Dosje “Rijeka 1886.”: fotografija koja je razotkrila nevidljivo
Godine 1999. film The Matrix popularizirao je efekt koji će postati poznat kao bullet time. Kako bi gledatelj mogao kružiti oko gotovo zamrznutog metka i likova zaustavljenih usred pokreta, korišten je niz od čak 120 fotoaparata čije su se snimke poslije spajale u kontinuirani pokret.
Više od stoljeća ranije u Rijeci se pojavio sličan fotografski problem, samo bez digitalnih efekata i bez mogućnosti da se nedostatak tehnologije naknadno riješi računalom. Nije trebalo postići da metak samo izgleda zamrznuto, nego ga zaista zaustaviti u letu.
Pritom se pokušavalo fotografirati nešto još neobičnije: promjene u zraku koje ljudsko oko ne može vidjeti.
Godina je 1886., mjesto je Rijeka, tada službeno Fiume, a čovjek iza tog eksperimenta zvao se Peter Salcher. Ipak, vratimo se korak unazad.
Prespori metak
Priča počinje nekoliko stotina kilometara dalje, u Pragu.
Fizičar Ernst Mach već se godinama bavio gibanjem, zvukom i valnim pojavama, a posebno ga je zanimalo što se događa sa zrakom neposredno oko projektila u letu.
Pretpostavka je bila prilično jednostavna. Ako se projektil velikom brzinom probija kroz zrak, ispred njega i oko njega moraju nastajati područja promijenjenog tlaka i gustoće. Problem je bio u tome što takve promjene ljudsko oko ne vidi.
Mach i njegov suradnik J. Wentzel pokušali su ih fotografirati i uspjeli snimiti sam projektil, ali ne i ono što su tražili oko njega.
Razlog je bio gotovo ironičan. Njihov projektil nije bio dovoljno brz. U laboratoriju su uspijevali postići najviše oko 240 metara u sekundi, što je osjetno sporije od brzine zvuka u zraku.
Za nastavak pokusa Machu je trebalo ozbiljnije oružje i prostor u kojem se sigurno može raditi s projektilima brzine 500 do 600 metara u sekundi.
Dana 25. siječnja 1886. obratio se profesoru fizike i mehanike Mornaričke akademije u Rijeci, Peteru Salcheru.
Mach mu je vrlo konkretno opisao što pokušava postići, dakle, optički dokazati, odnosno fotografirati, zgusnutu masu zraka koja nastaje pri velikoj brzini projektila.
Salcher je prihvatio izazov i problem se iz fizikalnog vrlo brzo pretvorio i u fotografski.
Fizičar koji je ozbiljno shvaćao fotografiju
Peter Salcher nije bio fotograf koji se slučajno zainteresirao za fiziku. Bilo je upravo obratno. On je bio fizičar kojemu je fotografija služila kao ozbiljan eksperimentalni alat.
Rođen je 1848. u Austriji, doktorirao je fiziku u Grazu, a od 1875. predavao fiziku i mehaniku na riječkoj Mornaričkoj akademiji. Vodio je njezin fizikalni kabinet i meteorološku postaju te se bavio mehanikom, balistikom, meteorologijom i fotografijom.
U riječkom eksperimentu nije radio sam. Pridružio mu se Sándor Alexander Riegler, profesor kemije i fizike, član riječkog Kluba prirodnih znanosti i ozbiljan fotoamater. Riegler će poslije postati i prvi predsjednik riječkog fotografskog odjela.
Njihov je zadatak za tehnologiju 1886. bio poprilično zahtjevan. Trebalo je fotografirati predmet koji se kreće brže od zvuka.
Nije bilo elektroničkih senzora ni brzih digitalnih kamera, a zatvarač od 1/8000 sekunde, kakav danas nalazimo na mnogim fotoaparatima, ionako ne bi bio dovoljno brz.
Rješenje zato nije bilo u konstrukciji još bržeg mehaničkog zatvarača. Ekspoziciju je trebalo kontrolirati na sasvim drugi način.
Kad bljesak postane zatvarač
Eksperiment se izvodio u mraku. Fotografska ploča bila je spremna, a prolazak metka kroz eksperimentalni sustav aktivirao je električno pražnjenje.
Salcherov uređaj koristio je nabijenu lajdensku bocu i dva povezana iskrišta. Nailazeći projektil razbio bi stakleni dio okidačkog sustava, čime bi se pokrenulo pražnjenje i proizvela iznimno kratka električna iskra koja bi osvijetlila projektil i fotografsku ploču.
U takvim uvjetima nije bilo važno koliko je dugo fotografska ploča fizički bila „otvorena”. Slika je nastajala samo tijekom vrlo kratkog trenutka u kojem je iskra osvijetlila prizor.
