Régi optikai eszközök részletes

Tisztelt Látogató

A „Régi optikai eszközök” címet viselő termünkben olyan régi tárgyakat állítottunk ki, amelyekkel a mindennapjaink során már nem találkozunk és amelyeket nem is használunk, de mégis felkeltik figyelmünket, mert a közeli és a távolabbi múlt technikai kultúrájának üzenetét hordozzák. Elfogultság nélkül mondhatjuk, hogy e becses emlékű tárgyak/műszerek megjelenésükben is impozánsak, és így méltán válthatják ki a ma emberének is a tetszését, érdeklődését.

Természetesen esetünkben igen relatív jelentéssel bír – a tárgyak korát illetően – a „régi” jelző, mert a kiállított optikai eszközök sokfélék. Így találunk: mikroszkópokat, geodéziai és egyéb optikai műszereket, távcsöveket, de fényképezőgépeket is. Nem kell bizonygatni, hogy pl. egy antik távcső akár sok száz éves is lehet, míg egy fényképezőgép – a fotográfia születésének ideje okán – nem tud 170 évesnél idősebb lenni.

Szeretnénk e szerény kiállításunkkal a figyelmet az optika kultúrtörténetére is irányítani, hiszen a fénytan a hőskorától napjainkig számos színes történettel, legendával is szolgál. Ezért az alábbiakban a teljesség igénye nélkül, rendhagyó módon, felvillantunk néhány fontosabb, érdekesebb epizódot az optika történetéből.

A kezdetek

Az archeológiai kutatások bizonyítják, hogy az antik világban nyoma sem volt a lencsék optikai alkalmazásának. A régészeti leletek között talált csiszolt achátok, kvarckristályok stb. inkább csak dísztárgyak, amulettek voltak. Az ókorban az egyetlen „optikai” eszköz a tükör, amely alatt valamilyen polírozott bronz- vagy ezüstlapot (felületet) kell értenünk. A nagy görög tudósról, Arkhimédészről a későbbi korok (fizikában nem jártas) krónikásai feljegyezték, hogy i. e. 212-ben, Siracusa ostrománál a tudós az ellenséges római hajókat homorú tükreivel próbálta felgyújtani. (E képtelen állítás ellen az érintett tudós tiltakozhatott volna legjobban, mert ha lett is volna olyan nagy méretű, alkalmas gyújtótávolságú parabolatükre, azzal csak egészen apró léghajókat tudott volna a fókuszpontban lángra lobbantani.) Az ókorban a magas szintű geometriai műveltségnek köszönhető a sugároptika megszületése. A fénynek, mint sugárjelenségnek a leírásával nem volt probléma, de magának a fény mibenlétének magyarázatával nagyon sokat kellett még várni.
Megint csak érdekességként említjük meg, hogy született pl. olyan tévtan is (Alexandrai Héróntól), miszerint a fénysugár az ember szeméből lép ki, hogy letapogassa a szemlélt tárgyakat, személyeket. (Olykor napjainkban is anakronisztikusan elhangozhat: „rá veté szép szeme sugarát”, „kihunyt szeme fénye”, stb.)
A törőképességű eszközök (lencsék) készítésének két komoly akadálya volt: az áttetsző anyag, a megfelelő csiszolási technika hiánya. (A kemény drágakövek nem válthatták be a várakozásokat. A Néró császár által használt csiszolt zöld smaragd lapocska is inkább csak egy extravagáns tárgy volt, mint szemüveg vagy napszemüveg.) Az optika hőskorából azért feltétlen kiemelendő néhány olyan eszköz, amely a későbbiekben meghatározó szerepű lesz.
A vízzel töltött üveggömböt tekinthetjük a nagyítólencse egyik ősének. (E susztergolyónak is nevezett tárgyról már az i. e. 5. században is történik említés.) Ismert a vízzel töltött gömbnek medicinai alkalmazása is, mint az ókor orvosának sebégető eszköze. (Némi iróniával jegyezhetjük meg, hogy a fókuszba helyezett sebes felület fénnyel történő elégetése jelenthette, az adott korban, az egyetlen és igazán steril beavatkozást.)
A fényképezőgép ősét, a lyukkamrát (latin nevén a camera obscura-t) már az ókori Göröghonban is ismerték.
Ennek az eszköznek a lényege az, hogy egy sötétkamrába egy kicsiny nyíláson át beengedjük a napsütötte külvilág fényét. Az eredmény bizarr: a lyukkal szemben lévő felületen megjelenik a külső világ fordított képe. A camera obscura elve olykor feledésbe merült, mígnem később többször ismét „felfedezik”. Tény az, hogy e fényelhajlás jelenségéből adódó varázslattal a babonás ókorban foglalkozni bátorságot kívánt. A nagy angol kísérletezőnek, Roger Baconnak a lyukkamrával való kísérletei miatt is komolyan meggyűlt a hatóságokkal a baja révén, hogy az ördöggel való cimborálás gyanújába került.

