») Шэнь Ко. У него самого было три таких зеркала. На их задней стороне были написаны иероглифы в столь древнем стиле, что их невозможно было прочитать. Шэнь Ко приводит бытующее в его время объяснение действия «магического зеркала», согласно которому, после отливки зеркала его более тонкие части остывали раньше, чем более толстые части с выступающими иероглифами на задней стороне, и поэтому на бронзе создавались микроскопические морщины. Таким образом, хотя знаки находятся на задней стороне, на лицевой поверхности появляются их отпечатки, слишком слабые, чтобы быть замеченными невооруженным глазом. Из-за этих-то отпечатков и возникает в отраженном от зеркала солнечном свете изображение, повторяющее знаки на его тыльной стороне. Такое объяснение в целом удовлетворило Шэнь Ко, однако он недоумевал, почему же множество других достаточно тонких зеркал не обладает подобными свойствами.
 
Когда «магические зеркала» стали известны на Западе, многие видные ученые пытались разгадать их тайну. Большинство из них соглашалось, что эффект «магичности» происходит из-за мелких различий в степени искривления выпуклой полируемой поверхности. В. Айртон и Дж. Перри, осуществив в 1878 тонкий оптический анализ «магических зеркал», производившихся в то время в одной японской мастерской, подтвердили, что на их лицевой поверхности имеются очень небольшие искривления, которые соответствуют рисунку с тыльной стороны. Более тонкие (около 0,5 мм) части зеркал являются слегка выпуклыми, а толстые – плоскими и иногда даже немного вогнутыми. Зеркала с рисунком на тыльной стороне отливались плоскими, а выпуклость поверхности обеспечивалась сложной процедурой скобления, после которой поверхность полировалась, чтобы быть зеркальной и отражать свет. Возникающее при обработке напряжение, полагали ученые, заставляло тонкие части зеркал выпирать и становиться более выпуклыми, чем толстые части, а если производилось амальгамирование, то это создавало дополнительное напряжение и, как следствие, изгибание.
 
В 1932 британским кристаллографом Вильямом Брэггом была сформулирована уточняющая теория «магических зеркал». По его мнению, главным фактором является то, что при шлифовке более тонкие участки на их поверхности прогибаются и поэтому с них снимается меньше материала, чем с толстых участков, а это ведет к их выпиранию, когда они возвращаются в исходное положение. Эти небольшие выпуклости на поверхности зеркала соответствуют рисунку на тыльной стороне, но они оказываются такими незначительными, что незаметны глазу. Если на поверхность зеркала падает яркий свет, то из-за ее общей выпуклости возникает эффект увеличения отраженного изображения, которое формируется за счет того, что мелкие выпуклости, повторяющие рисунок, рассеивают больше света, чем их окружение. В результате создается впечатление, что рисунок как бы «просвечивает» через бронзу.
 
Помимо такого типа «магических зеркал» были обнаружены древние зеркала, состоящие из двух пластин, скрепленных обрамляющим кольцом. С тыльной стороны лицевой пластины имеется рельефный рисунок, создающий неровности на ее зеркальной поверхности, благодаря которым и возникает схожее изображение при отражении от нее света, а на оборотной пластине располагается другой рельефный рисунок, не имеющий ничего общего с этим изображением.
 
В конце XIX в. в Японии изготавливалась еще одна разновидность «магических зеркал», в которых изображение в отраженном свете также не соответствовало рельефу с обратной стороны зеркала. На зеркальной поверхности таких зеркал особой пастой протравливался нужный рисунок, после высыхания пасту удаляли, а поверхность полировали. Невооруженным глазом на ней не было ничего заметно, но в отраженном свете рисунок появлялся.
 
В 60–70-х XX в. китайскими учеными были сделаны попытки восстановить древнюю технологию изготовления «магических зеркал». В качестве образца использовалось ханьское зеркало из Шанхайского музея. Удалось создать его копию, имеющую те же оптические свойства. Вслед за этим в Китае было налажено производство современных «зеркал, пропускающих свет». Но исследования на этом не прекратились, и позднее учеными разных стран было обнаружено множество особенностей, влияющих на создаваемый «магическими зеркалами» оптический эффект.
 
