The Lens - Introductory note
Not a day passes, not even an hour or a minute or a second, without everyone using lenses, you included. The point is: you don’t see them, because you see through them. These two lenses are right there, in your own eyes. The eye-lens – a small round disk in the central part of the front of your eye-ball - works exactly like a camera lens. Those of us who wear glasses or contact lenses carry an extra set of lenses in front of our eyes to improve vision (fig. 1).
Fig. 1: Cross-section illustration of eye, with major structures labeled.
(The Eye MDs, Ohio)
Cameras with lenses are everywhere. Most households have at least one lying around. And almost every one in the family except the very youngest and the very oldest have a cell phone with a built-in camera. Lenses are used for many purposes: You can see very (very, very) small things with them, like bacteria or single cells in an organism. That’s what you use a microscope for: to look at the microcosm of the smallest objects. You can also look and see objects that are very (very, very) far: a ship at sea or a plane in the sky, the moon, distant planets, faraway stars... That’s what you use binoculars for and if you must look at a very remote object, you use a telescope: to look at distant objects in the macrocosm.
All lenses work on the same principle: a ray of light bends its path when it crosses from one medium to another e.g. from the air into water, or from the air into glass. When the ray leaves the glass again and comes back to the air it alters its trajectory once more. Fill a glass with water, put a pencil in, so that part of it remains above the surface of the water. What do you see? By cleverly bending the surface of the lens on the ‘entrance’ side and the ‘exit’ side, light rays can be bent in such a way that they come together in one point: the focus. If you take a convex piece of glass and find the right distance, the sun’s rays will converge in a single spot. On a clear and sunny day, there will be so many light rays in that one focus that it starts to heat up quickly. If there is anything combustible, after a while smoke starts to spiral upward and before long a fire will flare up. Focus indeed meant ‘fireplace’ in classical Latin, you can guess why.
Detail of the first knowartistic depiction
of eyeglasses, painted by Tommaso da
Modena in 1352. (Wiki Commons)
Glass is the best material for lenses, since it is quite hard and stays in shape, while with careful grinding and polishing its surfaces can be given every thinkable rounding. And of course, it lets through light, at an angle.The Egyptians and the Chinese already knew how to make glass and used a curved piece of it to set afire something in its focus. Somebody must have had the idea to hold such a piece of glass in front of an eye so as to magnify whatever was in front of it. The ‘eye glasses’ (spectacles) were born.
When you are looking at something close or faraway, the lenses of the eye can adapt themselves to project a sharp picture, they can become a bit more or less concave. This movement is called ‘accommodation’ of the eye. When the eye can no longer accommodate sufficiently a concave (hollow) or a convex (round) lens can correct the curving of the rays so as to make them focus on the correct place in the back of the eye: the retina.
All this was known for a long time, all over Europe. There were glassblowers who could handle the glass when it was heated and became fluid, blowing in air to create all sorts of shapes. And there were glass grinders, who would take a piece of solid glass and patiently polish it in the right shape for a lens.Such glass grinders were craftsmen, but learned craftsmen: they had to be very precise, and they had to know just the right curve across the glass, so as to make it suitable for use as a spectacle for a person with particular eyesight. Some of these lens grinders, like Benedict de Spinoza, were famous scholars in their own right, who made some money on the side by grinding lenses (even the greatest minds must eat every once in a while). Of course, they started to experiment with their finely honed pieces. Some of them began putting several lenses together to increase their magnifying effect.
Fig.2 Archduke Albertus of Austria, governor of the Southern Netherlands, watching a bird with a telescope.
Detail of a painting by Jan Brueghel the elder, dated 1611,
representing the archduke in front of his castle Mariemont in Hanaut (Belgium).
(Helden van, A. e.o., 2011)
That is how the telescope was invented, (literally ‘the far-seer'): Someone put several lenses together in a tube, so as to increase the magnifying effect of each one of them. After some experimentation an instrument was created that allowed the user to see stars that so far had been invisible to the naked eye, and to discern details of known bodies that hitherto had never been seen. But you could also watch birds with them, or more importantly, see the enemy approach from afar. That was, of course, what contemporaries were most interested in, certainly the great commander, prince Maurits of Orange, to whom the Dutch spectacle maker Lipperhey presented his invention in 1608.It is probably one of these telescopes, having tubes made by the silversmith Robert Staes, which is depicted on a painting by Jan Breughel the elder, dated 1611, representing the archduke Albertus of Austria in front of his castle Mariemont, near Brussels (fig. 2).
