Сегодня, чтобы запечатлеть чьё-то лицо на снимке, достаточно одного мгновения. Но ещё два столетия назад даже обычный портрет был настоящим испытанием, а сама фотография казалась почти чудом. В 1840 году венский математик Йозеф Пецваль нашёл решение задачи, над которой бились лучшие мастера своего времени. Его открытие изменило будущее фотографии и принесло огромные деньги. Вот только самому изобретателю эта история обернулась совсем не тем, на что он рассчитывал. И чем дальше развивался успех его открытия, тем неожиданнее складывалась собственная судьба математика.
Йозеф Пецваль
Йозеф Максимилиан Пецваль (нем. Josef Petzval; венг. Josef Maximilian Petzval) был математиком, физиком и изобретателем, чьи исследования изменили развитие фотографии. Созданный им в 1840 году объектив позволил сократить время съёмки портрета с нескольких минут до десятков секунд, сделав фотографию значительно доступнее. Большую часть жизни Пецваль провёл в Вене, где 40 лет преподавал математику в университете, занимался оптикой, механикой и акустикой. При этом его научная карьера сопровождалась острыми конфликтами, а коммерческий успех главного изобретения принёс ему гораздо больше разочарований, чем материальной выгоды.
Детство и образование
Йозеф Пецваль родился 6 января 1807 года в городе Ципсер-Бела, нынешней Спишска-Беле на территории Словакии, которая тогда входила в Королевство Венгрия в составе Австрийской империи. Мальчик вырос в многодетной семье, где интерес к музыке, математике и технике был частью повседневной жизни. Его отец Йоганн Фридрих работал учителем, органистом и руководителем церковного хора, занимался геодезией, конструировал музыкальные инструменты и различные механические устройства. В 1824 году он даже получил два патента, связанных с усовершенствованием маятниковых часов и механического прибора для письма. Мать, Сюзанна Кройцман, происходила из семьи местного учителя. Интерес к точным наукам унаследовал и младший брат Йозефа, Отто Бальтазар, впоследствии ставший профессором математики в Пеште.
Детство Йозефа Пецваля прошло в нескольких городах Верхней Венгрии. Семья жила в Кежмароке, а в 1819 году переехала в Левочу, где Йозеф продолжил образование. Любопытно, что первоначально он испытывал серьёзные трудности с математикой, хотя по другим предметам учился хорошо. Согласно распространённому биографическому рассказу, один из преподавателей даже советовал родителям отдать мальчика в ремесленники. Однако во время летних каникул Пецваль самостоятельно изучил математический учебник Матиаса Хаузера и настолько увлёкся предметом, что вскоре оказался среди лучших учеников. Достоверность всех подробностей этой истории установить трудно, но именно математика постепенно стала главным увлечением юноши.
В 1823 году Пецваль отправился в Кошице, где 2 года учился в лицее. Его родители располагали ограниченными средствами, поэтому юноше приходилось зарабатывать частными уроками, а некоторое время он служил домашним преподавателем в семье графа Альмаши. Накопленные деньги позволили продолжить образование, и в 1826 году Йозеф поступил в инженерное учебное заведение Institutum Geometricum при университете Пешта, где изучал математику, механику и практическую геометрию.
От инженерии к университетской карьере
Получив в 1828 году инженерный диплом, Пецваль начал работать в городском управлении Пешта. Его обязанности включали расчёты строительных сооружений, проекты канализации и мероприятия по защите города от разливов Дуная. Молодой инженер участвовал в разработке защитных сооружений и проекта судоходного канала. По свидетельствам биографов, его расчёты помогли уменьшить последствия одного из крупных паводков. Подобная работа особенно привлекала Пецваля возможностью применять сложные математические методы к вполне конкретным инженерным задачам.
Одновременно он продолжал научные занятия и в 1832 году получил докторскую степень. Вскоре Пецваль начал преподавать математику, механику и геометрию в университете Пешта, а в 1835 году стал профессором высшей математики. К этому времени его способности уже были известны за пределами Венгрии, и в 1836 году он получил приглашение в Венский университет. В следующем году Пецваль возглавил кафедру математики, с которой оказалась связана почти вся его дальнейшая жизнь.
В Вене перед ним открылись новые возможности для исследований и сотрудничества с производителями научных приборов. Пецваль преподавал аналитическую механику, дифференциальные уравнения, оптику, баллистику и акустику, стараясь объяснять математические закономерности через реальные физические явления. Студенты ценили его лекции за живость изложения и необычные примеры, хотя уже тогда он приобрёл репутацию чрезвычайно требовательного человека, не склонного щадить самолюбие коллег и университетского руководства.
