Жозеф Плато — бельгийский физик, родившийся 14 октября 1801 года в Брюсселе. В конце 1832 — начале 1833 года он собрал фенакистископ: картонный диск с прорезями по краю и серией рисунков, которые при вращении перед зеркалом сливаются в движение. Эту игрушку считают одним из первых приборов, показавших движущееся изображение, и одной из ступеней, ведущих к кинематографу, а сам Плато известен ещё и как исследователь, который продолжал работать, лишившись зрения.
В октябре исполняется 225 лет со дня его рождения. Повод вспомнить не только юбилейную дату. История фенакистископа — это сюжет о том, как вопрос из учебника физиологии (сколько живёт в глазу след увиденного) превратился в популярную забаву, затем в лабораторный инструмент, затем в проектор и в конце концов в принцип, на котором держится любая лента из кадров. В этой истории есть спор двух профессоров о первенстве, опыт, который сам автор считал роковым для своих глаз, и мыльные плёнки, давшие имя математической задаче.
Колесо, которое будто замерло: с чего началась загадка
К началу XIX века учёные давно замечали, что глаз обманывается при быстром вращении. Спицы колеса за решёткой забора могут казаться неподвижными или даже крутиться назад. В 1824 году британский врач Питер Марк Роже опубликовал статью об этой иллюзии. Через несколько лет к ней обратился Плато: его собственный интерес вырос из наблюдений за двумя зубчатыми колёсами на общей оси, вращавшимися в противоположные стороны. Первые результаты он напечатал в 1828 году в брюссельском журнале «Correspondance Mathématique et Physique» и лишь потом связал их со статьёй Роже.
Параллельно в моде были оптические игрушки. Историк кино Жорж Садуль указывал, что на эту отрасль исследований повлиял тауматроп — кружок с картинками на двух сторонах, которые при вращении совмещаются в одну. Общим знаменателем всех этих диковин была персистенция зрения, то есть способность сетчатки удерживать впечатление ещё какое-то мгновение после того, как предмет исчез.
Плато решил измерить это мгновение. В 1828 году он повторил старый опыт Патрика д’Арси, но видоизменил его: закрепил на вращающемся колесе диск с цветными секторами. Выяснилось, что длительность следа зависит от яркости и продолжительности впечатления, от цвета и освещения, а в среднем составляет около трети секунды — 0,34. Эта скромная цифра потом объяснит, почему разрозненные картинки, если их показывать достаточно часто, перестают выглядеть разрозненными.
Последний толчок дал Майкл Фарадей. В декабре 1830 года он выступил в Королевском институте в Лондоне с докладом об оптических обманах, которые возникают при вращении колёс. Как сообщают источники, именно Фарадей натолкнул Плато на мысль использовать зеркало вместе с вращающимися дисками.
Сын цветочного живописца, выбравший опыт
Отец будущего физика, Антуан Плато, родом из Турне, писал цветы и видел сына художником. Мальчика отдали в академию рисования. Но Жозеф рано обнаружил другие наклонности: читать он умел уже в шесть лет, что по меркам эпохи считалось признаком вундеркинда, а один школьный урок физики поразил его так, что он пообещал себе разобраться, на чём держатся подобные опыты.
В четырнадцать лет он потерял обоих родителей и от горя заболел. Дальше его поддерживала семья дяди. Каникулы Жозеф проводил в Марш-ле-Дам, а его двоюродный брат Огюст Пайен позже стал архитектором и главным проектировщиком бельгийских железных дорог. С помощью дяди юноша вернулся к общему образованию, учился в Королевском атенеуме в Брюсселе, а в 1822 году поступил в Льежский университет.
Жозеф Плато, бельгийский физикС 1827 года Плато преподавал математику в брюссельском атенеуме, а в 1829-м получил в Льеже докторскую степень по физико-математическим наукам. Его наставником был Адольф Кетле — астроном и статистик, которому молодой учёный отправлял свои работы на отзыв. Диссертация заняла всего 27 страниц, зато в ней уместились цветовые эффекты на сетчатке, пересечения вращающихся кривых, искажение движущихся изображений и способ восстанавливать искажённые картинки с помощью дисков, вращающихся навстречу друг другу.
Двадцать пять секунд на полуденное солнце
Летом 1829 года в Льеже Плато поставил опыт, о котором потом рассказывали чаще, чем о многих его открытиях. Он хотел понять, какой предел у устойчивости сетчатки, и смотрел прямо на полуденное солнце 25 секунд. Зрение на время пропало. Несколько дней учёный провёл в тёмной комнате, после чего видеть он стал снова, постепенно.