Early depiction of a ‘Dutch telescope’ from the “Emblemata of zinne-werck” (Middelburg, 1624) of the poet and statesman Johan de Brune (1588-1658).
The print was engraved by Adriaen van de Venne, who, together with his brother Jan Pieters van de Venne, printed books not far from the original optical workshop of Hans Lipperhey.
(Wiki Commons)
It was not all that hard to create the complement of the far-seer: the microscope. But the images of very small things initially were not taken very seriously by the scholars of the day who were more interested in celestial bodies. Work on assemblies of lenses in a tube was carried out in many places at the same time. Maybe the Dutch were the first: Around 1608 there were lens grinders in Middelburg, the capital of the Dutch province of Zeeland and one of them, Lipperhey, came up with a telescope. (the one which he showed to the authorities in the Hague)
1.
But there was another craftsmen working in the same small street, Janssen, and maybe he was the first to come up with the instrument.
Around the same time, many other scholars and inventors were experimenting with assemblies of lenses. As early as 1538, Girolamo Fracastoro had placed two ‘eye-glasses’ on top of one another and discovered the strong magnifying effect of the combination. Seventy years later the idea of a telescope must have been ‘in the air’ and experiments went on in England, France, Italy and probably in many other places.
To this very day, Dutch historians do not agree who was the first: Lipperhey or Janssen. And when it comes to historians from other countries, they disagree even more about the origin of the telescope. But this is not really what interests us.
There is something much more fascinating. All these inventors and explorers were in touch with one another (even as they sometimes tried to hide their discoveries from all too curious rivals and imitators). After the first demonstration of the telescope in the Hague. the news rapidly spread across Europe. A copy of a newsletter with the story printed in the Hague in October 1608 arrived in Paris in mid-November where it was seen by the chronicler Pierre de l’Estoile. He provided it to a publisher to be printed. This Paris-issue was reprinted in Lyon in November, and that very month a copy had reached Paoli Sarpi in Venice. Sarpi passed it onto his close friend in Rome Galileo Galilei, the famous astronomer
2. Galileo probably had a telescope built on the basis of the description and began experimenting with it, adding improvements of his own.
With minor modifications the lens alignment for a telescope can be changed so as to make it suitable to look at very small things: a microscope. It did not take long for a telescope to be modified for the observation of things to tiny to be observed with the naked eye. But this microscopic world was not taken very seriously at first. Telescopes were much more impressive since they revealed the mysteries of the heavens above.
A microscope of Robert Hooke from his Micrographia, London, 1664.
Only in the 1670s did the Dutch amateur scholar Antoni van Leeuwenhoek surprise the world with his observations of ‘tiny beasts’ (bacteria), spermatozoa and tissue cells. He sent letters about his discoveries - translated in English – to the British Royal Society, where initially no one believed him. But his descriptions of the instruments he used and the things he saw were so exact that the Society’s Members through a similar microscope could see for themselves what Leeuwenhoek had reported: an entirely new world that no one had ever seen before. Princes and scholars from far away came to visit Leeuwenhoek and look through his ocular at tiny objects that had been all around them for all their lives without them ever realizing it.
The telescope and the microscope had radically changed people’s perception of the world they lived in: that world was a thousand times bigger than they had ever been able to see, and at the same time there was another world of tiny creatures and structures, a thousand times smaller than they could ever have imagined. And that was only the beginning of the discovery of the macrocosm and the microcosm around us.
Yes, ‘man is the measure of all things’, but these things may be endlessly larger than a human being, or infinitely smaller. Through the telescope and the microscope scholars had seen a new reality that no philosopher had ever thought of. Scholars decided that it was not enough to sit in one’s armchair and reflect upon the wisdom of the ancient sages. They had to go out in the real world and see for themselves, use the new instruments or sail to unknown coasts to discover what that world was really like.
Hubble Telescope Deep Field: The Most Imp. Image Ever Taken (Redux)
The scientific revolution had begun.This occurred all over Europe. In many places glass grinders and scholars constructed their own instruments, often following foreign examples that they had encountered on their travels abroad, or read about in newsletters. With their new tools they observed the vast skies and tiny droplets of water or blood. They reported their discoveries to other researchers and learned from them about the latest discoveries elsewhere. Yes, there were great geniuses, epochal discoveries. But mostly, there were hundreds, maybe thousands of curious scholars who wrote and visited one another, learned from one another, and in doing so, in the course of centuries, together wove the web of science all across Europe, and beyond.
