Ломоносов построил более десятка принципиально новых оптических приборов, среди которых наиболее оригинальной была его знаменитая «ночезрительная труба», законченная в 1756 году, но отвергнутая Академией (что, впрочем, не помешало академикам по достоинству оценить аналогичную ломоносовской трубу, полученную из Англии в 1759 году), а также его телескоп с новым отражателем, показанный им академикам в мае 1762 года. Идею своего телескопа, полемическую по отношению к принципу, лежавшему в основе самого эффективного на ту пору телескопа Грегори — Ньютона, Ломоносов сформулировал в «Химических и оптических записках» (1762–1763): «Новоизобретенная мною катадиоптрическая зрительная труба тем должна быть превосходнее невтонианской и грегорианской, что 1) работы меньше, для того что малого зеркала ненадобно; а потом 2) и дешевле, 3) не загораживает большого зеркала и свету не умаляет, 4) не так легко может испортиться, как вышенаписанные, а особливо в дороге, 5) не тупеют и не нуждаются в малом зеркале (коего нет и ненадобно) лучи солнечные, и тем ясность и чистота умножаются, 6) новая белая композиция в зеркале к приумножению света способна». Лишь более четверти века спустя идея Ломоносова будет использована (независимо от него) выдающимся английским астрономом Гершелем в его телескопе-рефлекторе. В сущности, она учитывается при создании астрономических труб этого типа в по сей день. Академик С. И. Вавилов, многие годы отдавший изучению оптических трудов Ломоносова, дал им следующую итоговую оценку: «...по объему и оригинальности своей оптико-строительной деятельности Ломоносов был... одним из самых передовых оптиков своего времени и безусловно первым русским творческим опто-механиком».

Параллельно с практической оптикой Ломоносов усиленно занимается и оптической теорией. Здесь вопросом вопросов для всех европейских ученых была проблема происхождения света. Поиски ее решения определялись противоборством двух точек зрения: теории истечения, предложенной Гассенди и детально разработанной Ньютоном, и волновой теории, философски обоснованной Декартом и физически утвержденной Гюйгенсом. Ломоносов так же, как и его «добрый гений» Эйлер, выступил, в сущности, адептом волновой теории. 1 июля 1756 года он произнес в торжественном публичном собрании Академии наук «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее». Излагая свою теорию, Ломоносов вступил в противоречие с очевидными, экспериментально доказанными фактами. Он, например, вопреки Ньютону, показавшему части спектра, на которые распадается белый цвет, считал, что белое состоит лишь из трех элементарных цветов: красного, желтого и голубого. При этом ломоносовская аргументация носила скорее риторический, чем научный характер: «Живописцы употребляют цветы главные, прочие через смешение составляют: то в натуре ли положить можем большее число родов эфирной материи для цветов, нежели она требует и всегда к своим действиями простых и коротких путей ищет». Как оратор Ломоносов здесь безупречен: зачем природе семь элементарных цветов, когда даже человек обходится тремя? И потом: не сам ли Ньютон писал, что «природа проста и не роскошествует излишним количеством причин»? С. И. Вавилов замечал по этому поводу: «Ясно, конечно, что Ломоносов смешал физические характеристики элементарных цветов, найденные Ньютоном (различное преломление и различную длину волны света), с их физиологическими характеристиками». Причем Ломоносов до конца жизни защищал свою ошибочную точку зрения. Но наряду с нею в «Слове» была высказана очень перспективная догадка о резонансе между светом и веществом. Кроме того, Ломоносов всерьез размышлял над электрической природой света (предвосхищая мысли Фарадея по этому поводу) и ставил перед собой, например, такие экспериментальные задачи: «Отведать в фокусе зажигательного стекла или зеркала электрической силы»; «Будет ли луч иначе преломляться в наэлектризованной воде или наэлектризованном стекле».

Но, повторяем, наиболее впечатляющим образом гений Ломоносова в рассматриваемое десятилетие проявился в работах, так или иначе связанных с цветным стеклом. Открыв секрет окраски стекол, Ломоносов рассудил за благо поставить свое изобретение на широкую практическую ногу. Памятуя о разрешении 1723 года, подписанном рукою Петра I, «всякого чина людем в России... фабрики и манифактуры заводить и распространять», Ломоносов в октябре 1752 года обратился в Сенат с прошением, в котором говорилось: «Во уповании на такое высочайшее обнадеживание желаю я, нижайший, к пользе и славе Российской империи завесть фабрику делания изобретенных мною разноцветных стекол и из них бисеру, пронизок и стеклярусу и всяких других галантерейных вещей и уборов, чего еще поныне в России не делают, но привозят из-за моря великое количество ценою на многие тысячи».