Mach je poslije trajanje takvog osvjetljenja procijenio na približno 1/800.000 sekunde, odnosno oko 1,25 mikrosekundi.
Metak koji leti oko 500 metara u sekundi u jednoj mikrosekundi prijeđe tek djelić milimetra. To je dovoljno malo da na fotografskoj ploči više ne ostane kao duga razmazana crta, nego kao razmjerno oštar predmet zamrznut u letu.
Električna iskra praktički je preuzela ulogu fotografskog zatvarača.
Ali snimiti metak bio je tek prvi dio problema. Salcher i Riegler željeli su vidjeti i ono što se događa oko njega.
Kako fotografirati prozirni zrak?
Zrak je uglavnom proziran pa ga običnom fotografijom ne možemo jednostavno snimiti. Ipak, optički nije potpuno nepromjenjiv.
Promjene temperature, tlaka ili gustoće mijenjaju njegov indeks loma. Svjetlosna zraka koja prolazi kroz područja različite gustoće pritom vrlo malo mijenja smjer. Ta su odstupanja premala da bismo ih izravno vidjeli golim okom, ali mogu se učiniti vidljivima odgovarajućim optičkim sustavom.
Tu se pojavljuje Schlieren metoda.
Njezine temelje razvio je njemački fizičar August Toepler, koji je zanimljivo bio jedan od Salcherovih profesora u Grazu. Salcher je tu metodu prilagodio fotografiranju projektila.
Pojednostavljeno, paralelni snop svjetlosti prolazi kroz područje koje promatramo. Ako je gustoća zraka svugdje jednaka, zrake prolaze gotovo jednako. Ako se u zraku pojavi udarni val, promjene gustoće malo skreću dio svjetlosnih zraka.
Optički sustav te vrlo male razlike pretvara u svjetlija i tamnija područja na fotografiji.
Dakle, ne fotografiramo sam zrak, nego način na koji promjene njegove gustoće utječu na prolazak svjetlosti.
Zbog toga često ponavljanu tvrdnju da su Salcher i Mach „fotografirali zvuk” treba uzeti s rezervom. Na fotografskoj ploči nije postao vidljiv zvuk, nego ono što nadzvučno gibanje projektila radi zraku.
Jedan pucanj, jedna iskra i jedna ploča
Kada je projektil prošao kroz eksperimentalno područje, udarni val ispred njega stvorio je naglu promjenu gustoće zraka. Schlieren optika učinila je tu promjenu vidljivom, električna iskra osvijetlila je prizor, a fotografska ploča sve zabilježila.
Rezultat je bio projektil uhvaćen u letu zajedno s karakterističnim linijama udarnih valova oko njega.
Salcher i Riegler nisu napravili samo jednu uspješnu fotografiju. Tijekom pokusa snimljeno je oko 80 staklenih fotografskih ploča.
Upravo je mogućnost ponavljanja pokusa bila važna za njegovu znanstvenu vrijednost. Događaj koji je trajao otprilike milijuntinku sekunde sada se mogao trajno sačuvati, ponovno pogledati, mjeriti i uspoređivati s drugim snimkama. Fotografije se moglo poslati drugom znanstveniku i analizirati ih dugo nakon što je stvarni događaj završio.
Salcher je snimke radio u Rijeci, Mach ih je mogao proučavati u Pragu, a rezultati su se ponovno vraćali u Rijeku.
U tome postoji zanimljiva razlika između brzine samog pokusa i brzine tadašnje znanstvene komunikacije. Fotografija je bilježila događaj koji je trajao otprilike milijuntinku sekunde, dok su podaci između Rijeke i Praga danima putovali običnom poštom.
Prva fotografija nadzvučnog udarnog vala
Bez posebnog pretjerivanja možemo reći da je u Rijeci 1886. prvi put fotografski zabilježen objekt koji se kreće nadzvučnom brzinom zajedno s karakterističnim udarnim valovima koje proizvodi.
To nije bila prva fotografija metka u povijesti, niti prvi slučaj korištenja Schlieren metode ili fotografije u znanstvenom istraživanju.
Nova je bila upravo kombinacija nadzvučnog projektila, njegova udarnog vala i fotografskog zapisa.
Mach i Salcher rezultate su 1887. zajedno objavili u radu pomalo nezgrapnog naslova:
Photographische Fixirung der durch Projectile in der Luft eingeleiteten Vorgänge — Fotografsko bilježenje pojava u zraku uzrokovanih projektilima.
Na temelju takvih fotografija bilo je moguće analizirati odnos između brzine projektila, brzine zvuka i kuta udarnog vala.