But what happened in your area? When was the telescope or the microscope first used and what discoveries were made with them? Tell us about the threads that were spun to connect to the great web of science in your part of Europe
Notes
1. Helden van, A. Dupré, S., Gent, van R. & Zuidervaart, H. eds., 2010. The Origins of the Telescope. Proceedings of the conference “The invention of the Dutch telescope. Its origin and impact on science, culture and society, 1550-1650. Middelburg, September,[Forthcoming autumn 2010].
2. ibidem
References and further reading
Helden van, A. Dupré, S., Gent, van R. & Zuidervaart, H. eds., 2010. The Origins of the Telescope. Proceedings of the conference “The invention of the Dutch telescope. Its origin and impact on science, culture and society, 1550-1650. Amsterdam: University Press.
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Linse, Die (optische) - Einführung
Nicht ein Tag vergeht, nicht mal eine Stunde, eine Minute oder Sekunde, ohne dass jemand Linsen benutzt, auch du. Du siehst sie nicht, weil du durch sie durch schaust. Die beiden Linsen sind genau dort in deinen eigenen Augen. Die Linse des Auges – eine schmale runde Platte im vorderen Teil deines Augapfels – funktioniert genauso wie eine Kameralinse. Diejenigen von uns, die Brillen oder Kontaktlinsen tragen, haben ein zusätzliches Paar Linsen vor ihren Augen, um ihre Sehfähigkeit zu verbessern (fig. 1).
Fig. 1 Aufbau des menschlichen Auges. Netzhaut dunkelgrün. (Wikipedia
Kameralinsen sind überall. Die meisten Haushalte haben irgendwo zumindest eine rumliegen. Fast jeder in der Familie, außer vielleicht deren jüngstes und ältestes Mitglied, hat ein Handy mit eingebauter Fotokamera. Optische Linsen werden für viele Zwecke eingesetzt: Du kannst mit ihnen sehr (sehr, sehr) kleine Dinge sehen, wie z.B. Bakterien oder einzelne Zellen eines Organismus. Um den Mikrokosmos der kleinsten Objekte anzusehen, benutzt du ein Mikroskop.
Du kannst ebenso Objekte anschauen, die sehr (sehr, sehr) weit entfernt sind: ein Schiff auf See oder ein Flugzeug im Himmel, den Mond, entfernte Planeten oder Sterne... Dazu sind Ferngläser da. Falls du ein sehr entferntes Objekt anschauen musst, benutzt du ein Teleskop: Damit kannst du ferne Objekte im Makrokosmos ansehen.
Alle Linsen funktionieren nach demselben Prinzip: Ein Lichtstrahl wird beim Übergang von einem Stoff in einen anderen gebrochen, z.B. von Luft in Wasser oder von Luft in Glas. Wenn der Lichtstrahl das Glas wieder verlässt und zurück in die Luft kommt, verändert sich sein Weg erneut. Fülle ein Glas mit Wasser und stelle einen Bleistift rein, so dass ein Teil des Stifts über der Wasseroberfläche bleibt.
Was siehst du? Indem man die Oberfläche der Linse auf der „Eingangs-“Seite und auf der „Ausgangs-“Seite geschickt biegt, können die Lichtstrahlen so gebrochen werden, dass sie in einem Punkt zusammenkommen: dem Fokus. Wenn du ein konvexes Stück Glas nimmst und den richtigen Abstand findest, werden die Sonnenstrahlen alle in einem Punkt zusammenlaufen. An einem klaren und sonnigen Tag werden so viele Sonnenstrahlen in dem einen Fokus zusammenkommen, dass es sehr schnell beginnt, heiß zu werden. Falls etwas Brennbares dort sein sollte, wird nach einer Weile Rauch in kleinen Spiralen aufsteigen und ein Feuer entfacht. Fokus bedeutet eigentlich „Feuerstelle“ im klassischen Latein, du ahnst warum.
Der von Conrad von Soest 1403 gemalte 'Brillenapostel' stellt die früheste bildliche Darstellung einer Brille nördlich der Alpen dar. (Quelle: 600 Jahre Bad Wildunger Altarbild )
Glas ist das beste Material für Linsen, da es relativ hart ist und seine Form behält, während man ihm durch Schleifen und Polieren jeder Oberflächenform geben kann. Und natürlich ist es lichtdurchlässig. Die alten Ägypter und Chinesen wussten bereits, wie man Glas herstellt, und benutzten ein gebogenes Stück Glas, um etwas in seinem Fokus in Brand zu setzen. Irgendjemand muss die Idee gehabt haben, so ein Stück Glas vor sein Auge zu halten und so alles davor größer zu sehen. Die „Augen-Gläser“ (Brille) waren geboren.