Изобретение, изменившее фотографию
В 1839 году французский изобретатель Луи Дагер представил публике дагеротипию — новый способ получения фотографических изображений на серебрёных металлических пластинах. Изобретение вызвало огромный интерес, но обладало серьёзным недостатком: для получения портрета человеку приходилось оставаться совершенно неподвижным на протяжении нескольких минут, а иногда и значительно дольше. Малейшее движение могло испортить снимок, поэтому фотографы даже использовали специальные приспособления для фиксации головы.
На проблему обратил внимание венский физик Андреас фон Эттингсхаузен, который предложил Пецвалю попробовать рассчитать более светосильный объектив. В то время изготовление оптики во многом основывалось на практических экспериментах: мастера подбирали комбинации линз, проверяли полученное изображение и постепенно совершенствовали конструкцию. Пецваль решил применить математический подход, позволяющий заранее вычислить форму, расположение и характеристики оптических элементов. Объём вычислений оказался огромным. Благодаря поддержке эрцгерцога Людвига Пецваль получил помощь военнослужащих артиллерийского корпуса, имевших математическую подготовку. Восемь артиллеристов и три унтер-офицера выполняли отдельные части расчётов под его руководством. Примерно за полгода исследовательская группа сумела определить конструкцию объектива, который значительно превосходил распространённые в то время фотографические системы.
В 1840 году Пецваль разработал портретный объектив из 4 линз, позволявший пропускать существенно больше света и сохранять высокую резкость в центральной части изображения. По различным оценкам, его светосила превосходила светосилу прежних объективов приблизительно в 16–20 раз. В результате время съёмки сократилось до нескольких десятков секунд, что сделало фотографический портрет гораздо более удобным и открыло путь к его широкому распространению.
У новой конструкции была и характерная особенность: изображение получалось особенно резким в центре, тогда как по краям резкость постепенно уменьшалась. Для портретной фотографии это не представляло серьёзной проблемы, поскольку лицо обычно располагалось в центральной части кадра. Со временем подобное размытие фона стали ценить и как художественный эффект, а объективы, построенные по схеме Пецваля, даже сегодня сохраняют интерес для фотографов.
Сотрудничество с Фойгтлендером
Чтобы превратить расчёты в серийный фотографический аппарат, Пецвалю требовался опытный производитель оптики. Таким партнёром стал венский предприниматель Петер Вильгельм Фридрих Фойгтлендер, возглавлявший известную семейную фирму. В 1840 году Пецваль передал ему результаты исследований, получив, по распространённым сведениям, единовременное вознаграждение около 2 000 гульденов. При этом соглашение не предусматривало участия учёного в доходах от будущих продаж.
Фойгтлендер быстро оценил коммерческие перспективы разработки. Уже в 1841 году его предприятие начало выпускать фотографические аппараты с объективом Пецваля, включая необычную камеру с металлическим цилиндрическим корпусом. Новая оптика позволяла получать качественные портреты значительно быстрее, поэтому продукция фирмы пользовалась большим спросом. В последующие десятилетия были изготовлены десятки тысяч объективов, основанных на расчётах Пецваля, а сам Фойгтлендер получил международное признание и значительные доходы.
Успех, однако, постепенно разрушил отношения между изобретателем и предпринимателем. Пецваль считал, что его научные заслуги оцениваются несправедливо, тогда как основная коммерческая выгода достаётся производителю. Дополнительное недовольство вызывало расширение производства за пределами Австрии, где возможности защиты авторских прав оставались ограниченными. К 1845 году разногласия переросли в открытый конфликт, после которого сотрудничество фактически прекратилось. Фойгтлендер продолжал выпускать и совершенствовать объективы, а Пецваль пытался самостоятельно развивать новые оптические системы.
Научные исследования и конфликты
Для дальнейшей работы Пецваль оборудовал собственную мастерскую в помещениях бывшего монастыря на венской горе Каленберг. Здесь он занимался изготовлением и обработкой линз, рассчитывал конструкции телескопов, биноклей и других оптических приборов. Особое внимание уделял причинам искажения изображения, возникающего при прохождении света через систему линз. Некоторые обнаруженные им закономерности впоследствии получили его имя, в том числе кривизна поля Пецваля — явление, при котором плоскому объекту соответствует изогнутая поверхность наиболее резкого изображения.
Научные интересы Пецваля не ограничивались оптикой. Он продолжал заниматься математикой и физикой, причём нередко вступал в острые споры с другими исследователями. Особенно известным стало его противостояние с Кристианом Доплером, предложившим объяснение изменения частоты волн при движении источника относительно наблюдателя. Сегодня этот принцип известен как эффект Доплера: например, звук приближающегося поезда кажется выше, а удаляющегося — ниже. Пецваль считал математическое обоснование теории недостаточным и в 1852 году выступил с резкой публичной критикой Доплера на заседаниях Австрийской академии наук. Он сомневался в правильности предложенного объяснения и требовал более строгого математического доказательства. Спор приобрёл личный характер, а часть научного сообщества первоначально поддержала возражения Пецваля. При этом Доплер уже тяжело болел и вскоре умер.