Тот же период принёс первое устройство, в котором вращение не разрушало, а собирало картинку. На защите диссертации 9 июня 1829 года Плато показал прибор, позже названный анортоскопом. На прозрачном диске нарисовано нечто бесформенное, анаморфное. За ним в противоположную сторону вращается чёрный диск с четырьмя радиальными щелями. При правильной скорости хаос исчезает, и из пятен складывается нормальное изображение. Сам автор представил это как совершенно новый вид анаморфоз. В датировке источники расходятся: русская традиция относит анортоскоп к 1828 году, когда Плато продолжал опыты Роже, англоязычные — к 1829-му, году защиты.
Анортоскоп Плато: искажённый рисунок на диске (A) и изображение, которое видно при вращении (B)Диссертацию напечатали в немецком «Annalen der Physik und Chemie», а в письме от 5 декабря 1829 года появились рисунки: диск и то, что из него получается при вращении. Название «анортоскоп» Плато впервые употребил в письме Кетле и в 1836 году представил прибор Королевской академии в Брюсселе. К январю того же года он договорился о выпуске устройства в продажу, а 8 января отправил ящик с прибором Фарадею. Наборы дисков выпускали Newton & Co. в Лондоне, Susse и Дюбоск в Париже. Редкий полный комплект Susse 1836 года из двенадцати дисков в 2013 году ушёл с аукциона за 44 000 евро.
Диск, который обманывает глаз
От анортоскопа до фенакистископа оставался один шаг: не исправлять искажённый рисунок, а заставить последовательность рисунков двигаться. В июле 1832 года Плато отправил Фарадею экспериментальный диск, на котором при вращении возникала совершенно неподвижная маленькая лошадь. Работающую модель он собрал, по его собственной оценке, в ноябре или декабре 1832 года. 20 января 1833 года он опубликовал описание изобретения в виде письма в «Correspondance Mathématique et Physique» и сразу предложил использовать новые иллюзии для фантасмагорий — модных тогда световых представлений.
Устройство предельно простое. Это картонный круг: ближе к центру по окружности идёт серия рисунков, каждый следующий чуть отличается от предыдущего, а по краю прорезаны равномерно расставленные щели. Диск крутят перед зеркалом и смотрят сквозь прорези с обратной стороны. Каждая щель на долю секунды открывает очередную картинку, а промежутки между ними глаз не замечает. Узкие прорези делают изображение чётче, но темнее. От соотношения числа щелей и рисунков зависит, стоит ли фигура на месте или ползёт по кругу. Смотреть в такой прибор мог, по сути, только один человек.
Диск для фенакистископа с кошками и ослом, около 1830 годаСам Плато не делал из своего изобретения чуда: принцип этого оптического обмана он называл совсем несложным.
Название появилось не у автора. Слово «phénakisticope» напечатала газета «Le Figaro» 27 июня 1833 года; его собрали из греческих корней со смыслом «обманщик» и «смотрю», то есть оптический обман. Парижская фирма Alphonse Giroux et Compagnie использовала его в заявке на импорт. Сам Плато сначала никак не называл изобретение, затем стал применять это слово к чужим версиям, а для своей предпочитал «фантаскоп». Ошибочное написание «phenakistoscope» к 1835 году закрепилось в справочниках.
Вена против Гента: кому принадлежит первенство
Почти одновременно в Вене тот же путь прошёл Симон Штампфер, профессор практической геометрии Политехнического института, у которого среди учеников был Кристиан Доплер. В 1832 году он прочёл об опытах Фарадея с вращающимися зубчатыми колёсами, повторил их с прорезанными картонными кругами и зеркалом и развил приём до способа оживлять рисунки. Свои диски он назвал «стробоскопическими», сложив греческие корни со значением «вихрь» и «смотреть»; от этого изобретения, по распространённой версии, и пошло слово «стробоскоп».
По одним данным, Штампфер собрал первый стробоскоп в феврале 1833 года, по другим — к этому времени у него было уже шесть двусторонних дисков. 7 мая 1833 года он вместе с венским литографом Маттиасом Трентзенским получил императорскую привилегию. Первый тираж из четырёх двусторонних дисков разошёлся за четыре недели, следом вышел набор из восьми. Всего Штампферу приписывают 28 рисунков для дисков.
Диск для фенакистископа с меняющимся лицом, 1833 годСпор о первенстве так и не получил окончательного решения, и источники излагают его по-разному. Русскоязычная традиция подчёркивает, что Плато ещё в ноябре 1832 года отправил прибор Фарадею в Лондон, где его показывали друзьям, а Штампфер появился с похожим аппаратом позже; кроме того, Плато, по этой оценке, сформулировал принципы точнее. Об отправке рабочей модели в ноябре заявлял и Кетле. Англоязычные источники говорят о почти одновременном изобретении около декабря 1832 года и отмечают, что у венского устройства тоже есть основания считаться первым прибором с движущимися изображениями. Был и третий претендент: Роже утверждал, что строил подобные модели ещё весной 1831 года, но опубликовал описание лишь в 1834-м.