Wenn du etwas Nahes oder Fernes anschaust, passen sich die Linsen der Augen selbst an, um das Bild scharf erscheinen zu lassen. Sie können etwas mehr oder weniger konkav werden. Diese Bewegung wird als „Akkommodation“ des Auges bezeichnet. Wenn das Auge sich nicht mehr selbst ausreichend anpassen kann, kann eine konkave (nach innen gewölbt) oder konvexe (nach außen gewölbt) Linse die Krümmung der Lichtstrahlen auf den korrekten Ort im hinteren Innenseite des Auges, der Netzhaut oder Retina, fokussieren.
Fig.2 Erzherzog Albrecht von Österreich, Gouverneur der südlichen Niederlande, betrachtet einen Vogel mit einem Teleskop. Detail eines Gemäldes von Jan Breughel dem Älteren, 1611, das den Erzherzog vor seinem Palast in Mariemont im Hennegau (heute Belgien) zeigt.
Dies alles war seit langem bekannt in ganz Europa. Glasbläser konnten Glas erhitzen, so dass es flüssig wurde und es dann in alle erdenklichen Formen bringen. Außerdem gab es Glasschleifer, die ein Stück Glas nahmen und es solange polierten, bis es die richtige Form für die Linse hatte. Solche Glasschleifer waren Handwerker, gut ausgebildete Handwerker: Sie mussten sehr genau arbeiten und sie mussten die genaue Krümmung des Glases kennen, damit es auf die besondere Sehstärke einzelner Personen angepasst war. Einige dieser Linsenmacher, wie z.B. Benedikt de Spinoza, waren berühmte Gelehrte, die nebenbei mit dem Herstellen von Linsen Geld verdienten (auch die größten Denker müssen hin und wieder mal etwas essen). Natürlich begannen sie auch mit ihren fein geschliffenen Stücken zu experimentieren. Einige nahmen mehrere Linsen zusammen, um den Vergrößerungseffekt zu steigern.
So wurde das Teleskop erfunden (wörtlich: der „Fern-Seher“): Jemand steckte mehrere Linsen zusammen in eine Röhre, so dass jede Linse den Vergrößerungseffekt steigerte. Nach einigen Versuchen war ein Instrument entstanden, das es erlaubte, Sterne zu sehen, die so weit entfernt waren, dass sie dem bloßen Auge nicht gesehen werden konnten, und Details von bekannten Körpern zu entdecken, die bis dato nie gesehen worden waren.
Aber man konnte genauso gut Vögel damit anschauen oder noch wichtiger Feinde schon von weitem erspähen. Das war natürlich das, was die Zeitgenossen am meisten interessierte, auf jeden Fall den bedeutenden Befehlshaber Moritz von Oranien, dem der Glasmacher Lipperhey 1608 seine Erfindung präsentierte.
Es ist vermutlich eines dieser Teleskope mit Rohren des Silberschmieds Robert Staes, das auf dem Gemälde von Jan Breughel dem Älteren abgebildet ist. Das Bild ist von 1611 und zeigt Erzherzog Albrecht von Österreich vor seinem Schloss Mariemont in der Nähe von Brüssel (Fig. 2).
Es war dann gar nicht mehr so schwer, das Gegenstück zum „Fern-Seher“ zu erfinden: das Mikroskop. Aber die Bilder der nun sichtbaren sehr kleinen Dinge wurden zunächst von den Gelehrten nicht sehr ernst genommen, die sich mehr für das Himmelsgewölbe interessierten. Die Arbeit an verschiedenen Linsenkombinationen lief an vielen Orten gleichzeitig. Vielleicht waren die Niederländer die ersten: Um 1608 gab es einige Glasschleifer in Middelburg, der Hauptstadt der niederländischen Provinz Zeeland. Einer von ihnen, Hans Lipperhey, dachte sich das Teleskop aus (dasjenige, das er der Obrigkeit in Den Haag zeigte Helden van, A. Dupré, S., Gent, van R. & Zuidervaart, H. eds., 2011). Aber in derselben Straße gab es einen anderen Handwerker, Jansen, und vielleicht war auch er es, der als erster das Teleskop erfand.
