Отец оптики: как Ибн аль-Хайсам объяснил феномен зрения и изобрел камеру-обскуру

С именем Ибн аль-Хайсама связан целый раздел физики — оптика. Именно он соединил две древние науки — учение о зрении и теорию света — в одну. Арабский ученый впервые описал механизм зрительного восприятия и устройство камеры-обскуры.

Происхождение Ибн аль-Хайсама

Ибн аль-Хайсам (Альхазен — на латыни) родился около 965 года. Известно, что он жил в иракском городе Басра, вероятно, в арабской или персидской семье. Сначала аль-Хайсам посвятил себя религии. Однако в те годы у власти находилась династия буидов, и отношения с институтом религии были напряженные. Тогда аль-Хайсам сменил род деятельности. Он получил должность визиря — сановника высокого ранга — и занимался дипломатией.

Одной из его задач стало регулирование вод Нила. Он предложил построить плотину ниже торгового египетского города Асуана, чтобы избавить страны Восточного Средиземноморья от наводнений. Ибн аль-Хайсама даже пригласили в Египет, чтобы реализовать такую задумку. Но на месте выяснилось, что наука еще не знала способов воплотить в жизнь его идею.

Местный халиф разгневался на Альхазена и лишил его должности. Аль-Хайсам потерял все, что у него было. Ему пришлось притворяться сумасшедшим до самой смерти правителя. Сидя на домашнем аресте, Альхазен занимался изучением математики и естественных наук. Именно в эти годы он сделал большинство открытий.

Секрет зрения: как Ибн аль-Хайсам создал теорию оптики

К XI веку существовало две основных теории зрительного восприятия. Птолемей и Евклид были уверены, что глаза «испускают» лучи определенного спектра, которые и позволяют человеку видеть. Чуть позже Аристотель выдвинул идею «наоборот»: эти лучи создавали сами объекты.

Но ни одна, ни другая теория не устроили Ибн аль-Хайсама. Он сформулировал первое правильное объяснение, как работает зрение. Ученый также провел эксперименты с зеркалами и линзами, которые повлияли на ученых далекого будущего — Роджера Бэкона, Иоганна Кеплера и Исаака Ньютона.

Согласно теории Альхазена, свет распространяется по прямой линии. Ученый объяснил зрительное восприятие следующим образом. Он взял полую трубу и прикрыл ладонью ее конец, из-за чего изображение полностью исчезло. Это значило, что свет мог проходить только перпендикулярно. Луч «отражался» на задней стенке глаза и формировал картинку.

Но как же косые лучи — неужели их попросту не существует? Аль-Хайсам объяснил и это. Он провел аналогию с мячом: если бросить его в дерево сбоку, то удар будет слабее, нежели если сделать это, стоя напротив ствола. Ученый утверждал, что косые лучи преломлялись и воспринимались глазом как перпендикулярные. Можно сказать, что этим заключением Альхазен открыл механизм гороптера.

Создание камеры-обскуры

Древним китайцам уже был известен прообраз камеры-обскуры. Ей являлся большой ящик, куда помещался человек, или затемненная комната с отверстием в стене. Вероятно, подобный механизм описывал и Аристотель во время наблюдений за Солнцем. Так, он заметил, что луч, попадающий в квадратную щель, превращался в изображение диска.

Однако целенаправленные исследования через камеру-обскуру описал именно Альхазен. Он наблюдал за затмениями Солнца. При этом ученый понимал, что смотреть на звезду напрямую небезопасно.

Он сделал в палатке отверстие и рассматривал Солнце на противоположной стенке. Тут аль-Хайсаму помогла теория прямолинейности света, которую он разработал ранее. Тем самым ученый объединил две ветви науки в одну: оптику и изучение свойств света.

Другие открытия Ибн аль-Хайсама

Альхазен рассмотрел пятый постулат Евклида (хоть его доказательство и было ошибочным), а также впервые исследовал свойства «четырехугольника Ламберта» — фигуры, у которой три прямых внутренних угла.

Кроме того, ученый внес вклад в изучение совершенных чисел. Однако он не смог теоретически обосновать полученный результат — это сделал Леонард Эйлер семью веками спустя. Другие работы аль-Хайсама относились к астрономии: он первым предпринял попытку математически вычислить параллакс и объяснить существование Млечного пути как отдельного небесного объекта, а не части атмосферы Земли.