Из воспоминаний профессора Павла Васильевича Шмакова

Фрагмент книги "Мозаика одной жизни из воспоминаний профессора Павла Васильевича Шмакова".

подробнее

Семинар по объемному телевидению

Первый рабочий семинар по объемному ТВ состоялся 29 февраля 2008 года в Санкт–Петербурге.

подробнее

главная arrow история arrow статьи о кафедре arrow Так рождалось дальновидение. А.М. Рохлин
Так рождалось дальновидение. А.М. Рохлин

Мысль о возможности передачи изображения на расстояние была подсказана людям самой природой, такими поражавшими воображение оптическими явлениями, как отражение предметов в воде, миражи в пустынях, способность человеческой памяти мысленно воскрешать образы отсутствующих лиц, происшедших событий... Так и не научившись логически объяснять подобные явления, наши далекие предки стали мечтать о передаче изображения на расстояние, складывать легенды и сказки о магах и волшебниках, которые якобы обладают даром видеть сквозь годы и расстояния...

Часть 1

Глава первая

ОТ КАМЕРЫ-ОБСКУРЫ ДО ВОЛН ГЕРЦА

...

Определенную лепту в распространение идей дальновидения внесли и служители различных культов и религий. Издавна существовало великое множество церковных легенд о всяческих видениях во сне и наяву. Бытуют они и в наше время. Так, в 50-х годах XX столетия в Ватикане решили торжественно отметить 700-летие чуда, которое якобы произошло со святой Кларой в 1252 году. Вкратце эта история такова. Монахиня Клара тяжело заболела накануне Рождества. Все ее сестры во Христе отправились в церковь на праздничное богослужение, а Клара осталась одна. Ей, естественно, очень хотелось быть вместе со всеми, и она обратилась к богу с просьбой помочь ей присутствовать на богослужении. И вот тут-то будто бы и свершилось чудо: с разных сторон стали раздаваться голоса, песнопение. На стене, напротив ее изголовья, появились какие-то тени, а затем и лица ее подруг. Все это слилось в единый образ праздничной мессы. Ссылаясь на эту легенду, католическая церковь объявила святую Клару покровительницей телевидения.

Можно по-разному относиться к этому решению ватиканских чиновников. Однако, хотели они того или нет, но привлекли еще раз внимание широкой аудитории к проблемам дальновидения.

Но главными пропагандистами идеи передачи изображения на расстояние были, конечно, литераторы. Предыстория создания телевизионной техники служит прекрасным примером того, как самые серьезные научные идеи вначале осмысливаются художественными средствами - фольклорными или литературными - и только затем становятся предметом исследования науки.

Когда я составил перечень всех известных мне художественных произведений, в которых писатели обращались к теме телевидения, то получилась довольно большая библиотека. Конечно же, мой список не может претендовать на полноту. Но и оперируя только этими произведениями, расположив их в хронологическом порядке, я обнаружил любопытную закономерность: чем глубже и быстрее идет процесс научного и технического развития, тем стремительнее и дальше уходят писатели от реальных возможностей своего времени.

Так, в начале списка шли литераторы, которые занимались главным образом обработкой и пересказом народных легенд и сказок. Помните у Пушкина (1834 г.): «Свет мой, зеркальце, скажи да всю правду доложи?». А популярная во многих странах сказка «Аленький цветочек»? Почти во всех ее вариантах встречается тема передачи изображения на расстояние. Так, в пересказе С.Т. Аксакова (1856 г.) заколдованный принц использует дальновидение, чтобы не пугать своим страшным видом полюбившуюся ему девушку: на все ее вопросы возникают ответы, писанные «огненными буквами» на белой стене. А в записи сказки А.Н. Афанасьева (1858 г.) чудище, стараясь утешить тоскующую по отцу и сестрам гостью, дает ей возможность увидеть на волшебном блюдце родной дом, лица близких ей людей.

Авторы этих произведений не настаивали на том, чтобы мы с вами верили в возможность подобных чудес. Просто сказка, просто красивая мечта! Но проходит время, и литераторы начинают обретать веру в техническое всемогущество человека. Бурное развитие науки и промышленности в конце XIX века придает им смелость, раскованность.

