Олександр Теодорович Смакула: український геній оптики

Олександр Теодорович Смакула (1900–1983) народився 9 вересня 1900 року в селі Доброводи, що на території сучасної Тернопільської області в Україні. На початку ХХ століття ця місцевість входила до складу Австро-Угорської імперії. У ті часи сільським дітям було нелегко отримати доступ до якісної освіти, адже школи часто були недоукомплектовані вчителями, а навчальні програми не завжди відображали весь спектр дисциплін, потрібних для розвитку природничо-наукових здібностей.

Попри це, Смакула вже в ранньому віці виявляв надзвичайну допитливість та інтерес до навколишнього світу. Його захоплювали не лише механізми та годинники, які він намагався розбирати та вивчати, але й явища природи на зразок заломлення світла у скляних призмах чи веселки після дощу. Батьки, помітивши природну схильність сина до точних наук, намагалися підтримувати його прагнення розвиватися та здобувати знання. Читання книжок і спеціалізованих журналів з фізики, хімії та математики стало для юного Олександра справжнім шляхом до наукового світу. Часом він годинами обговорював зі знайомими вчителями особливості руху планет або цікавився, чому світло поводиться так дивно в різних оптичних середовищах. Ця пристрасть до експериментування надалі зіграла ключову роль у його науковому становленні.

Навчання та формування як науковця

Перш ніж розпочати навчання у великих європейських університетах, Смакула отримав початкову і середню освіту в рідному краї. Незважаючи на обмежені можливості, його батько та мати наполягали на тому, що здобуття якісної освіти має бути пріоритетом. Після закінчення школи він вступив до навчальних закладів, де навчальні програми були ширшими й доповнювалися курсами природничих дисциплін. Там він почав ґрунтовно вивчати фізику, зокрема цікавився оптичними процесами, які описують поширення світлових хвиль і особливості їхньої взаємодії з різними матеріалами.

Прагнення відкрити нові горизонти привело Олександра до Геттінгенського університету в Німеччині. Цей університет на той час був одним із провідних наукових осередків Європи, де формувалися ключові напрями теоретичної та прикладної фізики. У Геттінгені він познайомився з працями всесвітньо відомих учених, серед яких Макс Борн та Вернер Гайзенберг. В університетській атмосфері він здобував глибинні знання про хвильову природу світла, квантову механіку та методи експериментальних досліджень кристалічних структур. Ці студії заклали основу для подальшої діяльності Смакули в галузі оптики та фізики твердого тіла. Він проводив додаткові досліди в університетських лабораторіях, перевіряючи свої ідеї щодо поліпшення пропускання світла через тверді тіла за допомогою різних тонких плівок. Таке поєднання теоретичних засад і експериментальної бази допомогло йому виокремити напрям досліджень, який у майбутньому стане наріжним каменем його професійної діяльності.

Олександр Смакула та початок кар’єри в Carl Zeiss

Здобувши університетську освіту й заявивши про себе як про талановитого молодого науковця, Смакула одержав пропозицію працевлаштування від компанії Carl Zeiss у місті Єна (Німеччина). На той час Carl Zeiss уже мала світову славу як провідне підприємство у виробництві оптичних систем та інструментів. Туди стікалися найкращі уми, які працювали над удосконаленням лінз, телескопів, біноклів, мікроскопів і фотокамер. Для Олександра це стало унікальною нагодою наблизитися до найсучасніших науково-технічних розробок у галузі оптики.

Його діяльність у компанії полягала в детальних експериментах з різними типами скла, щоб виявити, як домішки та умови виготовлення впливають на прозорість і заломлення світла. У той час великою проблемою в оптичній промисловості лишалося сильне відбиття світла від поверхні лінз. Це призводило до істотних втрат корисного світлового потоку, погіршувало контрастність зображення та збільшувало кількість паразитних відблисків. Смакула активно займався пошуками матеріалів та методик покриття лінз, аби мінімізувати ці негативні ефекти. У процесі численних досліджень він почав розуміти, що найкращий ефект можна отримати за допомогою інтерференційних шарів, товщина яких має бути особливо ретельно підібрана під довжину хвилі світла. Саме ці ідеї привели його до історичного відкриття антиблікових покриттів.