A második évezred kezdetétől

A 10. század arab világában a természettudomány, így az optikai is, meglepő fejlettséget bírt. Ismerték a fénytörés jelenségét, készítettek (csiszolgattak) már – a természetben található kristályokból – elfogadható teljesítményű plánkonvex, ill. bikonvex lencséket. Azonban az igazi fellendülést az optika számára is csak a reneszánsz hozza meg. A reneszánsz nagy tudósai közül kiemelendő Leonardo da Vinci munkássága. Leonardonak a tükörírással készült Codex Atlanticusában is több optikai (pl. a camera obscura) vonatkozású feljegyzés található. Keplerről (aki nem volt rajztehetség) feljegyezték azt is, hogy pénzkeresési célból földméréssel is foglalkozott, amelynek során hordozható lyukkamrát (valójában egy sátrat) vitt magával, hogy a terepről ennek segítségével készítsen rajzot. A camera obscura fényerejének növelése céljából először az olasz matematikus-polihisztor, Girolamo Cardano helyezett lencsét a lyukkamra nyílásába. (E tudós nevét őrzi pl. a kardánkereszt tengelykapcsoló, ill. a harmadfokú algebrai egyenlet megoldását szolgáló ún. Cardano-képlet.)

A szemüvegről

A szemüveg feltalálásának idejét a technikatörténet az 1285–1290 évekre teszi. A szemüveg történetének megismerését nagymértékben segítette az a körülmény, hogy számos korabeli festményen (rajzon, olykor plasztikán, domborművön) láthatunk szemüveges egyéneket, így elég hitelesen követhető a fejlődés.
Az egyedi vagy kezdetleges manufakturális gyártású szemüvegek minősége – a látáshibák felmérésének teljes mellőzéséből eredően – igencsak gyenge volt.
A szemüveggyártásban a német optikai ipar mindig meghatározó szerepű volt, olykor – a 18. században – a francia és majd az angol cégek is kiemelkedő minőségű terméket állítanak elő. A szemüvegkészítésben az igazi áttörés – a XIX. század végén – csak az optikai üveggyártás létrejöttének köszönhető. (Erről a későbbiekben még szólunk.) Kis múzeumunk szűkre szabott lehetőségei miatt sajnos csak jelzésértékkel állíthatunk ki néhány régi pápaszemet, így ezzel arányosan a szemüveg történetéről sem írhatunk többet, jóllehet ez a krónika is igen színes, izgalmas.

A távcső és a mikroszkóp születése

Időrendben haladva most az optikai eszközök sorában a mikroszkóp következne. Gyűjteményünkben a mikroszkóp – láthatóan – kiemelt helyet kapott. A mikroszkóp 16. század végén való megszületéséről, történetéről ezért egy önálló összeállítást adunk át a kedves látogatónak. Most csak annyit említünk meg, hogy a mikroszkóp elnevezés 1625-től G. Fabar-től származik és jó ideig ez a távcsövekre is vonatkozott. Később, a távcsövek fejlődése során – a funkciókülönbségnek megfelelően – válik szét az elnevezés mikroszkóp, ill. teleszkóp terminusokra.