В следующем разделе моего списка встречались тоже знакомые имена: Марк Твен, Жюль Верн, Герберт Уэллс... Однако появление некоторых из них было для меня неожиданным. Никогда не представлял себе, например, что А.И. Куприн писал научно-фантастические произведения. А между тем в рассказе «Тост» (1906 г.) ему удалось предвосхитить четырехугольную форму стеклянного экрана телевизора, кнопочное устройство, с помощью которого зрители могли включать и выключать приемные аппараты. Земля, по описанию Куприна, когда-нибудь вся будет опутана электрическими проводами, и это позволит в дальнейшем вести телевизионные передачи от Северного полюса до Южного.

Или возьмите «Аэлиту» А.Н. Толстого (1922 г.). Там дано довольно подробное описание «туманного зеркала», то есть телевизионного устройства. Его передающая часть представляла собой «бледно-зеленый шарик величиной с небольшое яблоко». Такая компактность позволяла жителям Тумы не только смотреть заранее подготовленные для них программы, но и включаться в любую передачу, вести наблюдения за любым событием, которое происходило в этой стране, без контроля и вмешательства со стороны сотрудников телецентра. Ведь такое «яблоко» нетрудно было установить в любом месте, в любом помещении.

Насколько осуществима подобная идея? Еще вчера большинство исследователей, наверное, ответили бы на этот вопрос отрицательно, а сегодня достижения микроэлектроники позволяют говорить об этой фантастике как о вполне реальной технике ближайшего будущего.

Ученые и инженеры еще не успели переварить фантастические идеи конца XIX - начала XX веков, а в литературу уже пришли новые поколения авторов, которые сделали еще более решительный и смелый шаг вперед. Эти писатели (Александр Беляев, Бернард Шоу, Рей Брэдбери, Илья Варшавский и другие) пишут уже о том, что оптическое изображение можно будет превращать в биотоки и таким образом приемником телевизионных сигналов станет сам зритель. Он сможет не только видеть изображение и слышать звук, но и воспринимать запахи, вкус, ощущать предметы, находящиеся на большом удалении от него.

Приведенные примеры убедительно свидетельствуют о том, что идеи, рожденные воображением людей далеких от науки, и в наши дни представляют определенный интерес. Они продолжают подталкивать исследователей к новым свершениям, привлекают внимание ученых к еще не решенным проблемам дальновидения. Это живой процесс, с которым, по-моему, история телевидения должна как-то считаться.

 

***

 

Итак, фантазеры складывали сказки, литераторы писали художественные произведения о всевозможных волшебных зеркалах, а другие люди делали первые практические шаги для осуществления давней мечты человечества. Тысячи лет шел процесс накопления идей, изобретений, научных открытий, положенных затем в основу устройств, способных передавать движущееся изображение на расстояние.

А началось все с появления камеры-обскуры. Это был самый древний прибор, с помощью которого удавалось проецировать изображение на плоскость.

Что такое камера-обскура? Ящик, сбитый из светонепроницаемого материала, на одной из стенок которого сделан небольшой прокол. Если этот прокол обратить к светящемуся предмету, то внутри ящика на противоположной стенке получится его перевернутое (обратное) изображение.

Как это просто и, вместе с тем, какое это великое изобретение! Много веков спустя принцип, положенный в основу этого проекционного аппарата, стал использоваться при создании фотокамер, киносъемочной аппаратуры, передающих телевизионных устройств. Ведь что из себя представляет любая телекамера? Это прежде всего ящик из светонепроницаемого материала с отверстием на одной из его стенок, то есть практически та же самая камера-обскура.

Если камера-обскура древнейший оптический прибор, то что подразумевается под словом «древнейший»? В разных источниках указываются даты, отличающиеся друг от друга на тысячи лет. Так, в Большой советской энциклопедии (2-е издание) утверждается, что «простейшая форма камеры-обскуры была известна еще арабским ученым конца XX века нашей эры». А старейший советский киновед Ипполит Соколов, ссылаясь на классический «Словарь происхождения изобретений и открытий в искусстве, науке и литературе» Мэня (1850 г.), пишет: «...допускается, что жрецы и ученые египетской, греческой и романской древности хорошо знали о камере-обскуре и использовали ее во время всевозможных богослужений и мистерий» (Соколов И. История изобретения кинематографа. М., 1960).