Ungefähr zur selben Zeit experimentierten viele Gelehrte und Erfinder mit Linsenkombinationen. Schon 1538 hatte Giralamo Fracastoro zwei „Augen-Gläser“ aufeinander gesetzt und dabei den starken Vergrößerungseffekt dieser Kombination beobachtet. 70 Jahre später musste die Idee eines Teleskops quasi in der Luft liegen. Wir wissen heute von entsprechenden Experimenten in England, Frankreich, Italien und vielen anderen Orten.
Bis heute sind sich niederländische Historiker nicht einig, wer der erste war: Lipperhey oder Janssen. Und wenn man Historiker anderer Länder fragt, erhält man noch mehr Meinungen zum Ursprung des Teleskops, aber das ist nicht das, was uns interessiert.
Es gibt etwas viel Faszinierenderes: Alle diese Erfinder und Entdecker standen in Kontakt miteinander (auch wenn sie manchmal versuchten, ihre Entdeckungenn vor allzu neugierigen Rivalen und Nachahmern verborgen zu halten). Nach der ersten Vorführung des Teleskops in Den Haag verbreitete sich die Neuigkeit rasend schnell durch ganz Europa.
Eine Kopie der Nachricht, die im Oktober 1608 in Den Haag gedruckt worden war, kam Mitte November in Paris an, wo sie vom Chronisten Pierre de l’Estoile gesehen wurde. Er gab die Nachricht an einen Verleger zum Druck weiter. Die Paris-Ausgabe wurde im November in Lyon nachgedruckt und erreichte noch im selben Monat Paoli Sarpi in Venedig. Sarpi gab die Nachricht an seinen engen Freund Galileo Galilei, den berühmten Astronom, weiter [Helden van, A. Dupré, S., Gent, van R. & Zuidervaart, H. eds., 2011.]. Vermutlich baute Galileo ein eigenes Teleskop mit Hilfe der Beschreibung, begann damit zu experimentieren und fügte eigene Verbesserungen hinzu.
Replica des Mikroskops
von Antony van Leeuwenhoek
(1632-1723) circa 1615.
Was die Entwicklung des Mikroskops angeht: Erst in den 1670er Jahren überraschte der niederländische Hobby-Wissenschaftler Antoni van Leeuwenhoek die Welt mit seinen Beobachtungen „kleiner Tiere“ (Bakterien), Spermien und Gewebezellen.
Er schickte – ins Englische übersetzte - Briefe über seine Entdeckungen an die britische Royal Society, wo ihm zunächst niemand glaubte. Aber seine Beschreibungen der Geräte, die er benutzte und der Dinge, die er sah, waren so exakt, dass die Mitglieder der Royal Society durch eine ähnliches Mikroskop selbst sehen konnten, was Leeuwenhoek berichtet hatte: eine vollkommen neue Welt, die niemand zuvor erblickt hatte. Fürsten und Gelehrte aus fernen Gegenden besuchten Leeuwenhoek und sahen durch seine Glasscheiben winzige Objekte, die überall um sie herum waren, ohne dass sie diese je bemerkt hätten.
Das Teleskop und das Mikroskop veränderten die Wahrnehmung der Welt durch den Menschen grundlegend: Die Welt war jetzt tausend Mal größer, als sie jemals hätten sehen können und zugleich war da eine andere Welt winziger Kreaturen und Strukturen, tausend Mal kleiner, als sie sich je hätten vorstellen können. Und das war nur der Anfang der Entdeckung von Makrokosmus und Mikrokosmus um uns herum.
Ja, „der Mensch ist das Maß aller Dinge“, aber diese Dinge können endlos viel größer sein als ein Mensch oder auch unendlich viel kleiner. Durch das Teleskop und das Mikroskop entdeckten Gelehrte eine neue Welt, die kein Philosoph je erdacht hatte. Die Gelehrten entschieden, dass sie genug Zeit damit zugebracht hatten, in ihrem Lehnstuhl zu sitzen und über die Weisheiten der Alten nachzudenken. Sie mussten rausgehen in die wirkliche Welt und diese selbst sehen, neue Geräte benutzen oder zu unbekannten Küsten segeln, um zu entdecken, wie die Welt wirklich war.
Die wissenschaftliche Revolution hatte begonnen. Sie ereignete sich überall in Europa. An vielen Orten bauten Glasschleifer und Gelehrte ihre eigenen Geräte, oft indem sie ausländischen Beispielen folgten, die sie auf Reisen kennengelernt oder über die sie gelesen hatten. Mit ihren neuen Werkzeugen beobachteten sie den gewaltigen Himmel oder kleine Tröpfchen Wasser oder Blut. Sie berichteten von ihren Entdeckungen und lernten durch die Berichte anderer über die neuesten Entdeckungen, die woanders gemacht wurden. Ja, es gab große Genies und epochemachende Entdeckungen; aber vor allem gab es hunderte, vielleichte tausende neugieriger Gelehrter, die einander schrieben und sich gegenseitig besuchten. So lernten sie voneinander und im Lauf der Jahrhunderte webten sie auf diese Weise ein Wissenschaftnetzwerk quer durch Europa, und darüber hinaus.