Відкриття антиблікових покриттів

Одне з найвідоміших досягнень Олександра Смакули відбулося приблизно в 1935 році, коли він продемонстрував методику нанесення тонкого шару речовини на поверхню лінз, яка значно зменшувала відбиття світла й тим самим підвищувала контрастність та яскравість зображення. Така плівка мала бути настільки тонкою, що її товщина наближалася до значення λ/4, де λ — довжина хвилі світла. У результаті відбиті хвилі з обох меж покриття взаємно гасять одна одну, тож світло в основному проходить крізь лінзу.

Порівняння звичайного та антиблікового скла

Ця розробка стала справжнім проривом у світі оптики. У патентних матеріалах, підготовлених для Carl Zeiss, Смакула детально описав технологічний процес, умови випаровування покривного матеріалу, підтримку оптимальної температури та тиску, а також способи контролю товщини шару. Рівень теоретичного обґрунтування був надзвичайно високим, а результати, отримані в лабораторних умовах, підтвердили виняткову ефективність нового покриття. Відтоді різні варіації на тему “просвітлення оптики” стали ключовими для будь-якого виробника лінз і фототехніки. Антиблікові покриття швидко поширилися у виробництві не лише фотоапаратів, але й телескопів, біноклів, мікроскопів та іншої оптичної апаратури. Сьогодні ці технології активно застосовують у виготовленні дисплеїв, окулярів і навіть у космічній промисловості, де мінімізація втрати світла має критичне значення.

Секретність під час Другої світової війни

Перетворення теоретичних відкриттів Смакули на комерційно успішні продукти відбувалося в напружений період, адже Друга світова війна вже насувалася на Європу. Німецька держава, розуміючи високу цінність вдосконалених оптичних приладів для військових цілей, зробила все можливе, щоб тримати у таємниці деталі процесу нанесення антиблікових покриттів. У часи активних бойових дій, коли якісні приціли та перископи були надважливими для артилерії й танкових військ, винахід Смакули став стратегічно цінним.

Технологія просвітлення лінз у межах компанії Carl Zeiss перебувала під ретельним наглядом, а документація зберігалася за умов підвищеної секретності. Деякі дослідники вказують, що навіть у внутрішніх патентах доступ до деталей технологічного процесу був обмежений. Незважаючи на це, дослідні групи використовували розробки Смакули в оптичному обладнанні для військових потреб, що давало змогу значно поліпшити точність наведення і зменшувати блиск, який міг би видати розташування техніки. Цей період діяльності науковця часто описують як складний, адже він працював у Німеччині, яка перебувала в стані війни, і не міг відкрито ділитися результатами своїх досліджень із міжнародною науковою спільнотою.

Переїзд до США та подальша наукова діяльність

Після завершення війни й повоєнної руйнації Європи Олександр Смакула вирішив переїхати до Сполучених Штатів Америки. Багато європейських науковців у ті роки обирали саме цей шлях, оскільки американські університети і науково-дослідні інститути пропонували кращі умови для досліджень і, головне, більшу свободу публікувати результати. У США Смакула приєднався до Массачусетського технологічного інституту (MIT), де знайшов однодумців, зацікавлених у розвитку оптики та фізики твердого тіла.

Массачусетського технологічного інституту (MIT)

У цей період він розширив коло своїх досліджень, почавши вивчати взаємодію світла з новими кристалічними матеріалами та напівпровідниками, які могли пропонувати ще ефективніші оптичні властивості. Смакула розробляв методи високоточного контролю за складом матеріалів, що дозволяло йому створювати оптичні системи з певними характеристиками пропускання чи відбиття у вибраних ділянках спектра.

Він публікував результати досліджень у відомих наукових журналах і брав участь у міжнародних конференціях, поступово повертаючись до відкритого наукового діалогу, чого не вистачало в роки війни. Робота Смакули в MIT стала визнанням його неабияких заслуг. У середовищі колег він славився як невтомний експериментатор і видатний теоретик, здатний поєднувати фундаментальні знання фізики хвильових процесів зі сферами прикладного матеріалознавства. Завдяки такому міждисциплінарному підходу він не тільки покращив уже відомі методи просвітлення оптики, а й запропонував низку ідей, як вдосконалити антивідблискові покриття під лазерні системи або інфрачервоні прилади.

Значення для сучасної оптичної індустрії

Розробки Смакули з антиблікових покриттів стали невід’ємною складовою сучасного світу технологій. Сьогодні дуже складно уявити собі фотоапарат, телескоп чи бінокль без просвітленої оптики. Завдяки цій технології вдається досягати яскравіших, контрастніших і візуально приємніших зображень. Мікроскопи з просвітленими лінзами дають змогу медикам і біологам спостерігати за клітинами й мікроорганізмами з максимально можливою точністю, а військова промисловість з вдячністю перейняла концепцію зменшення відблисків, адже це значно підвищує ефективність використання прицільних систем.

