Однако в древности представления об этом предмете были весьма путаные и неполные, и их успели позабыть. В конце XVIII века Ньютон вновь стал этим заниматься, уже с научных позиций.
В течение следующего столетия различные физики продолжали его работу.
Шевалье д’Арси вращал в темноте колесо, на обод которого был прикреплен раскаленный уголь. Скорость вращения колеса зависела от привязанных к нему тяжестей определенного веса; так была установлена максимальная скорость вращения, необходимая для того, чтобы раскаленный уголь создал впечатление сверкающего круга.
В 1765 году Шевалье д’Арси на основании этого опыта представил в Академию наук доклад, в котором установил, что длительность персистенции сетчатки человеческого глаза длится тринадцать сотых секунды, приблизительно десятую долю секунды.
Английский физик Юнг, менее категоричный в своих заключениях, считал, что длительность персистенции колеблется от сотой доли до половины секунды.
Сегнер в 1740 году, Карвальо в 1803 году, потом Парро после новых опытов дали другие определения длительности персистенции, исчисляя ее от десятой доли до четверти секунды.
В 1828 году Плато повторил опыт Шевалье д’Арси, единственно известный ему в этой области. Он заменил прикрепленный к колесу раскаленный уголь диском с цветными секторами, подобный диску Ньютона. Отметив, что длительность персистенции изменяется в зависимости от силы и времени зрительного восприятия, от цвета и освещенности предмета, он установил, что она в среднем (при умеренной освещенности) равна трети секунды (точнее 0,34).
Плато, взяв аппараты д'Арси, усовершенствовал их, но изыскания его были всего лишь продолжением трудов по определению природы персистенции, предпринятых после 1820 года английскими физиками.
Питер Марк Роджет, сын женевского пастора, поселившись в Лондоне, продвинул эти изыскания своим сообщением о персистенции и ее взаимосвязи с движущимися предметами[28].
Случай привел Роджета к его важнейшему открытию.
Однажды он увидел через щели темного забора, как катилось освещенное солнцем колесо проезжавшей мимо повозки. Он был поражен, заметив, что вместо вертящихся спиц он видит на поверхности колеса неподвижные кривые линии.
Чтобы повторить этот опыт в лаборатории, Роджет заменил забор двигающейся лентой из черной бумаги, в которой были прорезаны на равном расстоянии щели; колесо же он заменил картонным диском, вращающимся на неподвижной оси. Этот диск был снабжен отверстиями, напоминающими по форме дольки нарезанного торта.
Эти примитивные приспособления, используемые для опыта, представляют собой набросок, весьма грубый, конечно, но тем не менее поражающий своим сходством основных элементов с современным кино.
В самом деле, заменим ленту из черной бумаги пленкой, глаз наблюдателя — объективом, сохраним прорезанный круг (обтюратор), и мы получим все основные элементы съемочного или проекционного аппарата.
Диск с отверстиями, этот круг, в котором проделаны одна или несколько щелей; такая грубая имитация колеса повозки является основным фактором, который, как мы увидим, приведет к изобретению кино.
Роджет в период постановки этого опыта интересовался одной лишь математикой. Он изучил неподвижные кривые линии, увиденные им на поверхности колеса, объяснил их алгебраически, нашел соответствующее уравнение, воссоздал их геометрически. Его современник Уитстон[29], изобретатель электрического телеграфа, физик, специалист по магнетизму и оптике, извлек из опытов Роджета не формулы, но основной закон: «Ряд чередующихся коротких вспышек света (вроде тех, которые дают щели в черной бумажной ленте) позволяет зрительно воспринять как неподвижные движущиеся предметы».
Уитстон применил этот закон, который он сформулировал, повторив опыт Роджета, в ином виде. Он осветил рядом непрерывных мгновенных электрических вспышек диск Ньютона, вращая его в темноте, и получил таким образом зрительное впечатление неподвижности этого движущегося предмета.
Плато независимо от других добился зрительного восприятия неподвижности вращающегося диска. В 1828 году, еще не ознакомившись с работами Роджета, он отмечает, что «два концентрических колеса, вращающихся одно позади другого с достаточной скоростью в противоположных направлениях, воспринимаются зрительно как одно неподвижное колесо».