Jól ismert a távcső születésének története is. A távcső feltalálásának mondája szerint, 1608-ban egy Lippershey nevű szemüvegcsiszoló a hibás lencséket gyermekeinek adta, hogy játsszanak vele. Állítólag a gyerekek jöttek rá, hogy két lencséből messzelátót lehet csinálni. Az erről az eszközről tudomást szerző Galilei már a maga készítette távcsöveivel elkezdte híres kísérleteit. Megfigyelte, hogy a Hold felszíne nem sima, mint ahogy eddig hitték, hanem egyenetlen. Észrevette, hogy a Tejút csillagok sokaságából áll, továbbá felfedezte a Jupiter holdjait, és tanulmányozta a Szaturnuszt, a napfoltokat és a Vénusz fázisait. A Galileiről elnevezett ezen távcső objektívje egy gyűjtő- és okulárja egy szórólencse. A holland távcsőnek nevezett eszközre jellemző a kicsiny látómező és nagyítás, előnye viszont a rövid tubushossz és az egyenes állású képalkotás. A fénytörés törvényét Snellius (1626-ban), ill. Descartes (1637-ben) alkotják meg.

Az un. csillagászati távcsőt 1611-ben szerkeszti meg J. Kepler. Ez a távcső is két lencséből áll: az egyik, amely létrehozza a képet, ez az objektív, a másik a képet nagyítja, ez az okulár. A Kepler-távcsőnél a nagyítás felső határának az optikai elemek minőségéből fakadó képalkotás milyensége szab határt. Lényegében a Galilei- és a Kepler-féle távcsövek alkotják a lencsés távcsöveket, az ún. refraktorokat.

A megoldásra váró problémák

A csillagászok már régen rájöttek arra, hogy egyik távcsőtípus sem tökéletes. Csak később értették meg, hogy ennek az oka az, hogy az üveglencse prizmaként viselkedik, vagyis jobban megtöri a kék színt, mint a vöröset.

Ennek eredményeként a kék színű fény gyújtótávolságánál narancsszínű foltot lát az ember, és fordítva. Ezt követően a tudósok úgy gondolták, hogy ezt a kromatikus aberrációnak nevezett hibát nem lehet kijavítani. Néhány csillagász megpróbálkozott azzal, hogy nagy gyújtótávolságú objektíveket készített, de ezeket a távcsöveket nehezen lehetett kezelni, és ráadásul a nagy darab lencse már a saját súlyától is deformálódott. Hibaként jelentkezett a lencsés távcsőnél a képmezőelhajlás. Ennek az a következménye, hogy a nagyobb tárgyak pontjainak más és más a tárgytávolságuk, éppen ezért más és más a képtávolságuk is. A képmezőelhajlást az életlen kép jelzi. Megjegyezzük, hogy az egyszerű gyűjtőlencse már az egyszínű fény esetében is számos leképzési hibával (szférikus aberráció, képmezőelhajlás, anasztigmatizmus, kóma, torzítás) rendelkezik. Ezeknek tökéletes és egyidejű korrekciója elméletileg sem lehetséges. 1664–65 telén kegyetlen pestisjárvány tombolt London városában. Aki tehette menekült, így keresett menedéket távol a vésztől a szülővárosában a fiatal cambridge-i kutató, Isaac Newton is. A kényszerű pihenő alatt születik meg az optikát forradalmasító felismerés: a fehér fény különböző színek keveréke. A fehér fénynek prizmák segítségével végzett kísérletei révén tehát megszületik a spektrum fogalma. Newton igazi elméleti fizikus volt, mindig a felfedezéseinek mélyebb tartalma érdekelte, de ez nem zárta ki azt, hogy jó érzékkel olykor a gyakorlati alkalmazásaikban kiemelkedőt alkosson. Ez történt a kromatikus aberráció feloldozása tekintetében is. Newton is határozottan hitte, hogy a színi hibát javítani nem lehet. (Ebben persze tévedett, de ez a vélekedés ösztönözte végül is a tükrös távcső megalkotására.) Newton 1672-ben kimutatja, hogy a homorú tükrök is alkalmasak a tárgyak leképezésére.

