Caleidoscopio
La reflexión múltiple por dos o más superficies reflectantes se conoce desde la antigüedad y fue descrita como tal por Giambattista della Porta en su Magia Naturalis (1558-1589). En 1646 Athanasius Kircher describió un experimento con una construcción de dos espejos, que podían abrirse y cerrarse como un libro y colocarse en varios ángulos, mostrando figuras poligonales regulares formadas por sectores alícuotas reflejadas de 360°. La obra New Improvements in Planting and Gardening (1717) del Sr. Bradley describía una construcción similar que se colocaba sobre dibujos geométricos para mostrar una imagen con reflexión multiplicada. Sin embargo, no se registró una configuración óptima que produjera todos los efectos del caleidoscopio antes de 1815.
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En 1814 Sir David Brewster realizó experimentos sobre la polarización de la luz por reflejos sucesivos entre placas de vidrio y observó por primera vez «la disposición circular de las imágenes de una vela alrededor de un centro, y la multiplicación de los sectores formados por las extremidades de las placas de vidrio». Lo olvidó, pero notó una versión más impresionante del efecto durante otros experimentos en febrero de 1815. Un tiempo después le impresionó el reflejo multiplicado de un trozo de cemento atravesado en el extremo de una cubeta de vidrio triangular, que parecía más regular y casi perfectamente simétrico en comparación con los objetos reflejados que se habían situado más lejos de las placas reflectantes en experimentos anteriores. Esto desencadenó más experimentos para encontrar las condiciones más bellas y simétricamente perfectas. Una primera versión tenía trozos de vidrio coloreado y otros objetos irregulares fijados de forma permanente y fue admirada por algunos miembros de la Royal Society de Edimburgo, entre ellos Sir George Mackenzie, que predijo su popularidad. A continuación se creó una versión en la que algunos de los objetos y piezas de vidrio podían moverse al girar el tubo. El último paso, considerado como el más importante por Brewster, consistió en colocar los cristales reflectantes en un tubo de arrastre con una lente cóncava para introducir claramente los objetos circundantes en el patrón reflejado.
Brewster pensaba que su instrumento era de gran valor en «todas las artes ornamentales» como dispositivo que creaba una «infinidad de patrones». Los artistas podían delinear con precisión las figuras producidas por el caleidoscopio mediante el microscopio solar (un tipo de dispositivo de cámara oscura), la linterna mágica o la cámara lucida. Brewster creía que al mismo tiempo se convertiría en un instrumento popular «con fines de diversión racional». Decidió solicitar una patente. En julio de 1817 se concedió la patente británica nº 4136 «para un nuevo instrumento óptico llamado «El Caleidoscopio» para exhibir y crear bellas formas y patrones de gran utilidad en todas las artes ornamentales». Desgraciadamente, el fabricante originalmente contratado para producir el producto había mostrado uno de los instrumentos patentados a algunos de los ópticos londinenses para ver si podía conseguir pedidos de ellos. Pronto el instrumento fue copiado y comercializado antes de que el fabricante hubiera preparado algún número de caleidoscopios para su venta. Se calcula que se vendieron doscientos mil caleidoscopios en Londres y París en sólo tres meses. Brewster calculó que como mucho un millar de ellos eran copias autorizadas y construidas correctamente, mientras que la mayoría de los demás no daban una impresión correcta de su invento. Debido a que relativamente pocas personas habían experimentado un caleidoscopio adecuado o sabían cómo aplicarlo a las artes ornamentales, decidió publicar un tratado sobre los principios y la construcción correcta del caleidoscopio.
Se pensó que la patente se redujo en un Tribunal de Justicia ya que sus principios eran supuestamente ya conocidos. Brewster afirmó que el caleidoscopio era diferente porque las posiciones particulares del objeto y del ojo, jugaban un papel muy importante en la producción de las bellas formas simétricas. La opinión de Brewster fue compartida por varios científicos, entre ellos James Watt.
Philip Carpenter intentó originalmente producir su propia imitación del caleidoscopio, pero no quedó satisfecho con los resultados. Decidió ofrecer sus servicios a Brewster como fabricante. Brewster aceptó y los modelos de Carpenter recibieron el sello de «único fabricante». Al darse cuenta de que la empresa no podía satisfacer el nivel de demanda, Brewster obtuvo el permiso de Carpenter en 1818 para que el aparato fuera hecho por otros fabricantes. En su Tratado sobre el Caleidoscopio de 1819, Brewster enumeró más de una docena de fabricantes/vendedores de caleidoscopios patentados. La empresa de Carpenter seguiría vendiendo caleidoscopios durante 60 años. H.M. Quackenbush Co., con sede en el norte del estado de Nueva York, en Estados Unidos, era otro fabricante autorizado.
En 1987, la artista de caleidoscopios Thea Marshall, en colaboración con el Centro de Ciencia y Tecnología de Willamette, un museo de ciencias situado en Eugene, Oregón, diseñó y construyó una exposición itinerante de matemáticas y ciencia de 1.000 pies cuadrados, «Caleidoscopios: Reflejos de la ciencia y el arte». Con financiación de la Fundación Nacional de la Ciencia, y difundida bajo los auspicios del Servicio de Exposiciones Itinerantes de la Institución Smithsoniana (SITES), la exposición apareció en 15 museos de ciencias durante un periodo de tres años, llegando a más de un millón de visitantes en Estados Unidos y Canadá. Los módulos interactivos de la exposición permitieron a los visitantes comprender y apreciar mejor el funcionamiento de los caleidoscopios.