Сам Плато в 1836 году признавался, что трудно указать точный момент, когда пришла идея. Он полагал, что собрал работающий прибор в декабре, и принимал слова Штампфера о том, что тот начал эксперименты в то же время. Оба работали независимо. Обоих называют среди отцов-основателей кино, хотя эту честь чаще отдают бельгийцу.
Различалась и коммерческая судьба. Плато своё изобретение так и не запатентовал. Для лондонской фирмы Ackermann & Co он подготовил серию из шести дисков, вышедшую в июле 1833 года как «Phantasmascope» и переименованную в октябре в «Fantascope»; после замечаний автора к первым образцам он отправлял в Лондон рисунки с подробными указаниями. Giroux к концу июня выпустил двенадцать односторонних дисков, во Франкфурте появилась «Die belebte Wunderscheibe». Многие издатели копировали чужие рисунки без всякого разрешения, и летом 1833 года Плато и Штампфер оба жаловались на плохое исполнение подделок.
Диски для фенакистископа в собрании Музея искусств и ремёсел в ПарижеПрибор быстро разошёлся под разными именами: Ян Эвангелиста Пуркине показывал на лекциях свой «форолит», в Лондоне продавалось «колесо чудес». Появились большие прорезные диски, на которые насаживали маленькие сменные картинки, подставки с ручкой, края причудливой формы, по которым фигурки будто переползали. Одна фирма предложила «экспонатор» — ручку сразу для двух прорезных дисков. Задуманный как инструмент для изучения иллюзий, фенакистископ вскоре стал считаться прежде всего детской игрушкой.
Профессор, который продолжал опыты в темноте
В 1835 году Плато получил кафедру экспериментальной физики в Гентском университете и остался в этом городе до конца жизни. 27 августа 1840 года он женился на Фанни Клаваро, через год у них родился сын. Дочь Алиса в 1871 году вышла замуж за Гюстава Ван дер Менсбрюгге, который стал ближайшим сотрудником тестя и его первым биографом.
Аула Гентского университетаВ 1842 году Плато окончательно потерял зрение. Причину он сам видел в давнем льежском опыте с солнцем. Однако эта версия не единственная: в англоязычных источниках указывают, что связь с солнечным экспериментом может быть ошибочной и что у учёного, возможно, был хронический увеит — воспаление сосудистой оболочки глаза. Получается, что самый известный эпизод его биографии может и не объяснять главной её беды; установить причину по имеющимся данным нельзя.
Потеря зрения не остановила работу. Между 1844 и 1849 годами Плато соединил анортоскоп с фенакистископом и получил прозрачный диск с подсветкой сзади: фигуры оживали, если смотреть на них сквозь чёрный встречный диск с освещёнными щелями, вращавшийся вчетверо быстрее. Такую картинку могли видеть сразу несколько человек. В продажу устройство не поступило; известны лишь два диска ручной работы, оба в коллекции Плато в Гентском университете. Первые изображения для них сделал художник Жан-Батист Маду, а последовательные фазы дорисовывал сам Плато. В 1849 году он обсуждал и соединение своего диска со стереоскопом Чарльза Уитстона; запатентованная в 1852 году Дюбоском версия большого успеха не имела.
Главным же делом зрелых лет стали жидкости. Плато изучал капиллярность и поверхностное натяжение и впервые показал, что масло в смеси воды и разбавленного спирта собирается в шар, который не тонет и не всплывает. Если такой шар быстро вращать, от него отделяется кольцо, распадается на капли, и те продолжают кружить вокруг основного шара. Большой цикл опытов с мыльными плёнками дал законы Плато, описывающие, как плёнки располагаются в пене. С его именем связаны и задача о поверхности наименьшей площади, натянутой на заданный замкнутый контур, — проблема Плато, которую он решал физически, окуная проволочные рамки в мыльный раствор, — и неустойчивость Рэлея — Плато. Итогом стал двухтомный труд «Statique expérimentale et théorique des liquides soumis aux seules forces moléculaires», изданный в Париже в 1873 году.
Признание пришло при жизни. Плато стал командором ордена Леопольда, в 1870 году — иностранным членом Лондонского королевского общества, в 1872-м — Нидерландской королевской академии наук. Он умер в Генте 15 сентября 1883 года в возрасте 81 года.
От барабана с лентой к театру с зеркалами
Слабое место фенакистископа очевидно: на диск помещалось немного рисунков, смотреть мог один человек. Следующее поколение приборов решало именно эти задачи. Британский математик Уильям Джордж Горнер придумал вместо диска открытый сверху барабан с вертикальными прорезями, внутрь которого кладётся лента с картинками. Своё устройство он называл «дедалеумом», или «колесом дьявола». Дату источники дают разную: в одних это 1833 год, в других 1834-й. Совсем простой прибор такого рода, по сведениям тех же источников, существовал ещё в Китае около 180 года: его приписывают мастеру Дин Хуаню.