A megoldások

Mivel a fény visszaverődési szögét nem befolyásolja a hullámhossza, így homorú tükröt alkalmazva objektívként sikerült egy tükörteleszkópot készíttetni, aminek nem volt színi hibája. Ez az első tükrös teleszkóp nagyon kis méretű volt: tükrének átmérője mind-össze 2,5 cm, gyújtótávolsága pedig 15 cm. Mindezek ellenére akkora volt a teljesítménye, mint egy 1 m hosszú és 40x-es nagyítású lencsés távcsőnek. (A tükörteleszkóp fókuszát több helyre is ki lehet vetíteni, így beszélünk a Newton-, a Cassegrain- és a Coudé-féle fókuszról.) 1757-ben John Dollond felfedezi, hogy az egyszerű lencse színi hibáit ki tudja küszöbölni, ha két, különböző törésmutatójú üvegből illeszt össze gyűjtőlencsét. Az egyik egy koronaüvegbôl csiszolt domború lencse, amelynek anyaga a közönséges ablaküvegéhez hasonló, a másik pedig flintüvegből készített homorú lencse. A lencséket a kanadai fenyők gyantájából készített ún. kanadabalzsammal ragasztották össze. E ragasztóanyag törésmutatója az üvegével egyező. Az ún. akromatikus objektívvel a színi hiba jelentősen javíthatóvá vált. A Dollond-féle távcsövek gyorsan meghódították a tudományos világot, és a csillagászok legáhítottabb műszerei lettek. (A világ két leghíresebb távcsőkészítője, Alvan Clark és fia, Alvan G. Clark volt, ők csinálták a világ legnagyobb lencsés távcsöveinek objektívjeit, mint például a Lick Obszervatórium 92 cm-es és a Yerkes Obszervatórium 102 cm-es lencséit. Ez utóbbi a világ legnagyobb lencsés távcsöve.)

A romantika nagy költőfejedelme, W. Goethe is folytat színtani vizsgálatokat, oly komolysággal teszi ezt, hogy a fénytani eredményeit többre tartja költői munkásságánál. (Ezzel a vélekedéssel természetesen egyedül állt.) Különös volt Newtonnal szemben tanúsított reakciója, ugyanis nem tudta megbocsátani a nagy angol tudósnak a spektrum felfedezését. Ezt Goethe úgy fogalmazta meg, hogy Newton keresztre feszítette a fényt, és ezt „költői” színvilágával szembeni durva támadásként élte meg. (Igencsak érthetetlen eme haragos kirohanás, ugyanis a tények tények, még ha nem is kedvesek.) Egyébként a tudománytörténet több hasonló szituációt jegyzett fel. Pl. az ókori Görögországban a Püthagoraszi iskola hívei (matematikusai) éktelen haragra gerjedtek, mikor egy (ambiciózus) társuk igazolta, hogy vannak olyan számok (jelesül a négyzetgyök kettő), amelyek nem írhatók fel egész számokkal törtalakban (vagyis nem racionálisak). Ezzel természetesen romba dőlt mindaz, amit a számok „harmonikus” világáról az iskola hirdetett. A büntetés nem maradt el: a szerencsétlen felfedezőt a dühödt számmisztikus társai a tengerbe vetették.)