«Волшебный фонарь». Впервые в Европе «волшебный фонарь», предок кино, был описан Джоном Батом в книге «О тайнах природы и искусства», изданной в 1634. Однако намного раньше подобные устройства были известны в Китае.
 
«Волшебный фонарь» может иметь различные конструкции. Но, главное, в нем должен быть ряд рисунков, которые движутся друг за другом и просвечиваются с помощью какого-либо источника света. Рисунки могут помещаться на барабан, ленту или отражаться зеркалами, которые приводятся в движение вручную или автоматически, например, имея привод от лопастей, вращающихся под воздействием теплого воздуха от горящей лампы. Изображение при этом обычно проецируется на стену или экран. Переносные уличные «волшебные фонари» должны иметь отверстия, через которые можно наблюдать движущиеся рисунки. Для проекции изображения нужны линзы, но можно обойтись и без них.
 
Первое упоминание о китайском «волшебном фонаре» относится ко времени второго циньского императора Эр Ши-хуана, правившего в 209–207 до н.э. Согласно описанию, представленному в сочинении середины VI в. «Си цзин цза цзи» («Разные записки Западной столицы»), используя подсветку горящей лампой, с помощью этого устройства можно было видеть «превращающихся драконов, искрящихся своей чешуей». Там также говорится о «трубе, заставляющей появляться фантазии» – чжао хуа чжи гуань. Данная труба, длина которой – около 60 см, имела 26 отверстий и, возможно, была маленькой ветряной мельницей или воздушной турбиной. Когда через трубу дул воздух, «каждый мог видеть колесницы, лошадей, горы и леса, появляющиеся друг за другом на экране».
 
Другой ранний эпизод применения «волшебного фонаря», позволяющего проецировать движущиеся изображения на экран (возможно, подобно тому, как это осуществлялось в более поздних спектаклях китайского театра теней – ин си), датируется 121 до н.э. и связывается с магом Шао-вэном, уроженцем царства Ци, который смог показать ханьскому императору У-ди движущийся образ его наложницы Ван-фу-жэнь, умершей несколько лет назад. Демонстрация происходила темным вечером. После того как закончилась трапеза и светильники были расположены напротив занавеса, император занял место позади другого занавеса, являющегося прозрачным. Через некоторое время он увидел на расстоянии красивую девушку, прогуливающуюся взад и вперед и удивительно похожую на умершую наложницу. Но как только император попытался приблизиться к ней, образ исчез. Этот случай был описан в «Ши цзи» («Исторические записки») и «Хань шу» («Книга об [эпохе] Хань») и послужил примером в рассуждениях древнеки-тайского философа Ван Чуна (ок. 27–97/107) о различии естественного и искусственного. В его «Лунь хэне» («Взвешивание суждений»/«Весы теорий») рассказывается, что У-ди, когда увидел Ван-фу-жэнь в воротах дворца, поднялся совершенно ошеломленный и пошел ей навстречу. Но она вдруг пропала, поскольку была не «реальным существом», а «созданным искусством мага творением», которое, как все подобное, недолговечно.
 
В 180 г. Дин Хуань изготовил «волшебный фонарь», подобный циньскому. В нем также использовался принцип турбины, вращающейся под воздействием теплого воздуха, подымающегося от горящей лампы. Когда лампа зажигалась, возникали изображения летающих диковинных птиц и бегущих по кругу различных таинственных животных. Как сообщает Тао Гу в «Цин и лу» («Записи о немирском и странном», 950), подобный аппарат (сянь инь чжу) был подарен храму одним танским императором в память о скоропостижно умершей принцессе.
 
Судя по другим описаниям «волшебных фонарей», относящимся к династии Тан, и учитывая уровень знаний по оптике в Китае этого времени, можно предположить, что в некоторых из этих устройств были установлены линзы для проецирования изображения на стену или экран.
 