Aber was passierte in deiner Gegend? Wann wurde das Teleskop oder das Mikroskop das erste Mal bentutz und welche Entdeckungen wurden mit ihnen gemacht? Erzähl uns von den Fäden, die gesponnen wurden, um deinen Teil Europas mit dem großen Wissenschaftsnetzwerk zu verbinden.
References
- Helden van, A. Dupré, S., Gent, van R. & Zuidervaart, H. eds., 2011. The Origins of the Telescope. Proceedings of the conference “The invention of the Dutch telescope. Its origin and impact on science, culture and society, 1550-1650. Amsterdam: Amsterdam University Press.
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La Lentille – Note Introductive
Pas un jour ne passe, ni une heure, ni une minute ou seconde, sans que tout le monde utilise des lentilles,vous y compris. L’idée est : vous ne les voyez pas car vous voyez à travers elles. Ces deux lentilles sont juste là, dans vos propres yeux. La lentille oculaire – un petit disque rond dans la partie centrale avant de votre globe oculaire – fonctionne exactement comme un objectif d’appareil photo. Ceux d’entre nous qui portent des lunettes ou des lentilles de contact portent en fait deux séries de lentilles afin d’améliorer notre vue (fig. 1).
Schéma simplifié de la structure d'un oeil humain. L'oeil est représenté en coupe sagittale.
Des appareils photo avec lentilles/objectif sont partout. Tous les foyers en ont au moins un qui traîne. Et presque tous les membres de la famille à part les plus jeunes et les plus vieux possèdent un téléphone mobile avec un appareil photo intégré. Les lentilles sont utilisées pour différentes choses: vous pouvez voir des objets très (très, très) petits avec, tels qu’une bactérie ou une cellule unique d’un organisme. C’est pour cela que vous utilisez un microscope: pour observer le microcosme des objets les plus petits. Vous pouvez aussi regarder et voir des objets qui sont très (très, très) loin : un bateau sur l’océan, ou un avion dans le ciel, la Lune, des planètes ou des étoiles lointaines … C’est pour cela que vous utilisez des jumelles ou pour voir encore plus loin, nous utilisons un télescope: pour observer des choses lointaines dans leur macrocosme.
Toutes les lentilles fonctionnent de la même façon : un rayon de lumière tord son chemin quand il passe d’un médium à l’autre, par exemple de l’eau à l’air, ou de l’air au verre. Quand le rayon quitte le verre à nouveau et revient dans l’air il change de trajectoire à nouveau. Remplissez un verre d’eau, mettez un crayon dedans, en laissant une partie hors de l’eau. Que voyez-vous ? En tordant la surface de la lentille intelligemment du côté de « l’entrée » et de la « sortie », les rayons de lumière peuvent être tordus de telle façon qu’ils se rejoignent en un point: le focus (l’objectif). Si vous prenez un morceau de verre convexe et que vous trouvez la bonne distance, les rayons de soleil convergeront en un point. Un jour par temps dégagé et ensoleillé, il y aura tant de rayons de lumière dans ce seul objectif que ça commence à chauffer très vite. Si un combustible se trouve au même endroit, la fumée commencera à se dégager en spirale et un feu s’embrasera rapidement après. Focus voulait dire « foyer » en latin classique, vous devinez pourquoi.
Le verre est le meilleur matériau pour des lentilles puisqu'il reste dur et garde sa forme, et qu’en le taillant et en polissant ses surfaces on peut obtenir un arrondi incroyable. Et bien sûr, la lumière passe à travers, à un angle. Les Egyptiens et les Chinois savaient déjà fabriquer le verre et utilisaient une partie courbée pour allumer un feu par le focus. Quelqu’un a dû avoir l’idée de mettre ce genre de morceau de verre devant ses yeux afin d’agrandir ce qu’il voulait regarder. Les lunettes de vue sont nées ainsi.