Соколов обнаружил упоминание о камере-обскуре даже в Библии. В пятой главе «Книги пророка Даниила» рассказывается, как во время пира, который устроил вавилонский царь Валтасар, на стенах его дворца возникли слова «мене-мене-текел-упарсин» (исчислено-взвешено-разделено). И если это не выдумка, комментирует автор, то это могло быть показано только с помощью проекционного аппарата.

Имеются книги, в которых исследователи утверждают, что камеры-обскуры впервые были изобретены в Древнем Китае. И снова никаких надежных доказательств, а так же, как у И.Соколова, «допускается, что жрецы знали».

Однако при раскопках древнего римского города Геркуланума, разрушенного во время извержения Везувия в I веке нашей эры, была найдена модель камеры-обскуры. Это была уже не легенда, а нечто более существенное.

Известным исследователям А .Бонневалью и Л. Кристофу удается объяснить тайну древнеегипетского храма Абу-Симбела, показать, что устройство, с помощью которого священнослужители совершали «чудеса», действовало по принципу камеры-обскуры. И храм, и это устройство сохранились до наших дней, так что теперь уже нет никаких сомнений: действительно, более трех тысяч лет назад люди умели получать оптическое изображение, проецировать луч света в заранее выбранное место в храме!

Этот уникальный подземный храм был вырублен в скале в ХШ веке до нашей эры, в годы царствования фараона Рамзеса Второго, объявившего себя еще при жизни богом Солнца. Вот что происходило в храме 21 октября, в день коронации Рамзеса Второго. Длинный и трудный спуск по каменным ступеням в подземелье. Здесь темно и мрачно, горят лишь редкие лампады. В глубине храма едва виднеется каменное изваяние бога Солнца. Но вот приближается торжественная минута. Застыли в безмолвии ряды жрецов, замерли в ожидании верующие. Страстно звучат слова молитвы, слова обращенные к Богу.

И вдруг... Луч света прорезал темноту храма и осветил инкрустированные рубинами глаза фараона, а затем и весь каменный лик Рамзеса Второго. Это продолжается считанные секунды, но толпа верующих ошеломлена, люди неистовствуют, ликуют.

Это и сейчас поражает: ведь для того чтобы устроить такое «чудо», жрецам и строителям храма надо было точно рассчитать, где будет находиться солнце в определенный день и час, и соответственно сориентировать сооружение. С необычайной точностью и незаметно для других сделать в стене храма отверстие, учесть угол падения спроецированного солнечного луча так, чтобы он упал точно на лик каменной скульптуры фараона (эта история подробно описывается в книге А. Вадимова и М. Триваса «От магов древности до иллюзионистов наших дней». М., 1966).

Почему я так детально останавливаюсь на этом факте? Да потому, что для телевидения появление камеры-обскуры имеет такое же значение, как изобретение колеса для автомобиля, и для нас с вами вся эта история с храмом Абу-Симбела не просто занимательная легенда, а событие, с которого, видимо, и начинается процесс накопления научных идей и открытий, впоследствии подготовивших основу создания телевизионной техники.

Следующий принципиальный шаг этого процесса - изобретение «волшебного фонаря». Для этого человечество должно было решить две технические задачи: во-первых, разработать способ изготовления увеличительных стекол, а во-вторых, соединить с ними камеру-обскуру.

Первая задача была решена довольно быстро, додуматься до решения второй оказалось значительно сложнее. Самая древняя лупа (по крайней мере, из числа тех, которые удалось обнаружить) была изготовлена не намного позже сооружения храма Абу-Симбела. Она представляла собой не стекло, а кусок отшлифованного горного хрусталя, заключенный в металлическую оправу. Эту уникальную лупу археологи обнаружили при раскопках древнего города Ниневии (на территории нынешнего Ирака). Специалисты считают, что она изготовлена примерно через пятьсот лет после смерти Рамзеса Второго.

Стекло было изобретено еще раньше, но потребовались века, пока человечество научилось делать из него оптические приборы. Первые линзы из стекла начали изготовлять еще до нашей эры - в Китае, в Древней Греции и Риме, но их использовали главным образом для выжигания огня. Затем секрет стеклянных линз был надолго утерян. И только в ХШ веке нашей эры снова была воссоздана технология изготовления увеличительных стекол.