A korszerű elméletek

Az optika története kapcsán feltétlenül meg kell Huygens nevét említenünk, mint a fény hullámtermészetének kutatóját, aki a fény terjedésének magyarázatához feleleveníti az ókorban született éter fogalmát. Huygens felfogásában a fényt kibocsátó test meglöki a körülötte lévő, igen finom éternek részecskéit, így a meglökött éterrészecskék rugalmas golyók módjára továbbítják a fényt. (Huygens nevét viseli az általa konstruált összetett okulár is.)
Egyébként a klasszikus fénytant az éterszelet kimutatni próbáló (Michelson–Morley-féle) híres kísérletei zárják le, 1886-ban. Ismeretes az, hogy minden igyekezet ellenére sem sikerült az éter nyomára bukkanni, vagyis az éter csupán fikció. (Ennek ellenére sokszor emlegetjük az éter hullámait.)
A skót James Clark Maxwellnek (a XIX. század legnagyobb elméleti fizikusának) köszönhetjük az elektromágneses fényelméletet, így a fizikai optika is biztos elméleti alapokra építkezhetett. A fénytan új felismerései, törvényei mellé természetesen felsorakoznak az optikai eszközök, alkalmazások is.

Egy olasz feltaláló, Ignazio Porro készíti el az első prizmás távcsövet. Az ún. Porro-prizmás távcső 2 db, egyenlő szárú derékszögű prizma segítségével alkalmassá tette a Kepler-féle távcsövet (egyenesállású képet adó) földi megfigyelésekre. (Napjaink távcsövei is Porro-prizmásak.)

Akik az eszközöket gyártották

E rövid bevezetőben számos nagy múltú optikai cégről is meg kellene emlékeznünk, mivel tevékenységük ismerete nélkül az optikatörténet igencsak hiányos. A szűkre szabott lehetőségünk okán most csak egynek, a világhíres Carl Zeiss cég történetének emeljük ki néhány mozzanatát.
Carl Zeiss harmincévesen, 1846-ban alapítja meg első műhelyét Jénában, ahol finommechanikai, optikai laboratóriumi felszereléseket gyárt (két segédjével), a város Friedrich Schiller Egyeteme számára. Az első egyszerű Zeiss-mikroszkóp 1847 szeptemberében készül el, de csak tíz év múlva sikerül a saját gyártmányú mikroszkópokat eladni. A kis műhely termékei – jóllehet a kor kezdetleges technikai eszközeivel (pl. lábbal hajtott esztergával) készültek – a rendkívül precíz kidolgozásuknak köszönhették sikerüket. A Zeiss-laboratórium gyorsan fejlődik, és mintegy tíz év múlva már az ezredik mikroszkópot értékesítik. 1866-ban a céghez szegődik Ernst Abbe fizikus (a helyi egyetem docense), aki 1872-ben munkásságával forradalmasítja a mikroszkópgyártást. A kémikus Otto Schott csatlakozása a gyárhoz tovább javítja a gyártmányok minőségét. A Zeiss-laboratóriumban tudományos kísérletezésekkel törekedtek az ideális optikai üveg előállítására. Az eredmény nem maradt el, az egyre bővülő cég világhíres lesz. (A jó minőségű optikai üveg nagy törésmutatójú, így kicsi a szférikus aberráció, de kis diszperziójú, így minimális a kromatikus hiba). Az időközben Carl Zeiss Alapítványként tovább működő cég az optikai eszközök széles skáláján tud csúcsminőségû termékeket készíteni. (A legismertebb Zeiss-objektív a Tessar (1906), amely éles rajzolatával, jó akromatikus, anasztigmatikus tulajdonságaival a fényképezőgépek legnagyobb számban gyártott optikája lett.) 1926-ban a Zeiss cég több vezető optikai gyár (Ernemann, Contessa Nettel, Ica, C. P. Goerz) egyesülésével megalakítja a Zeiss Ikon AG-t. A második világháború után a cég kettéoszlik. A nyugati zóna Oberkochen városában 1947-ben születik meg az Opton Optische Werke Oberkochen GmbH (Opton Optikai Művek), amelynek termékei Zeiss-Opton márkanéven kerülnek piacra. 1951-ben a „népi” tulajdonban (VEB) lévő, „keleti” VEB Carl Zeiss és VEB Jenaer Glaswerk Schott & Gen. is megalakul. Így nyugaton és keleten egyaránt folytatódik a gyártás.