Дальнейшее развитие физики подтвердило существование эффекта Доплера. Ученик Пецваля Эрнст Мах впоследствии показал, что некоторые положения, которые его преподаватель считал несовместимыми, в действительности могли быть согласованы. Этот эпизод заметно повлиял на репутацию Пецваля, чья бескомпромиссность нередко превращала научные дискуссии в затяжные конфликты.
Несмотря на разногласия с коллегами, он продолжал плодотворно работать. В 1853 и 1859 годах вышли два тома его исследования по интегрированию линейных дифференциальных уравнений, получившего высокую оценку математиков. Одновременно Пецваль искал возможности возобновить производство собственных оптических разработок и в середине 1850-х годов начал сотрудничать с венским мастером Карлом Дицлером. Одним из результатов этой работы стал объектив «Ортоскоп», предназначенный для пейзажной съёмки и обеспечивавший более равномерную резкость изображения. Усовершенствованную конструкцию представили в 1857 году, однако повторить коммерческий успех прежнего портретного объектива не удалось. Предприятие Дицлера столкнулось с финансовыми трудностями и в 1862 году обанкротилось.
Утрата научных работ и поздние годы
Особенно тяжёлым событием для Пецваля стало происшествие 1859 года. В его отсутствие неизвестные проникли в мастерскую на Каленберге, где хранились чертежи, расчёты и неопубликованные исследования. Значительная часть материалов была уничтожена или исчезла, включая рукопись большого труда по оптике, над которым учёный работал много лет. Обстоятельства происшествия остались невыясненными: неизвестно, было ли уничтожение документов намеренным или стало следствием обычного ограбления.
Потеря рукописей, неудачи с производством новых объективов и многолетний конфликт с Фойгтлендером постепенно ослабили интерес Пецваля к фотографии. В дальнейшем он всё больше времени посвящал акустике, изучал колебания струн, распространение звука и математическую теорию музыкальных инструментов. Среди его поздних разработок была система музыкального строя с делением октавы на тридцать один интервал.
Современники описывали Пецваля как энергичного, независимого, но чрезвычайно непростого в общении человека. Он любил верховую езду и фехтование, которым владел настолько хорошо, что считался одним из сильнейших фехтовальщиков Вены. В университете его уважали за глубокие знания и способность увлекательно объяснять сложные вопросы.
Личная жизнь учёного долгое время оставалась замкнутой. Только в 1869 году, в возрасте 62 лет, он женился на Катарине Шлегль, прежде занимавшейся его домашним хозяйством. Однако спустя несколько лет жена умерла, и Пецваль вновь остался один. В 1877 году он завершил преподавательскую деятельность в Венском университете, которому посвятил 40 лет, и окончательно поселился на Каленберге.
После выхода в отставку Пецваль всё реже появлялся в научном обществе, предпочитая проводить время за собственными исследованиями. Его жилище в бывшем монастыре современники иногда называли своеобразным замком. Он продолжал заниматься математикой и акустикой, но почти прекратил публичные выступления и постепенно ограничил круг общения. По воспоминаниям знакомых, одним из немногих постоянных спутников пожилого учёного оставалась любимая лошадь.
Йозеф Пецваль умер 17 сентября 1891 года в Вене в возрасте 84 лет. На его похоронах присутствовали немногие друзья, бывшие студенты и представители университета. К тому времени имя учёного оставалось известным специалистам по математике и оптике, однако широкая публика уже почти не помнила человека, чьи расчёты некогда произвели настоящий переворот в фотографии.
Память
После смерти Пецваля его заслуги постепенно получили более широкое признание. В 1901 году во внутреннем аркадном дворе Венского университета установили памятник учёному, созданный скульптором Антоном Бренеком на средства Австрийского фотографического общества. Впоследствии его именем назвали улицы, научные учреждения и географические объекты, включая кратер на обратной стороне Луны и ледник в Антарктиде. В родном городе Спишска-Бела сегодня действует музей истории фотографии и кинематографии имени Пецваля, расположенный в доме, где он родился.
Главным научным наследием Пецваля стали методы математического расчёта оптических систем, позволившие перейти от многочисленных практических экспериментов к более точному проектированию объективов. Его портретная линза, созданная в 1840 году, помогла превратить фотографию из трудоёмкой технической процедуры в доступный способ сохранения человеческого изображения.