Quand vous regardez quelque chose de loin ou de près, les lentilles des yeux s’adaptent afin de projeter une image nette, elles peuvent devenir un peu plus ou un peu moins concaves. Ce mouvement s’appelle « accommodation » de l’œil. Quand l’œil ne s’adapte plus assez une lentille concave (creuse) ou convexe (arrondie) peut corriger les rayons courbés afin de les faire converger au bon endroit au fond de l’œil : la rétine.
Tout ceci était connu depuis longtemps, partout en Europe. Il existait des souffleurs de verre qui pouvaient manipuler le verre quand il était chauffé et devenait fluide, le remplissant d’air et créant toutes sortes de formes. Et il existait des polisseurs de verre, qui prenaient un morceau de verre et le polissaient patiemment jusqu’à ce qu’il prenne la bonne forme pour une lentille. Ces polisseurs étaient des artisans, mais très instruits : il fallait qu’ils soient très précis, et devaient connaître la courbe exacte nécessaire au verre afin que ce soit utilisable en lunette pour une personne avec une vue particulière. Certains de ces polisseurs, comme Benedict Spinoza, étaient des érudits connus à part entière, qui arrondissaient leurs fins de mois en polissant des lentilles (mêmes les plus grands cerveaux ont besoin de manger de temps en temps). Bien sûr, ils commencèrent à faire des tests avec leurs pièces minutieusement travaillées. Certains commençaient à mettre plusieurs lentilles ensemble afin d’augmenter leur effet agrandissant.
Fig 2 Archiduc Albertus d’Autriche, gouverneur des Pays-Bas du Sud,
regardant un oiseau par un télescope.
Détail du tableau par Jan Brueghel l’ancien, daté 1611, Représentant l’archiduc devant son château Mariemont à Hanaut (Belgique) (Helden van, A. e.o., 2010)
Ainsi fut inventé le télescope, (littéralement « le voyeur de loin ») : quelqu’un mit plusieurs lentilles ensemble dans un tube, afin d’augmenter l’effet agrandissant de chacune. Après quelques expériences, un instrument fut crée qui permettait à l’utilisateur de voir les étoiles qui étaient invisibles à l’œil nu, et de discerner les détails dans des corps inconnus jusqu’à présent. Mais vous pouviez aussi observer les oiseaux, ou plus important, voir l’ennemi s’approcher de loin. C’était, bien sûr, ce qui intéressait les plus les contemporains de l’époque, surtout le grand commandeur, prince Maurits d’Orange, à qui le fabricant de lunettes, Lipperhey, présenta son invention en 1608. C’est probablement un de ces téléscopes, aux tubes fabriquées par l’orfèvre, Robert States, qui est représenté dans le tableau de Jan Breughel l’ancien, daté 1611, représentant l’archiduc Albertus d’Autriche devant son château de Mariemont, près de Bruxelles (fig.2).
Ce n’était pas si compliqué de créer le complément de la longue-vue : le microscope. Mais les images des choses minuscules n’étaient initialement pas prises très au sérieux par les savants de l’époque qui s’intéressaient plus aux corps célestes. Le travail d’assemblage de lentilles dans des tubes fut exécuté dans plusieurs endroits en même temps. Peut-être que les Néerlandais furent les premiers: autour de 1608 il existait des tailleurs de lentilles à Middleburg, la capitale de la province de Zeeland, et l'un d’entre eux, Lipperhey, inventa le télescope (celui qu’il montra aux autorités à La Haye).
Mais il y avait un autre artisan qui travaillait dans la même petite rue, Janssen, et peut-être que c’était lui qui l’inventa.
Au même moment, plusieurs autres savants et inventeurs expérimentaient avec des assemblages de lentilles. Aussi tôt qu’en 1538, Girolamo Fracastaro avait placé deux verres à lunettes l’une sur l’autre afin de découvrir l’effet agrandissant important de la combinaison. Soixante dix ans plus tard l’idée du télescope devait être « dans l’air » et des expériences se déroulaient en Angleterre, en France, en Italie et probablement dans beaucoup d’autres endroits.
Jusqu’à ce jour, les historiens néerlandais ne sont pas d’accord sur qui était le premier: Lipperhey ou Janssen. Et quant aux historiens d’autres pays, ils sont encore plus en désaccord sur l’origine du télescope. Mais ceci ne nous intéresse pas vraiment.