Németország újraegyesítése nyomán, 1990-től rendeződik az áldatlan helyzet: a nyugati alapítvány reprivatizálja a keletnémet VEB-eket, vagyis a népi tulajdonból fokozatosan alapítványi kézbe kerülnek a jénai és egyéb keleti gyárak, egyesülve a mainzi és oberkocheni üzemekkel. (A Zeiss napjainkban 14 ezer embert foglalkoztat a világ 30 országában, de összesen 100 országban képviselteti magát. A cég központja ma a baden-württembergi Oberkochen településén található.)

A gyűjtés és a kiállítás

Végezetül engedtessék meg a kiállítónak – személyes megnyilvánulásként – a gyűjtemény születésének indítékairól, körülményeiről is röviden szólni. A technikatörténeti gyűjtőt, aki a múlt emlékeit kutatja, sohasem a tárgyak puszta birtoklása fűti, sokkal inkább az érdeklődés és tisztelet sarkallja. Hiszen a gyűjtés körébe vont tárgyak olyan feledésbe merült történeteket, érdekes megoldásokat hordoznak, amelyek múltunk technikai kultúrájáról új ismereteket közvetítenek. Ezek elvesztésével bizonyosan szegényebbek lennénk. Nem nehéz válaszolni arra sem, hogy miért esett a választás a régi optikai eszközökre (kiemelten a mikroszkópokra). Világszerte megfigyelhető a megnövekedett érdeklődés a múlt technikai eszközei iránt. Nem csak a nagy múzeumok, de olykor magánszemélyek is komoly gyűjteményekkel rendelkeznek. A patinás nagy nemzetközi árverezőházak is rendszeresen és sikeresen tartanak régi műszerekkel, fotó és optikai stb. eszközökkel kapcsolatos árveréseket.
Az e tárgyak iránt megnövekedett keresletet érzékelve a távol-keleti és nyugati cégek nagy mennyiségben ontják a különböző nosztalgiaműszereket: szextánsokat, tengerészeti távcsöveket, iránytűket és kronométereket (órákat), és természetesen mikroszkópokat is. E tárgyak másolatoknak sem nevezhetők, mert kidolgozásuk hihetetlenül igénytelen, primitív. Sajnos a műtárgyhamisítás is szemet vetett a régi műszerekre. Pl. a fényképezőgép-hamisítás jó üzletnek bizonyult. Közismert tény, hogy az 1930-as évek közepétől közel 20 éven át sok országban másolták, kopírozták a német csúcsminőségű fényképezőgépeket. Ez történt a távmérős Leica II. esetében is. A szovjetek FED majd Zorkij néven a Leicával szinte teljesen megegyező fényképezőgépet gyártottak. Így viszonylag egyszerűen kivitelezhetővé vált a hamisítás: le kellett csiszolni a cirill betűket, hogy Leitz Leica feliratok és új sorozatszámok kerüljenek helyükre. Sokszor a csiszolás miatt a réz krómozott felületek árulkodóan megkoptak. Ilyen esetben a hamisítók a felületeket felpolírozták, így kapták az ún. Gold–Leica-t, tetézve a csalárdságot. A hamísított műszerek egyes részei (mikroszkópok esetében ez gyakori) olykor eredetiek is lehetnek, de a műszer egésze a tákolmány jellegét elárulja. Természetesen egy felkészült gyűjtő azonnal észreveszi és megmosolyogja a sanda szándékot, próbálkozást. Sajnos egy laikus vevő azonban könnyen elhiszi, hogy egy ritka, antik optikai műszerhez jutott. Minden gyűjtő tudja, hogy nagyon kicsi az esély arra, hogy egy igazán régi és ritka műszer éppen most kerül elő a ládafiából. Ezért nagyon is tud örülni annak, ha egy 19. századi, egy ezredfordulós, vagy éppen egy, a 30-as években gyártott komplett és jó állapotú műszerre tehet szert.

Ami a tárgyak rendbetételét és restaurálását illeti, az a gyűjtő külön örömteli feladata. Az eredményt (a kiállítási állapot milyenségét) pedig a tisztelt Látogatónak kell eldönteni.