С помощью Шувалова Ломоносову удалось получить просимое разрешение. 17 декабря 1752 года Мануфактур-контора решила выдать Ломоносову на устройство фабрики беспроцентную ссуду 4000 рублей со сроком погашения в пять лет. Из них 500 рублей он получил сразу же, а остальные ему выдавались по мере наличия свободных денежных средств в конторе.

Ломоносов, когда какая-нибудь идея овладевала им, служил ей самозабвенно и артистически. Так было, когда он двенадцати лет с особой «ломкостию» в голосе читал односельчанам книги, когда он, уже девятнадцатилетний, со слезами на глазах умолял караванного приказчика взять его с собою «посмотреть Москвы», когда, обманом завербованный в рейтары, всем видом своим показывал послушание, но уже знал, что совершит побег из везельской крепости, что «послушание» необходимая часть подготовки к побегу. Так было и на сей раз. Сохранилось правдоподобное предание о том, что Ломоносов в пору его увлечения стекольным делом носил камзол со стеклянными пуговицами, намеренно вызывая удивление окружающих. Его убежденность в великих пользах стекла, недооцененных людьми, материализовалась многоразлично. В конце 1752 года он написал дидактическую поэму «Письмо о пользе Стекла», в которой доказывал, что

И хотя значение этой поэмы нельзя свести только лишь к талантливой рекламе стекольного дела (в своем месте разговор о «Письме» еще предстоит), игнорировать рачительно-хозяйственный подход бывшего помора ко всем своим начинаниям было бы глубоко неверно. Его активность по устройству фабрики цветных стекол служит ярким подтверждением его энергичной предприимчивости.

Деньги, выданные Ломоносову Мануфактур-конторой, ничего еще не решали. Необходим был земельный участок и люди. Лишь тогда деньги могли стать фабрикой. Но землю и крестьян даровать могла только императрица. 17 февраля 1753 года Ломоносов обратился в Канцелярию с просьбой о разрешении выехать в Москву (где в ту пору находился двор) на 29 дней без вычета жалованья по делам, связанным с организацией фабрики, а также с целью ознакомления с мозаиками в старых церквах: «...сверх того надлежит мне для лучшего произведения мозаики при Академии художеств видеть в московских соборах и в других церквах, также и в Новгороде старинные мозаичные образы греческой работы, того ради Канцелярия Академии наук да благоволит послать Ямской канцелярии в контору о даче подвод требование».

Шумахер, как и следовало от него ожидать, ответил решительным отказом. Ломоносов, нарушая субординацию (К. Г. Разумовский тоже был в это время в Москве), подает прошение уже в Сенат и 22 февраля получает в сенатской конторе разрешение па выезд в Москву сроком на одни месяц.

Известив Академическую канцелярию о своем отбытии, а также о том, что в его отсутствие «в Химической лаборатории сделано расположение таким образом, что никакой остановки в производимых в ней делах быть не имеет», Ломоносов уже на следующий день, 23 февраля, выехал в Москву. Президент, увидев неожиданно в первопрестольной своего предприимчивого профессора, не стал любопытствовать, что привело его туда, и «принял ласково и во всю бытность оказывал ему любление». Не было никаких препятствий и со стороны императрицы. Судьба в который уже раз награждала Ломоносова за его настойчивость. 15 марта 1753 года, то есть еще в Москве, ему был вручен императрицын указ, в котором говорилось: «...понеже есть довольно отписных на нас по размежеванию в Ингерманландии земель и крестьян, того для повелеваем нашему Сенату дать ему, Ломоносову, для работ к той фабрике в Копорском же уезде из Коважской мызы от деревни Шишкиной сто тридцать шесть душ и из деревни Калише двадцать девять душ, из деревни Усть-Рудиц двенадцать душ, от мызы Горье-Валдаи из деревни Перекусихи и Липовой тридцать четыре души, всего двести одиннадцать душ, со всеми к ним принадлежащими по отписным книгам землями. И повелеваем нашему Сенату учинить по сему нашему указу и о том куды надлежит послать наши указы».