Теория светового поля и ее разработчик Андрей Гершун

На практике положения теории светового поля реализуются инженерной дисциплиной светотехникой, предметом которой является разработка способов генерирования, пространственного перераспределения и измерения характеристик оптического излучения, а также преобразование его энергии в другие виды и использование в различных целях. Кроме того, теория светового поля лежит в основе научной дисциплины фотометрия, которая занимается количественными измерениями характеристик поля излучения.

«Тот, кто при попытке описания светового поля пользуется термином «интенсивность» либо намеренно отказывается от возможности его количественного описания, либо не понимает того, о чем говорит», — высказывался Андрей Гершун, основатель научной школы по гидрооптике и лауреат двух Сталинских премий (в 1942 и 1949 годах). Первую премию он получил за разработку в эвакуации (г. Йошкар-Ола) методов светомаскировки, демаскировки и скрытного освещения, а также методов оценки наблюдательных оптических приборов по видимости через них точечных источников света и деталей обстановки. Вторую премию и орден Трудового Красного знамени Гершуну присвоили секретным указом правительства за разработку контрольно-измерительных приборов для предприятия, занимавшегося радиохимическим выделением плутония для первой советской атомной бомбы.

Теория светового поля была сформулирована ученым еще до войны. Монографию Андрея Александровича «Световое поле» издали в СССР в 1936 году. А уже три года спустя ее перевели в США – в 1939-м.Собственно, еще в 1846 году Майкл Фарадей в своей лекции «Размышления о колебании лучей» впервые предположил, что свет должен быть интерпретирован как поле, примерно так же как магнитные поля, над которыми он работал на то время уже несколько лет. Но впервые область пространства, заполненную светом, назвал «световым полем» и рассмотрел спустя сто лет Андрей Гершун в своем классическом научном труде по радиометрическим свойствам света в трёхмерном пространстве. Примечательно, что в теории светового поля используется понятие о световых линиях, аналогичное понятию силовых линий в классической теории физических полей.

Родился Андрей Гершун 9 (22) октября 1903 года в Санкт-Петербурге в семье действительного статского советника, известного физика, профессора Александра Львовича Гершуна. Это был крупный специалист в области прикладной оптики, электромагнетизма и радиоактивности, основатель оптической промышленности в Российской империи. Родом Гершуны были из Вильно; например, Лев Гершун в 1873-1897 годах был главврачом городской еврейской больницы… Увы, отца не стало в 1915 году, когда Андрею было всего 12 лет; воспитывала подростка мать, Розалия Феликсовна.

В 1918 году в Петрограде был основан Государственный оптический институт (ГОИ) — по инициативе известного русского физика Дмитрия Рождественского (он стал директором и научным руководителем ГОИ до 1932 года). Необходимость создания данного учреждения ученый обосновывал в записке в Наркомпрос, где был представлен обзор состояния оптической науки и техники в ведущих странах Запада, и настаивал на объединении отечественных специалистов-оптиков в организации, пользующейся широкой поддержкой государства. Подчёркивалось, что институт должен стать организацией нового типа, в которой были бы неразрывно связаны научные и технические задачи.

Получая образование на физико-математическом факультете Петроградского университета (1920-1924 гг.), Андрей Гершуни был зачислен «лаборантом при мастерских» в фотометрическую лабораторию ГОИ, под руководство профессора Сергея Осиповича Майзеля. Юноша горел желанием доказать, что он достоин носить фамилию своего авторитетного отца, который разработал ряд оптических приборов для военно-морского флота, в последние три года жизни был научным руководителем Российского общества оптического и механического производства, а также первым директором оптического завода на Чугунной улице в Петербурге (с 1962 года это Ленинградское оптико-механическое объединение, ЛОМО).

При образовании в 1934 году в составе фотометрического сектора новых лабораторий Андрей Гершун возглавил светотехническую (естественного и искусственного освещения) лабораторию. Коллегами А. А. Гершуна, руководителями других лабораторий, были известные в будущем учёные: доктора наук, профессора М. М. Гуревич (фотометрическая лаборатория), Л. И. Дёмкина (цветовая), Л. Н. Гассовский (глазной оптики) и Г. К. Устюгов (прожекторная), доктора наук Д. Н. Лазарев, Г. Н. Раутиан, А. А. Волькенштейн и другие. Близкая, а часто и совместная работа этих крупных учёных позволила значительно продвинуть исследования в ГОИ в таких взаимосвязанных направлениях как фотометрия, светотехника, колориметрия, офтальмологическая и физиологическая оптика.