Их появление связано с именем английского философа, естествоиспытателя, монаха Роджера Бэкона (1214(?) - 1294 гг.). Судя по документам, именно он был создателем первых очков, именно он разработал технологию изготовления простейших линз. В числе многочисленных его изобретений значится и «волшебный фонарь». Вот только когда камеру-обскуру соединили с оптикой! Но это был еще очень несовершенный проекционный фонарь.

Производство линз более высокого качества было освоено много лет спустя - в XVII веке. Главными центрами по шлифовке стекол становятся итальянский город Венеция, Ворцбург в Германии и Миддельбург в Голландии. Именно в этих городах были изготовлены первые оптические приборы, способные не только проецировать изображение, но и во много раз увеличивать или уменьшать его. В 1609-1610 гг. великий Галилео Галилей создает свои знаменитые телескопы, а несколькими годами позже немецкий ученый Анастасия Киршнер, а затем голландец Антони Ван Левенгук начинают работать с первыми на земле микроскопами.

Почему так медленно, с таким мучительным трудом тянется решение этой инженерной задачи? Дело здесь не только в чисто технических сложностях. На пути к созданию совершенных оптических приборов стояли многочисленные социальные барьеры, всевозможные религиозные предрассудки. Ведь не случайно Роджер Бэкон был осужден инквизиторами за изобретение «волшебного фонаря» и закончил свою жизнь в тюремной камере. А сколько пришлось пережить и выстрадать Галилею?!

Думается, что все это во многом и объясняет, почему такие большие интервалы отделяют одно изобретение от другого. Ведь открытия Галилея и Левенгука подготовили, кажется, все для появления фотосъемочных камер, но потребовалось еще две сотни лет, смена одного общественного уклада на другой, промышленная революция для того, чтобы создались, наконец, условия, позволившие французскому художнику Луи Жаку Даггеру и отставному полковнику Никифору Ньепсу изобрести фотоаппарат.

Таким образом, в XIX веке будущие создатели телевизионной техники имели уже вполне надежное средство для получения оптического изображения. Сравнивая этот первый этап работы всякого передающего телевизионного устройства с процессом фотографирования, можно легко убедиться, что они мало чем отличались друг от друга: та же оптика, та же примерно осветительная аппаратура. Разница только в том, что при фотографировании полученное оптическое изображение проецируется на пластинку или пленку, а в телевидении - на фоточувствительную мишень (фотоэлемент).

Далее во всех передающих телевизионных камерах начинался второй этап работы - преобразование оптического изображения в электрическое. И снова нам придется совершить путешествие в глубь веков, чтобы проследить, как шло накопление идей, как велся научный поиск для решения этой нелегкой задачи.

Сейчас трудно точно установить, когда впервые люди обратили внимание на одно чрезвычайно странное явление: в облачную безлунную ночь все окружающие предметы словно куда-то исчезали. Они были здесь, оставались на месте, до них можно было даже дотронуться, но все равно их не было видно. И невольно возникали вопросы: что значит «видеть»? И если все, что мы видим, есть лишь отраженный свет, то что такое «свет»?

Уже с античных времен известны первые попытки как-то разобраться в этом явлении. И снова потребовались тысячи лет, чтобы в какой-то степени (отнюдь не до конца) уяснить себе это явление.

Существовало великое множество объяснений существа света. Так, известный древнегреческий математик и философ Пифагор считал, что все видимые предметы выстреливают крохотные частицы, которые, попадая нам в глаза, создают образ предмета. Современник Пифагора Эмпедокл придерживался иной точки зрения: глаза человека «излучают» некие неуловимые щупальца, способные захватить предмет и донести до человека порции света, из которых состоит его видимый образ.

Эти тысячелетние поиски многих поколений ученых были увенчаны авторитетом Исаака Ньютона, который в 1672 году в книге «Новая теория света и цветов» писал, что «свет есть поток телесных частиц-корпускул, излучаемых источником света».

Но что это за корпускулы? Какова их природа? Еще при жизни Ньютона Томас Юнг (а за сто лет до него - Христиан Гюйгенс) говорил о волновом характере света, но эта теория вызвала решительное возражение со стороны великого физика. Ведь если допустить, что корпускула не частица массы, а имеет волновое происхождение, то это означало усомниться в правильности его знаменитых законов движения, которые являлись фундаментом классической физики. При всей гениальности и прозорливости Ньютона он не увидел разумного зерна в этой теории.