Если поместить глаз на уровне вращающегося диска, окруженного зубцами, расположенными перпендикулярно по его окружности, «то обнаруживается, что зубцы воспринимаются зрительно неподвижными».
Знаменитый английский физик Фарадей[30] не был знаком с этими работами молодого бельгийского ученого, когда в 1830 году опубликовал в журнале Королевского общества заметку, о которой Плато писал:
«Опыт, произведенный господином Фарадеем, состоял вот в чем: перед зеркалом — на расстоянии 12–15 футов — вращалось картонное зубчатое колесо, отражение которого рассматривали как бы сквозь газовую пелену, создаваемую для глаза наблюдателя чередованием зубцов и интервалов. Когда глаз находился очень близко от колеса, то в зеркале создавалось впечатление полной неподвижности, движения как бы не существовало».
Совершенствуя и варьируя этот опыт, Фарадей раскрасил изнанку своего зубчатого колеса наподобие диска Ньютона и увидел в зеркале раскрашенные секторы неподвижными и легко различимыми один от другого. Это было повторением в новой, более удобной форме опытов Роджета и Уитстона и показывало, что, освещая предмет последовательными короткими вспышками света, можно создать впечатление, что предмет неподвижен, в то время как он находится в движении.
Это наблюдение вызвало многочисленные отклики. До наших дней во всех учебниках физики оно известно как «колесо Фарадея». Сам того не зная, знаменитый ученый повторил опыт Плато, о чем его уведомил сам Плато. Однако направление, которое Фарадей придал этому опыту, открыло новые горизонты многим его коллегам и тому же самому Плато. Например, французский медик и одновременно физик Савар[31] почти тотчас же применил в своих работах «колесо Фарадея». Этот физиолог, специализировавшийся на акустике, интересовался с 1819 года звучащими струнами, что привело его к изучению всех вибрирующих или находящихся в периодическом движении тел.
В 1832 году Савар, стремясь доказать, что тоненькая струйка воды не представляет собой непрерывно льющуюся воду, а состоит из «узлов» и «выпуклостей», поместил позади такой струйки, кажущейся непрерывной, диск, разделенный на белые и черные секторы. Он доказал, что жидкость течет с интервалами, образуя при этом нечто подобное четкам. Он видоизменил опыт, заменив диск двухцветной бесконечной лентой, используя затем чередование вспышек света по методу Уитстона.
В то же время, что и Савар, Плато перенял у Фарадея диск, но уже не зубчатый, а с отверстиями, и использовал его для наблюдений над различными периодическими движениями.
«Мой прибор состоит из черного картонного диска диаметром приблизительно 25 см, насаженного на ось подобно колесу. Недалеко от внешней окружности диска проделано до двадцати отверстий в виде радиально направленных щелей. Эти щели могут иметь около 2 мм ширины и 2 см длины и должны быть проделаны на равных расстояниях друг от друга. Для наблюдения изменяющихся явлений в их истинном виде поступают следующим образом: приводят диск в достаточно быстрое вращение, закрывают один глаз, а другим смотрят сквозь образующуюся от быстрого вращения щелей прозрачную полосу на движущийся предмет»[32].
Плато использовал этот аппарат для наблюдений над движущимся предметом в различных стадиях движения и получил таким образом «серию различных положений, соответствующих последовательному прохождению щелей»[33].
Наблюдая главным образом периодические движения (вибрирующие струны, вращающийся уголь, искусственное солнце и т. д.), он достиг интересных результатов.
Он не замедлил улучшить свой аппарат, снабдив диск часовым механизмом, скорость которого он мог регулировать. Он использовал этот аппарат для изучения вибрирующей струны и достиг следующего:
«Любопытный эффект получаешь, когда быстро движущийся предмет начинает восприниматься зрительно как неподвижный (в случаях, когда скорость вращения диска такова, что все его щели проходят перед глазом в мгновение, достаточное для того, чтобы вибрирующая струна вернулась в исходное положение).
Если период вращения диска не точно соответствует периоду колебания струны и если он отклоняется весьма незначительно, струна перестает казаться неподвижной, но тогда ее движение начинает казаться очень медленным по сравнению с нормальным движением. Таким образом, мы добились нового результата и выяснили, что при помощи нашего инструмента мы можем превращать быстрое движение в столь медленное, как мы того хотим».