Iz tog će se područja istraživanja razviti ono što danas poznajemo kao Machov broj — oznaku odnosa brzine nekog objekta prema brzini zvuka.
Mach 1 označava brzinu zvuka, Mach 2 dvostruku brzinu zvuka i tako dalje.
Ime Ernsta Macha danas je ostalo u samom jeziku aerodinamike, ali dio ključnih fotografija koje stoje iza te povijesti nastao je u Rijeci.
📜 NAPOMENA IZ ARHIVE: Gdje je točno pucano?
Oko točne lokacije prvih riječkih pokusa postoji mala neurednost u izvorima.
Detaljna biografija Petera Salchera u Hrvatskoj tehničkoj enciklopediji opisuje posebno izgrađen privremeni objekt u dvorištu Mornaričke akademije kao mjesto eksperimenta. Ista institucija, međutim, u captionima povijesnih fotografija eksperiment povezuje s riječkom tvornicom torpeda Torpedofabrik Whitehead & Comp.
Ono što je sigurno jest da je Salcherov rad bio duboko povezan s riječkim vojnim i industrijskim okruženjem, a veza s Whiteheadovom tvornicom vrlo brzo postaje izravna.
Zato nije potrebno izabrati slikovitiju verziju samo zato što „metak u tvornici torpeda” zvuči bolje.
Povijest ponekad ostavi mutniji kadar.
Priča nije završila fotografijom metka
Nakon uspješnih pokusa Salcher nije jednostavno završio s istraživanjem nadzvučnog gibanja. Pokušao je problem okrenuti na drugu stranu.
Umjesto da projektil velikom brzinom prolazi kroz miran zrak, zanimalo ga je što će se dogoditi ako predmet ostane na mjestu, a zrak nadzvučnom brzinom struji oko njega.
U tom dijelu priče pojavljuje se ime koje je teško zaobići kada se govori o industrijskoj povijesti Rijeke — Whitehead.
Salcher je u suradnji s Johnom Whiteheadom, sinom Roberta Whiteheada, nastavio istraživanja u tvornici torpeda. Koristili su stlačeni zrak i promatrali nadzvučno strujanje oko mirujućih tijela.
Godine 1888. Salcher je konstruirao eksperimentalni uređaj za proučavanje nadzvučnog strujanja koji Hrvatska tehnička enciklopedija opisuje kao prvi nadzvučni zračni tunel. U širem povijesnom kontekstu sigurnije ga je opisati kao važnu preteču kasnijih nadzvučnih zračnih tunela.
U tim je strujanjima proučavao refleksiju valova i periodičke strukture koje danas povezujemo s nadzvučnim mlazovima.
Zbog toga riječke fotografije nisu zanimljive samo kao prvi uspješan pokušaj zamrzavanja nadzvučnog metka. One pripadaju počecima eksperimentalnog proučavanja nadzvučnog strujanja, desetljećima prije mlaznih aviona, raketa i vremena u kojem će izraz „probijanje zvučnog zida” postati dio svakodnevnog jezika.
Fotografija kao produžetak oka
Fotografija se u znanosti koristila mnogo prije Salcherovih eksperimenata. Astronomi su njome snimali Sunce i zvijezde, mikroskopisti preparate, liječnici pacijente, a prirodoslovci biljke, životinje i geološke formacije.
Zato ne bi bilo točno tvrditi da je fotografija 1886. u Rijeci prvi put postala znanstveni instrument.
Salcherov pokus pokazuje nešto drugo. Fotoaparat više nije služio samo tome da trajno zabilježi prizor koji čovjek ionako može vidjeti. Počeo je omogućavati proučavanje događaja koje ljudsko oko zbog njihove brzine ili prirode ne može promatrati na isti način.
Oko ne može zaustaviti metak u letu niti analizirati oblik udarnog vala koji uz njega postoji samo djelić milijuntinke vremena. Fotografska ploča je mogla.
U takvim eksperimentima fotografija više nije bila samo sredstvo za čuvanje prizora nego i način da čovjek proširi granice onoga što uopće može promatrati, a fotoaparat je postao ozbiljan alat u znanstvenim istraživanjima.
📜 IZDVOJENO IZ ARHIVE: Deset godina poslije — još jedna nevidljiva slika
Da je ova priča završila 1886., Peter Salcher već bi imao sasvim pristojno mjesto u povijesti znanstvene fotografije.
Međutim, deset godina poslije pojavila se nova tehnologija koja se vrlo dobro uklopila u njegov interes za ono što ljudsko oko ne može izravno vidjeti.