Почти двести лет ученые топтались в этом вопросе на месте. Никто из них не решался преодолеть барьер, установленный самим Ньютоном! Необходим был революционный взрыв, совершенно новый качественный подход не только к теории света, но и пересмотр основополагающих законов физики.

И такой взрыв произошел. В 70-е годы прошлого столетия английский физик Джеймс Максвелл, основываясь на учении своего соотечественника Майкла Фарадея об электромагнитных процессах, создал динамическую теорию электромагнитного поля, вывел свои знаменитые уравнения, которые теоретически доказывали возможность существования электромагнитных волн в пространстве.

Для истории телевизионной техники это открытие является одной из основополагающих идей, непосредственно предшествующих созданию устройств дальновидения. Но значение этих работ выходит далеко за пределы интересов телевидения. Открытие электромагнитных волн явилось первым серьезным ударом по классической физике. Фарадею и Максвеллу первыми удалось убедительно показать, что отнюдь не все явления природы могут быть объяснены с позиций ньютоновской механики. И право, нелегко решить, что в большей степени способствовало становлению техники телевидения - появление ли электромагнитной теории света, или те великие изменения в науке, которые вскоре последовали за открытиями Максвелла (теория относительности, квантовая механика, электроника и другие разделы современной физики).

Уже в конце 80-х годов XIX века выдающийся немецкий физик Генрих Герц подтвердил расчеты английского ученого и экспериментально доказал существование электромагнитных волн в природе, показал их способность отражаться и преломляться аналогично световым волнам.

Дальнейшие исследования ученых (Г. Герц, В. Гальвакс, А. Столетов и др.) позволили установить целый ряд основополагающих фотоэлектрических закономерностей. Оказалось, что свет, падая на твердые тела, изменяет их электрические свойства, что в результате взаимодействия света и металла энергия электромагнитных излучений превращается в электрическую энергию. Вот эти новые законы и были положены в основу фотоэлементов (фотомишеней), которые использовались в телевизионных устройствах для преобразования оптического изображения в электрическое.

Теперь мы можем представить себе механизм этого преобразования. Он довольно прост, если рассматривать его только в виде схемы: каждая порция света, идущая от оптического изображения, попадая на определенную часть фотомишени, «выталкивает» с ее поверхности какое-то число свободных электронов. Как показали исследования, их число не случайно - оно строго пропорционально яркости соответствующих участков изображения. Таким образом, каждая частица фотомишени получает свой электрический заряд, а все вместе они образуют своеобразный рельеф потенциалов (зарядов), который и принято называть электрическим изображением передаваемой картинки.

И, наконец, третий этап работы любой передающей телекамеры - считывание (сканирование) электрического изображения, элемент за элементом, строка за строкой, а затем передача полученных видеосигналов в приемные устройства.

Только представьте себе, насколько затянулись бы сроки создания телевизионной техники, если научный поиск для всех этих задач велся бы не параллельно, а последовательно! Но, к счастью, еще с глубокой древности исследователи начали размышлять о проблемах, без решения которых невозможно было бы подойти к считыванию изображения.

Так, античные ученые еще до нашей эры заметили, что после прекращения светового раздражения зрительные ощущения глаза сохраняются на некоторые доли секунды. А это, в свою очередь, дает возможность создавать из отдельных статичных кадров иллюзию движения. Об этом пишут, например, Птолемей и Лукреций Кар, который в своей знаменитой поэме «О природе вещей» так описывает это явление:

«Сколь велика быстрота и столько есть образов всяких.

Только лишь первый исчез, как сейчас же в ином положеньи

Новый родится за ним, а нам кажется - двинулся первый».

Но найти какое-то практическое применение этой способности наших глаз исследователи смогли лишь в эпоху Возрождения. Первым, кто это сделал, был, видимо, великий Леонардо да Винчи. Ему удалось изобрести прибор, названный им «стробоскопом», с помощью которого он мог демонстрировать этот эффект. Сохранились зарисовки и чертежи этого устройства. Стробоскоп состоял из барабана, внутри которого на определенном расстоянии друг от друга наклеивались рисунки (допустим, изображения различных фаз движения лошади), смотрового окошка и приспособления, с помощью которого барабан можно было вращать. Это зрелище поражало современников Леонардо: отдельные статичные рисунки при вращении барабана сливались в единое движение скачущей лошади. Это и было названо стробоскопическим эффектом.

