Caleidoscopio
La riflessione multipla da parte di due o più superfici riflettenti è nota fin dall’antichità e fu descritta come tale da Giambattista della Porta nella sua Magia Naturalis (1558-1589). Nel 1646 Athanasius Kircher descrisse un esperimento con una costruzione di due specchi, che potevano essere aperti e chiusi come un libro e posizionati in vari angoli, mostrando figure poligonali regolari composte da settori riflessi aliquote di 360°. New Improvements in Planting and Gardening del signor Bradley (1717) descriveva una costruzione simile da collocare su disegni geometrici per mostrare un’immagine con riflessione moltiplicata. Tuttavia, una configurazione ottimale che produce tutti gli effetti del caleidoscopio non fu registrata prima del 1815.
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Nel 1814 Sir David Brewster condusse degli esperimenti sulla polarizzazione della luce mediante riflessioni successive tra lastre di vetro e notò per primo “la disposizione circolare delle immagini di una candela intorno a un centro, e la moltiplicazione dei settori formati dalle estremità delle lastre di vetro”. Se ne dimenticò, ma notò una versione più impressionante dell’effetto durante ulteriori esperimenti nel febbraio 1815. Qualche tempo dopo rimase impressionato dal riflesso moltiplicato di un pezzo di cemento che veniva premuto all’estremità di un trogolo triangolare di vetro, che appariva più regolare e quasi perfettamente simmetrico rispetto agli oggetti riflessi che erano stati situati più lontano dalle lastre riflettenti negli esperimenti precedenti. Questo ha innescato altri esperimenti per trovare le condizioni più belle e simmetricamente perfette. Una prima versione aveva pezzi di vetro colorato e altri oggetti irregolari fissati in modo permanente e fu ammirata da alcuni membri della Royal Society di Edimburgo, incluso Sir George Mackenzie che ne predisse la popolarità. Seguì una versione in cui alcuni oggetti e pezzi di vetro potevano muoversi quando il tubo veniva ruotato. L’ultimo passo, considerato il più importante da Brewster, fu quello di mettere le lastre riflettenti in un tubo con una lente concava per introdurre distintamente gli oggetti circostanti nel modello riflesso.
Brewster pensava che il suo strumento fosse di grande valore in “tutte le arti ornamentali” come un dispositivo che crea una “infinità di modelli”. Gli artisti potevano delineare accuratamente le figure prodotte dal caleidoscopio per mezzo del microscopio solare (un tipo di dispositivo di camera oscura), della lanterna magica o della camera lucida. Brewster credeva che sarebbe diventato allo stesso tempo uno strumento popolare “per scopi di divertimento razionale”. Decise di richiedere un brevetto. Il brevetto britannico n. 4136 “per un nuovo strumento ottico chiamato “The Kaleidoscope” per l’esposizione e la creazione di belle forme e modelli di grande utilità in tutte le arti ornamentali” fu concesso nel luglio 1817. Purtroppo il produttore originariamente impegnato a produrre il prodotto aveva mostrato uno degli strumenti brevettati ad alcuni ottici di Londra per vedere se poteva ottenere ordini da loro. Ben presto lo strumento fu copiato e commercializzato prima che il produttore avesse preparato un certo numero di caleidoscopi da vendere. Si stima che duecentomila caleidoscopi furono venduti a Londra e Parigi in soli tre mesi. Brewster calcolò che al massimo un migliaio di questi erano copie autorizzate e costruite correttamente, mentre la maggior parte degli altri non dava un’impressione corretta della sua invenzione. Poiché così relativamente poche persone avevano sperimentato un caleidoscopio corretto o sapevano come applicarlo alle arti ornamentali, decise di pubblicizzare un trattato sui principi e la corretta costruzione del caleidoscopio.
Si pensava che il brevetto fosse ridotto in un tribunale poiché i suoi principi erano presumibilmente già noti. Brewster affermò che il caleidoscopio era diverso perché le posizioni particolari dell’oggetto e dell’occhio, giocavano un ruolo molto importante nel produrre le belle forme simmetriche. L’opinione di Brewster fu condivisa da diversi scienziati, tra cui James Watt.
Philip Carpenter inizialmente cercò di produrre una sua imitazione del caleidoscopio, ma non fu soddisfatto dei risultati. Decise di offrire i suoi servizi a Brewster come produttore. Brewster accettò e i modelli di Carpenter furono timbrati come “unico produttore”. Rendendosi conto che l’azienda non poteva soddisfare il livello della domanda, Brewster ottenne il permesso da Carpenter nel 1818 che il dispositivo fosse fatto da altri produttori. Nel suo trattato del 1819 sul caleidoscopio Brewster elenca più di una dozzina di produttori/venditori di caleidoscopi brevettati. L’azienda di Carpenter avrebbe continuato a vendere caleidoscopi per 60 anni. H.M. Quackenbush Co. con sede a nord di New York negli Stati Uniti era un altro produttore autorizzato.
Nel 1987, l’artista di caleidoscopi Thea Marshall, lavorando con il Willamette Science and Technology Center, un museo della scienza situato a Eugene, Oregon, ha progettato e costruito una mostra itinerante di matematica e scienza di 1.000 piedi quadrati, “Kaleidoscopes: Reflections of Science and Art”. Con il finanziamento della National Science Foundation, e fatta circolare sotto gli auspici dello Smithsonian Institution Traveling Exhibition Service (SITES), la mostra è apparsa in 15 musei scientifici per un periodo di tre anni, raggiungendo più di un milione di visitatori negli Stati Uniti e in Canada. I moduli interattivi della mostra hanno permesso ai visitatori di capire e apprezzare meglio il funzionamento dei caleidoscopi.