Wilhelm Conrad Röntgen krajem 1895. objavio je otkriće dotad nepoznatog zračenja koje je nazvao X-zrakama.
Vijest se Europom proširila vrlo brzo, a Salcher je u Rijeci reagirao gotovo odmah. Dana 20. veljače 1896. održao je u riječkom Klubu prirodnih znanosti predavanje o Röntgenovu otkriću.
Nije se zadržao samo na teoriji. Složio je privremenu aparaturu i napravio dvije rendgenske snimke.
Jedna od sačuvanih prikazuje ruke barunice Josephine Mollinary–Vranyczany. Na fotografiji se kroz tkivo vide kosti i metalni prstenovi, a hrvatski izvori tu snimku smatraju prvim poznatim rendgenogramom napravljenim u Hrvatskoj.
Deset godina ranije Salcher je fotografijom učinio vidljivima promjene gustoće zraka oko projektila. Sada je novom vrstom zračenja mogao prikazati unutrašnjost ljudskog tijela.
U oba slučaja fotografija mu je služila za isti osnovni cilj – prikazati ono što običnim pogledom ne možemo vidjeti.
Strah od pogleda kroz odjeću
Röntgenovo otkriće vrlo je brzo izazvalo i fascinaciju i strah.
Novine su počele nagađati što bi se dogodilo kada bi nova vrsta zraka omogućila ljudima da vide kroz odjeću.
Ideja je bila fizikalno prilično naivna, ali tržištu to nije mnogo smetalo. Pojavile su se čak reklame za navodno donje rublje otporno na rendgenske zrake, zamišljeno kao zaštita od neželjenih rendgenskih pogleda.
Nova tehnologija tako je, praktički odmah nakon pojave, dobila i svoj prvi val straha, pretjerivanja i proizvoda koji su pokušavali nešto zaraditi na njemu.
U tom se smislu tijekom posljednjih stotinjak godina nismo osobito promijenili.
Fotografija koja ogoljuje i razotkriva
Između Salcherove rendgenske snimke iz 1896. i fotografija projektila iz 1886. postoji jedna važna razlika.
Rendgenska snimka prikazuje strukturu koja je već ondje. Kosti se nalaze unutar šake prije, tijekom i nakon fotografiranja.
Udarni val je drukčiji. On nastaje prolaskom projektila, mijenja se, putuje i nestaje.
Salcherova fotografska ploča zato nije samo pokazala nešto skriveno iza površine, nego je zaustavila proces koji bi bez fotografije prošao i nestao prije nego što bi ga čovjek mogao detaljno proučiti.
Tu se vrlo dobro vidi jedna od važnih promjena u ulozi fotografije u znanosti. Više nije služila samo kao trajniji zapis izgleda svijeta, nego kao način proučavanja procesa koje čovjek vlastitim osjetilima ne može dovoljno brzo ili dovoljno precizno pratiti.
Rijeka, 1886.
Povijest znanosti često zamišljamo kroz velike europske znanstvene i kulturne centre poput Londona, Pariza, Berlina, Beča, Praga ili Cambridgea.
Jedna od ključnih fotografija rane nadzvučne fizike, međutim, nije nastala ni u jednom od njih.
Nastala je u Rijeci, tada službeno Fiume, industrijskom i vojno-pomorskom gradu Austro-Ugarske, u eksperimentima riječkog profesora Petera Salchera i njegova suradnika Sándora Rieglera.
Mach je iz Praga postavio problem, a u Rijeci su nastale fotografije koje su omogućile njegovo proučavanje.
Na njima se nije vidio samo projektil u letu. Vidljive su postale i promjene u zraku koje su dotad za ljudsko oko praktički bile nepostojeće.
Deset godina poslije Salcher će fotografirati kosti unutar ljudske ruke.
Priča o X-zrakama time, naravno, nije završila. U sljedećem dosjeu pojavljuju se Nikola Tesla, Mark Twain i fotografije nastale na samom početku rendgenskog doba.
Izvori i dodatna literatura
Hrvatska tehnička enciklopedija — Peter Salcher. Detaljan prikaz Salcherova rada na Mornaričkoj akademiji, riječkih pokusa iz 1886. i suradnje sa Sándorom Rieglerom.
Ernst Mach & Peter Salcher, 1887. — Photographische Fixirung der durch Projectile in der Luft eingeleiteten Vorgänge. Izvorni zajednički znanstveni rad o fotografiranju pojava oko projektila.
Luca Guzzardi — Epistemology in Practice: Ernst Mach’s Experiments on Shock Waves and The Place of Philosophy. Moderna historiografska analiza razvoja Machovih pokusa i njegove korespondencije sa Salcherom.