Вспомните, сколько радости и удовольствия доставили вам люди, создавшие кинематограф, создавшие его техническую основу — кинокамеру и киноаппарат, два рядовых автомата, и оцените по достоинству их труд и изобретательность.

Если вы посмотрите сквозь ресницы на горящую электрическую лампочку, находящуюся от глаз на значительном расстоянии, то вам покажется, что она окружена радужными кольцами. Эта картина является следствием дифракции света — явления, возникающего при прохождении света сквозь узкие отверстия или щели и связанного с разложением белого света на составляющие его цвета.

Не будет преувеличением сказать, что разложение света на цвета (получение его спектра) является одним из наиболее мощных средств, которые использует человек для изучения окружающего мира. Наука и техника сегодня уже не могут обойтись без спектрографа — прибора, предназначенного для фотографирования спектров различных излучений. С его помощью астрономы изучают звезды, физики — атомы, химики — молекулы, биологи — живые клетки, металлурги — сплавы.

Наиболее простой способ «рассортировать» цвета того или иного излучения состоит в том, что свет этого излучения пропускают через стеклянную призму. Впервые так сделал около трехсот лет тому назад Ньютон, изучая удивительный эффект разложения обычного белого света на все цвета радуги. Призмы еще до сих пор применяются в спектрографии. Однако сердцем современного мощного спектрографа теперь служит не призма, а дифракционная решетка — величайшее чудо механической точности.

Дифракционная решетка представляет собой серию очень узких параллельных канавок, прорезанных на пластинке, сделанной из специального стекла. Эти канавки так узки и так тесно расположены, что каждую из них трудно разглядеть в подробностях даже в микроскоп. До 2–3 тысяч таких канавок приходится на 1 миллиметр ширины решетки, все они должны иметь одинаковую ширину, глубину и профиль. И что самое главное, они должны быть абсолютно параллельны и находиться на совершенно одинаковых расстояниях одна от другой.

Отклонения от идеального расположения канавок не должны превосходить сотых долей микрона! Здесь нет опечатки. Именно сотых долей микрона!

Как ни поразительны дифракционные решетки, изготавливающие их автоматы — так называемые делительные машины — еще более удивительны.

Строятся они, конечно, несерийно. Во всем мире их сейчас не так уж много. И те, кому нужны точные дифракционные решетки, должны годами ждать выполнения своих заказов.

И при всем том по своей принципиальной схеме делительная машина ненамного сложнее простой мясорубки и, уж безусловно, намного проще пишущей машинки.

Канавку за канавкой прорезает алмазный резец двумя передними кромками. Он укреплен в ползуне, который движется вперед и назад по смазанным направляющим. Ход вперед — прорезана очередная канавка, ход назад — резец поднят, а в это время нижний стол, несущий заготовку, перемещается на один шаг. Следующий ход вперед — прорезана еще одна канавка. Весь процесс, как говорится, проще пареной репы. Машина работает не спеша сутки за сутками, без остановки; и когда она в течение нескольких суток наездит таким образом туда и сюда несколько километров, должна получиться дифракционная решетка чуть шире нашей ладони с канавками длиной с указательный палец.

Должна получиться! Но никто не знает, будет ли она удовлетворять тем фантастическим требованиям, которые к ней предъявляются. Не знают этого даже те, кто проводит около нее день за днем десятки лет и, уж конечно, хорошо изучил ее привычки, характер, норов. Почему? А вот почему.

К сотням, тысячам машин предъявляется требование — точность, точность и еще раз точность!

В делительной машине, как лучи света в увеличительном стекле, сконцентрированы и десятикратно увеличены те трудности, с которыми сопряжены попытки человека повысить точность любой машины.

Делительные машины работают на границе точности, на той границе, где начинает сказываться «жизнь» безжизненного металла, из которого сделаны их части.

Металл тверд, но не абсолютно! Небольшие усилия, которые нужно приложить, чтобы, повернув винт, передвинуть нижний стол машины, заставляют винт сжиматься. Конечно, на совершенно ничтожную величину — на десятые доли микрона. Но ведь это уже в 10 раз больше допустимой величины ошибки изготовления решетки! Упругие же деформации других деталей, изменения толщины смазочного слоя между винтом подачи и гайкой увеличивают неопределенность положения алмазного резца еще в несколько раз.

При таких сверхточностях начинает казаться, что детали машины изготовлены не из твердейшей стали, а из резины. С допуском в сотые доли микрона автомат должен перемещать пластинку из одного положения в другое и выдерживать эту точность на протяжении всего пути движения резца. А деформации, происходящие в процессе нормальной работы автомата, превосходят величину допуска в десятки раз. Так может ли вообще хоть сколько-нибудь удовлетворительно работать такой автомат? Оказывается, может! Надо только добиться, чтобы его детали и звенья при каждом ходе нагружались по возможности одинаковыми силами. Тогда они каждый раз будут деформировать механизм на одинаковую величину, и деформации не очень сильно скажутся на точности работы автомата.

Основными силами, нагружающими звенья механизма делительной машины, являются силы трения между винтом и гайкой, а также на направляющих нижнего стола.

Сложнейший физический процесс протекает в зазорах ничтожной величины между винтом подачи и гайкой, между столом делительной машины и его направляющими. В результате этого процесса сила трения не остается постоянной. И сколько уменья и искусства надо, чтобы эти изменения не выходили за допустимые пределы, составляющие всего лишь 0,5 процента максимальной величины!

Но трение не единственное зло, угрожающее точности действия машины. В процессе изготовления только одной решетки несущий ее стол сотни тысяч раз проводит по направляющим. Они изнашиваются — теряется точность.

Металл стареет. В результате с течением времени изготовленные из него детали в ничтожных пределах меняют размеры. Для многих машин это не имеет значения. Для делительных — гибельно.

Любую машину следует предохранять от действия пыли. Это знает каждый конструктор и принимает необходимые меры. Делительной машине пыль угрожает катастрофой. Одна пылинка, попавшая между гайкой и винтом или резцом и заготовкой, может привести к браку.

А вибрации! Ветер раскачивает деревья, растущие у здания, в котором установлена делительная машина; их колебания могут отразиться на движении алмазного резца.

Ничтожные колебания температуры вызывают еще более ничтожные изменения размеров металлических деталей. Однако для делительной машины нет ничтожных размеров и величин; и мизерные колебания температуры могут вывести ее из строя.

Много лет с созданием этих машин был тесно связан американский физик Альберт Майкельсон, автор целой серии исследований и опытов по определению скорости света. Свои впечатления о результатах работы машины он изложил в следующих словах: «Когда кажется, что ничего не получится, решетка получается великолепной. Мы празднуем это событие, думая, что проблема решена, а при следующей попытке терпим горькую неудачу. Поневоле приходишь к мысли, что машина имеет женский характер. С ней нужно шутить, ее нужно задабривать, уговаривать, обманывать, а иногда ей нужно угрожать.»

Казалось бы, непреодолимые препятствия вставали на пути создания подобных уникумов, но что может остановить человека, когда он берется за дело?

В глубоком подвале, на специальном фундаменте, за стеклянной стеной установлена делительная машина. Она работает, но алмазный резец поднят. Так она работает час за часом, пока не «прогреется» до своей обычной рабочей температуры, а потом она вхолостую работает еще добрый десяток часов для того, чтобы стабилизировалась смазочная пленка на подвижных частях машины. Только после этого опускается алмаз и начинается процесс изготовления решетки. И там, где стоит машина, нет ни одной пылинки, нет колебания температуры, которая поддерживается постоянной с точностью до сотых долей градуса.