В XII в. в Китае были популярны «волшебные фонари», которые назывались ма ци дэн («лампы лошадиных скачек») или цзоу ма дэн («лампы бегущих лошадей»). Они имели форму легкого навеса с лопастями в вершине, установленными так, чтобы поток подымающегося теплого воздуха от стоящей снизу горящей лампы заставлял всю конструкцию вращаться. На сторонах цилиндра, образующего нижнюю часть навеса, имелись оконца из тонкой бумаги или слюды, на которых рисовались те или иные животные в разных позах. Если цилиндр вращался достаточно быстро, то создавалось впечатление, что эти животные движутся. Европейцы познакомились с подобными устройствами, когда начали посещать Китай. Миссионер-иезуит Габриэль Магальхенс оставил описание такого «волшебного фонаря» в сер. XVII в.
 
Первым лектором, который использовал диапозитивы, был другой миссионер-иезуит из Китая, Мартин Мартини (1614–1661). Его лекции, иллюстрированные с помощью новой техники, читались в Лувене (Бельгия) в 1654. Понятно, что перейти от «волшебного фонаря» к проектору диапозитивов не составляет особого труда.
 
Литература:
Калинин А. Волшебное зеркало из далекого прошлого // Наука и жизнь. 2001, № 4, с. 122–126; Стафеев С.К., Томилин М.Г. Пять тысячелетий оптики: предыстория. СПб., 2006, с. 243–252; Мао Цзо-бэнь. Вомэнь цзусянь ды чуанцзао фамин (Творческие изобретения наших предков). Шанхай, 1957; Чжунго гудай кэ цзи чэнцзю (Достижения науки и техники древнего Китая). Пекин, 1978; Ancient China’s Technology and Science: Compiled by the Institute of the History of Natural Science, Chinese Academy of Science. Beijing, 1983; Bragg W.L. The Universe of Light. L., 1933; Needham J. Science and Сivilization in China. Cambridge, 1962. Vol. 4, P. 1; Ronan C.A. The Shorter Science and Civilisation in China: An Abr. of Joseph Needham’s Orig. Text. Cambridge, 1981. Vol. 2; Saines G., Tomilin M.G. Magic mirrors of the orient // Journal of Optical Technology. 1999, № 66, p. 758–765; Temple R. The Genius of China: 3000 Years of Science, Discovery and Invention. N. Y., 1986.
 
Автор: Еремеев В.Е.
 
Источники:
Чжунго кэсюэ цзишу дянь-цзи тун-хуй. Ули цзюань (Общий свод классической литературы по китайской науке и технике. Том по физике). Чжэнчжоу, 1995.
 
Литература:
Дай Нянь-цзу, Лю Шу-юн. Чжунго улисюэ ши. Гудай цзюань (История китайской физики. Том, [посвященный] древности [от зарождения до на-чала ХХ в.]). Наньнин, 2006, с. 51–64, 154–173, 255–282, 340–342, 353–361, 414–419; Сюй Си-янь. Мо-сюэ яньцзю (Исследование моистского учения). Пекин, 2001, с. 187–212; Чжунго дао-цзяо кэсюэ цзишу ши. Хань Вэй лян Цзинь (История даосской науки и техники в Китае. [Эпохи] Хань, Вэй, две Цзинь) / Сост. Цзян Шэн, Тан Вэй-ся. Пекин, 2002, с. 722–727; Graham A.C. Later Mohist Logic, Ethics and Science. Hong Kong, L., 1978, р. 372–385.
 
Сост. библ.: Кобзев А.И.
 
Ст. опубл.: Духовная культура Китая: энциклопедия: в 5 т. / гл. ред. М.Л. Титаренко; Ин-т Дальнего Востока. — М. : Вост. лит., 2006–. Т. 5. Наука, техническая и военная мысль, здравоохранение и образование / ред. М.Л. Титаренко и др. — 2009. — 1055 с. С. 168-178.