При жизни ученого прибор считался игрушкой для взрослых, а между тем он сыграл немаловажную роль в создании технических средств кино и телевидения. На этом принципе построены мультипликационные фильмы, таким же способом воспроизводится движение в кинематографе и телевидении. Возьмем кино: на длинной прозрачной ленте идут один за другим статичные кадры. Каждый из них проецируется на экран, затем на какое-то время наступает темнота, так как изображение перекрывается специальным устройством - обтюратором, за это время кинопленку успевают продернуть еще на один кадр и снова проецируют на экран и т. д. Зритель не замечает этого, ему кажется, что изображение на экране движется непрерывно, а ведь за 80-90 минут сеанса художественной картины он почти 20-25 минут находится в полной темноте, когда обтюратор перекрывает свет на экране. Такова уж биологическая особенность нашего зрения.

Открытие стробоскопического эффекта не только помогло разработать метод воссоздания движения на экране, но и подсказало будущим создателям телевизионной техники очень важную идею: для передачи каждого кадра в их распоряжении имеется довольно много времени - порядка 100 миллисекунд (около одной десятой секунды). Оставалось только придумать - как использовать этот дар природы.

Вот мы и подошли к основной идее, которая помогла, наконец, решить задачу считывания изображения. Кто знает, как долго еще мечта человечества о дальновидении оставалась бы беспочвенной фантазией, если бы людям не пришла в голову еще одна простая, но крайне необходимая мысль - передавать изображение не все целиком, а по частям!

Впервые с этой проблемой несколько тысяч лет назад столкнулись создатели письменности. Как только они попытались записать устную речь человека с помощью знаков, тут же перед ними встала проблема: как расположить эти знаки, чтобы человеку было удобно их читать. В сущности, тот же принцип использовали и создатели телевизионных устройств - они тоже пришли к мысли, что каждое изображение необходимо делить на строки, а строки - на элементы.

Долгое время в этом вопросе господствовала эмпирика и интуиция, и только в середине XIX века известный естествоиспытатель Герман Гельмгольц и философ Вильгельм Вундт, исследуя зрение с позиций физиологии и психологии, проведя множество сложнейших опытов, установили, что человек не в состоянии увидеть весь предмет, скажем, всю страницу книги сразу, он «обегает» (то есть сканирует, считывает) глазами изображение элемент за элементом, строка за строкой, а потом уже восстанавливает все элементы в единый образ.

Итак, к концу прошлого столетия логика развития мировой науки подошла к такому рубежу, накопила такое количество знаний, что уже можно было ставить вопрос о переходе к следующему этапу - к инженерному решению задачи, к созданию конкретных проектов устройств для передачи движущегося изображения на расстояние. Но этот этап связан с другими проблемами.

Чем же объяснить, что первые практические шаги в области дальновидения давались так мучительно трудно? Почему история начального периода создания телевизионной техники представляла из себя цепь сплошных неудач, ошибок, крушений человеческих надежд и планов? Можно привести множество объяснений этому, но мы остановимся только на двух.

Во-первых, в 70-80-е годы XIX века, когда делались первые попытки создать такие устройства, процесс предварительного накопления идей и изобретений, необходимых для создания телевизионной техники, еще не был завершен. К тому времени еще не были открыты основные фотоэлектрические законы. Не изобретено радио. Нет кино. Лампы накаливания были еще очень несовершенны, а к изготовлению электронных приборов человечество вообще только-только приступило. Энтузиасты забежали, по крайней мере, на 15-20 лет вперед!

Но кроме этого существовала вторая причина (куда более серьезная), мешавшая становлению великого изобретения, - несоответствие технических задач важнейшим материальным и духовным возможностям и потребностям общества на том этапе его развития. История науки свидетельствует, что без такого соответствия ни одно открытие, ни одно изобретение не в состоянии пробить себе дорогу, получить широкое распространение. А о каком распространении электрической аппаратуры для передачи изображения на расстояние могла идти речь в конце XIX века, если в те годы подавляющее большинство городов и сел нашей планеты были еще не электрифицированы? В то время мир жил ожиданием кино.



 
« Пред.   След. »