Зоотроп в Промышленном музее ЛидсаПривычное название «зоотроп» — от греческих слов «жизнь» и «вращение» — в 1860 году закрепили за подобными устройствами француз Девинь и американец Уильям Линкольн; патент 1867 года и последующий массовый выпуск сделали барабан популярнее диска, и фенакистископов стали делать меньше. Садуль отмечал, что на ленту помещалось куда больше рисунков, чем на круг. А сами полосы из тонкого картона историки называют прототипом киноплёнки: идея бесконечной ленты привела к мысли о кино Эмиля Рейно, а возможно, и Этьен-Жюля Маре с Эдисоном. Любопытно, что ещё Штампфер предлагал размещать изображения на цилиндре или на закольцованной полосе.
Лента для зоотропа с танцующей парой, около 1860 годаРейно сделал следующий шаг. 20 июля 1877 года он описал во Французской академии наук праксиноскоп, а в августе подал заявку на патент. Это всё тот же цилиндр с полосой из восьми или двенадцати миниатюр, но в центре стоит зеркальная призма с таким же числом граней. Наклон зеркал компенсирует смещение картинки, и она между сменами остаётся неподвижной, а движение выглядит плавнее, без мелькания щелей. В 1888 году на основе праксиноскопа появился оптический театр — деревянный корпус со смотровым окном и декоративными кулисами.
Праксиноскоп в Музее кино в МосквеДругая линия вела к экрану. Уже в 1843 году в Англии Т. У. Нейлор опубликовал проект проектора с прозрачным диском. 15 января 1847 года австрийский фокусник Людвиг Дёблер впервые показал в своём представлении проецируемую анимацию и потом собирал полные залы по всей Европе. Франц фон Ухациус начал разрабатывать проектор для анимации в 1851 году, а в 1853-м его аппарат продемонстрировали Австрийской академии наук. В Париже Дюбоск продавал проекционные модели с 1853 года до 1890-х, а 5 февраля 1870 года в Филадельфии Генри Ренно Хейл представил свой «фазматроп».
Наконец, в 1879 году Эдвард Мейбридж создал зоопраксископ и много лет показывал его на лекциях. На одном из стеклянных дисков для него в фазах бега изображён скелет лошади — ноги расставлены так, как они идут друг за другом в галопе. Круг замкнулся: прибор, придуманный, чтобы проверить свойства глаза, стал показывать глазу то, чего тот не успевает разглядеть в жизни.
«Лошадь в движении» Эдварда Мейбриджа, 1878 годПочему колесо крутится назад: стробоскоп внутри каждого экрана
Слово, которое Штампфер вписал в свою заявку 1833 года, пережило и его, и Плато. В описании его привилегии речь шла о том, что луч зрения при просмотре постоянно прерывается, — именно в этих перерывах, незаметных глазу, одна фигура подменяется другой, чуть сдвинутой.
Сегодня этот же эффект описывают как наложение частот: циклическое движение видно сериями коротких «выборок», и если их частота близка к периоду движения, глаз собирает ложную картину. Отсюда тот самый обман, с которого начинал Плато. Кинокамеры традиционно снимают 24 кадра в секунду. Колесо с двенадцатью спицами, которое делает всего два оборота в секунду, на такой плёнке замрёт. Чуть медленнее — и оно покатится назад. На экране действует тот же закон, что на картонном диске.
Плато, как писали историки кино, очень точно сформулировал закон, на котором основана съёмка и проекция фильмов. Но дело не только в кино. Автомобильная стробоскопическая лампа помогает вручную выставить зажигание двигателя, на стробировании отражённого лазерного луча построено чтение компакт-дисков. Станки, вращающиеся с частотой, кратной частоте сети в 50 или 60 герц, под мерцающим светом могут казаться неподвижными, и это уже не фокус, а риск травмы.
Самую понятную параллель предлагает сама природа фенакистископа. Это короткая зацикленная сценка из нескольких кадров, которая повторяется без конца, — его часто сравнивают с GIF-анимацией.
Память о Плато сохраняется и в неожиданных местах. В Бельгии вручали премию его имени, статуэтка которой напоминала фенакистископ. 14 октября 2019 года, к 218-летию учёного, Google выпустил праздничный логотип — первый, у которого были разные варианты рисунка для компьютера, телефона и приложения. Астероид (11966) Плато носит его имя, а в Гентском университете хранятся диски, над которыми работал человек, к тому времени уже не видевший их.