Поскольку лучи в пространстве могут быть параметризованы тремя координатами x, y и z и двумя углами θ и φ, Гершун определил световое поле в каждой точке пространства как пятимерную функцию. Однако он рассматривал его как бесконечный набор векторов, по одному на направление, падающее на точку, с длинами, пропорциональными их излучению. Интегрирование этих векторов по любой группе источников света или по всей сфере направлений дает единичное скалярное значение — полную освещенность в этой точке и результирующее направление.

В 1937 году Андрею Гершуну было присвоено звание профессора и степень доктора технических наук по опубликованным работам без защиты диссертации. В своей статье «Творческая работа Государственного оптического института» президент АН СССР Сергей Вавилов приводит слова редактора перевода монографии «Световое поле» на английский П. Муна: «Теоретическая фотометрия представляет случай „задержанного развития“, и в основном она оставалась неизменной с 1760 года, в то время как остальные главы физики триумфально развивались. Однако, в последние годы растущие запросы современной светотехники сделали беспомощными абсурдно антикварные представления традиционной фотометрической теории. В настоящее время имеется сильное движение за то, чтобы привести теорию светового поля в соответствие с духом физики. Профессор Гершун в Государственном оптическом институте в Ленинграде является одним из пионеров этого движения». И далее сам Вавилов отметил: «Работы ГОИ по гидрофотометрии, производившиеся под руководством А. А. Гершуна, дали многое для физики моря и послужили основой решения важных военных задач» (статья датируется 1945 годом).

Продолжая исследования по проблемам, связанным со световым полем, Андрей Александрович опубликовал в 1941 г. работу об одной из фундаментальных величин, характеризующих прохождение света через оптический прибор, названной им «мерой множества лучей». Ряд областей практического применения теории светового поля, такие как техника светового освещения или гидрооптика (так, по аналогии с гидроакустикой, была названа учёным область знаний о распространении и использовании в водной среде излучения оптического диапазона) стали со временем самостоятельными отраслями науки и техники. В ряде работ, связанных с гидрооптикой, Гершун со своими сотрудниками создал различные типы гидрофотометров и другой оптической аппаратуры для измерения коэффициента яркости, прозрачности, индикатрис рассеяния и поляризации морской воды, разработал специальные подводные лампы. Участвуя в экспедиционных работах, Андрей Александрович проявлял исключительную работоспособность, неоднократно опускался под воду в водолазном костюме, выходил на катерах в длительные морские походы. Основные результаты его гидрооптических работ опубликованы в монографии«Прозрачность и цвет моря» (в соавторстве с В.А. Берёзкиным и Ю.Д. Янишевским), изданной в 1940 году в Ленинграде Военно-морской академией имени Клима Ворошилова.

Работы Андрея Гершуна в области естественного освещения положили начало новой прикладной науке: строительной светотехнике. Примерами практических результатов могут служить рациональное освещение тёмных цехов киноплёночных фабрик и составление эскизного проекта внутреннего освещения грандиозного здания Дворца Советов. Этот неосуществлённый проект строительства высотного административного здания в Москве для проведения сессий Верховного Совета СССР и массовых демонстраций, по плану архитектора Бориса Иофана должен был стать самым высоким зданием в мире, знаменующим победу социализма: его проектная высота вместе со стометровой статуей Ленина на вершине составляла 415 м. Гершун был назначен ответственным руководителем проекта, над которым работали крупнейшие оптики, светотехники и искусствоведы страны. Именно для возведения Дворца Советов был взорван в 1931 году Храм Христа Спасителя. Фундамент дворца был завершён в 1939-м, но из-за начала войны проект заморозили. В 1941-1942 годах стальные конструкции Дворца Советов были демонтированы и использованы во время обороны Москвы для сооружения мостов. В 1960 году в фундаменте изначального Дворца Советов открылся самый большой в мире открытый зимний бассейн «Москва», который проработал до 1990-х, после чего начались работы по восстановлению культового сооружения.

С 1947 года и до самой смерти — в своём рабочем кабинете – в декабре 1952 года Андрей Александрович Гершун был главным помощником профессора Михаила Андреевича Шателена, занимавшего в эти годы должность председателя Комиссии по светотехнике при отделении технических наук АН СССР, и председателем её Ленинградского отделения.

Читайте также: Из чего сделан луч света?


Больше на Granite of science

Подпишитесь, чтобы получать последние записи по электронной почте.

Добавить комментарий

Больше на Granite of science

Оформите подписку, чтобы продолжить чтение и получить доступ к полному архиву.

Читать дальше