Мікроскопи з просвітленими лінзами дають змогу медикам і біологам спостерігати за клітинами й мікроорганізмами з максимально можливою точністю

Інноваційна ідея Смакули про оптимальну товщину плівок лягла в основу сучасних мульти-шарових покриттів, які послідовно зменшують відбиття в різних ділянках електромагнітного спектра. Саме на цих принципах нині будуються багатоелементні об’єктиви для професійної фотографії та наукових досліджень. Розширення його концепції стало визначним для розвитку цифрових технологій, адже нинішні екрани смартфонів, планшетів і ноутбуків також часто покривають антивідблисковими чи олеофобними шарами, що дозволяє запобігти зайвим відбиттям і появі слідів від пальців. Усе це безпосередньо випливає з тих фізичних явищ, які свого часу відкрив Смакула, працюючи в Carl Zeiss і розвиваючи свої ідеї в MIT.

Вшанування пам’яті та заслуг

Упродовж життя Олександр Теодорович Смакула здобув низку міжнародних відзнак, а його ім’я й досі згадують у працях, присвячених історії й розвитку прикладної оптики. Наукові товариства Європи та Америки відзначали його внесок у розвиток оптичної галузі й намагалися запрошувати його на лекції та конференції, бо його відкриття залишалися дуже затребуваними в різних сферах промисловості. Незважаючи на те що більшу частину свого наукового життя він провів поза межами України, Смакула завжди зберігав повагу і любов до рідного краю, цікавився справами науковців, які працювали на батьківщині. Його праці надихнули кілька поколінь українських студентів і дослідників, які вивчали оптику в університетах і науково-дослідних центрах.

Помер учений 17 травня 1983 року в Оберні, штат Массачусетс, у США. Сьогодні його іменем називають наукові заходи, а історики науки детально аналізують і публікують матеріали з архівів Carl Zeiss та MIT, аби зберегти спадщину видатного дослідника. Його роль у створенні фундаменту для сучасних оптичних технологій неможливо переоцінити. Смакула, будучи вихідцем із простого українського села, досягнув світового визнання завдяки своїй наполегливості, таланту та прагненню пізнати природу світла і можливості його використання.

Висновок

Довгий і насичений науковий шлях Олександра Теодоровича Смакули є прикладом того, як невтомне бажання пізнавати світ може привести до фундаментальних відкриттів. Його праця над покриттями, що зменшують відбиття світла, стала одним із найважливіших внесків у сучасну оптичну промисловість та отримала визнання по всьому світу. Завдяки йому зображення, що фіксують фотокамери, спостерігають астрономічні телескопи чи аналізують наукові мікроскопи, стали значно чіткішими.

Технологія, заснована на інтерференційних явищах, яку він уперше розробив у 1930-х роках, досі лишається незамінною у багатьох сферах, від військової техніки до медицини і побутових ґаджетів. Попри складні історичні обставини, Смакула не втратив віри у свій винахід та продовжив дослідження, що врешті-решт допомогло йому залишити неоціненний спадок для майбутніх поколінь. Його внесок у розвиток оптики, фізики твердого тіла та матеріалознавства означає, що ім’я Смакули назавжди буде вписане в історію науки як символ наполегливої праці, видатного інтелекту та пошуку нових можливостей.

Використані джерела:

1. Енциклопедія сучасної України [Електронний ресурс] / НАН України, НТШ. – Київ: Інститут енциклопедичних досліджень НАН України. – Режим доступу: http://esu.com.ua/search_articles.php?id=878.

2. Smakula, A. Verfahren zur Verringerung der Reflexion von Linsen und anderen Optischen Bauteilen / Patent Carl Zeiss. – 1935.

3. Encyclopedia of Ukraine [Електронний ресурс] / Canadian Institute of Ukrainian Studies. – Edmonton: Encyclopedia of Ukraine. – Режим доступу: http://www.encyclopediaofukraine.com

4. MIT Archives – Historical Faculty Profiles [Електронний ресурс] / Massachusetts Institute of Technology Libraries. – Режим доступу: https://libraries.mit.edu/

5. Born M., Wolf E. Principles of Optics / Cambridge University Press. – Cambridge, 1999. – 952 с.