Ce qui est beaucoup plus fascinant est que tous ces inventeurs et explorateurs étaient en contact les uns avec les autres (même s’ils essayaient parfois de cacher leurs découvertes aux rivaux trop curieux et aux imitateurs). Après la première démonstration du télescope à La Haye, la nouvelle se répandit rapidement à travers l’Europe. Une copie d’un journal avec l’histoire imprimée à La Haye en octobre 1608 arriva à Paris mi-novembre ou le chroniqueur Pierre de l’Estoile l’a lu. Il l’a soumis à un éditeur pour publication. Cette édition parisienne fut ré-imprimée à Lyon en novembre, et le même mois une copie fut reçu par Paolo Sarpi à Venise. Sarpi le transmit à son ami proche Rome Galileo Galilei, l’astronome de renom. Galileo a probablement fait construire un télescope sur les principes de cette description et commença à le tester en ajoutant ses propres améliorations.
Avec de petites modifications l’alignement de la lentille du télescope peut être changé afin d’être adapté à la taille des choses qu’on regarde : microscope. Le télescope a vite été adapté pour voir des choses trop petites à observer à l’œil nu. Mais ce monde microscopique n’était pas pris très au sérieux au début. Les télescopes étaient beaucoup plus impressionnants car ils révélaient les mystères des cieux.
Ce n’est que dans les années 1670 que le savant amateur néerlandais, Antoni van Leeuwenhoek, surprit le monde avec ses observations de « bêtes miniatures » (les bactéries), les spermatozoïdes et les cellules. Il envoya des lettres narrant ses découvertes – traduites en Anglais – à la British Royal Society, où personne ne voulait le croire au début. Mais la description de ce qu’il voyait et des instruments qu’il utilisait était tellement précise que les membres de la Society ont demandé à voir eux-mêmes par un microscope similaire à celui que Leeuwenhoek avait rapporté: un monde complètement nouveau que personne n’avait vu auparavant. Des princes et des savants venaient de loin pour rendre visite à Leeuwenhoek, pour regarder par son oculaire et pour découvrir les objets minuscules dont personne n’avait jamais imaginé l’existence.
Le télescope et le microscope ont radicalement changé la perception du monde de l’époque: le monde était un millier de fois plus grand qu’ils n’avaient jamais pu voir, et en même temps, il existait un autre monde de petites bêtes et de cellules, un millier de fois plus petit que tout ce qu’ils avaient pu imaginer. Et ceci n’était que le début des découvertes du macrocosme et du microcosme autour de nous.
Oui « L’homme est la mesure de toute chose », mais ces choses peuvent être infiniment plus grandes qu’un être humain, ou infiniment plus petites. A travers le microscope les savants avaient vu une nouvelle réalité à laquelle aucun philosophe n’avait pensé. Ceux-ci décidèrent qu’il ne suffisait pas d’être assis dans son fauteuil et de réfléchir à la sagesse des anciens savants, mais il fallait sortir dans le monde réel et voir de leurs propres yeux, utiliser les nouveaux instruments, naviguer vers des côtes inconnues afin de voir à quoi ressemblait vraiment le monde.
Kepler Spacecraft in Solar System. Litho by Wendy Stenzel, 2009.
(Source: Kepler Graphics)
La révolution scientifique avait commencé et elle se propagea à travers l’Europe. A plusieurs endroits les tailleurs de verre et les savants fabriquaient leurs propres instruments, souvent en suivant des exemples d’ailleurs qu’ils avaient découverts en voyageant à l’étranger, où en lisant des revues. Ces nouveaux outils servaient à étudier le ciel énorme et les gouttes de sang minuscules. Ils rapportaient leurs découvertes à d’autres chercheurs et apprenaient à leur tour des choses nouvelles en échange. Oui, c’étaient de grands génies, des génies des découvertes de cette époque. Le plus important était que des centaines, même des milliers,de savants curieux s’écrivaient et se rendaient visite, échangeaient leurs connaissances, et de ce fait, à travers les siècles, ont développé la toile de la science en Europe, et au-delà.
Mais que s’est il passé chez vous? Quand le télescope ou le microscope furent ils utilisés pour la première fois et quelles découvertes en découlaient? Racontez-nous l’histoire scientifique de votre région et comment elle y participa en Europe.
Notes
1. Helden van, A. Dupré, S., Gent, van R. & Zuidervaart, H. eds., 2011. The Origins of the Telescope. Proceedings of the conference “The invention of the Dutch telescope. Its origin and impact on science, culture and society, 1550-1650. Amsterdam: University Press.
2. ibidem
Références and further reading
Helden van, A. Dupré, S., Gent, van R. & Zuidervaart, H. eds., 2011. The Origins of the Telescope. Proceedings of the conference “The invention of the Dutch telescope. Its origin and impact on science, culture and society, 1550-1650. Amsterdam: University Press.
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