История оптики

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Оптика
История науки
Libr0310.jpg


Важнейшие понятия оптики: отражение, преломление, рассеяние и дисперсия света (ход лучей света на примере призмы).

История оптики в своём начальном периоде неразрывно связана с естественнонаучными и философскими работами мыслителей древнего мира. С развитием науки, как социального института, по мере формирования запросов промышленного производства и техники, оптика, оптические наблюдательные и измерительные приборы приобретает всё большое прикладное значение. Этот период ознаменован развитием новой прикладной науки - точной механики и оптики.

Первые инструменты для оптических исследований появились в результате наблюдений за естественными источниками света и тенью, отбрасываемой предметами; за отражением и преломлением света в кристаллах минералов, и драгоценных камнях, в воде или во льду. Позже появилась возможность перейти от наблюдения к опытам, сделанных с помощью линз и зеркал, созданным в Китае, Древнем Египте и государствах Месопотамии. Мысли, гипотезы и теории древних учёных, связанные со зрительными наблюдениями, были развиты древнегреческими и индийскими философами. Особенно следует выделить развитие геометрической оптики в греко-римском древнем мире.

Слово Оптика — греческого происхождения, τα ὀπτικά [1], оно связано со зрением.[2] Оптика была значительно преобразована событиями в средневековом исламском мире, когда были сформулированы начала физической и физиологической оптики и затем значительно продвинулась в ранней современной Европе, где началась дифракционная оптика. Эти более ранние оптические исследования дали основу науке, известной ныне как геометрическая, или классическая оптика.

Современная оптика резко расширила области необходимых исследований, в значительной степени связанных с развитием в 20-ом столетии знаний об электромагнитном излучении, квантовой (лазеры) и нелинейной оптике.

Ранняя история оптики[править]

В древности люди использовали два основных метода познания мира: опытный, экспериментальный и умозрительный, философскийрелигиозный»).

Самые ранние линзы, известные историкам, были сделаны из полированных кристаллов, часто кварца. Их датируют приблизительно 700 до н.э. (для ассирийских линз, типа линза Nimrud).[3] Есть много подобных линз из древнего Египта, Греции и Вавилона. Древние греки заполняли стеклянные колбы водой, чтобы получить линзы. Однако в европейских странах о стеклянных линзах не думали до Средневековья.

Некоторые линзы, установленные в древнеегипетских статуях намного старше, чем упомянутые выше. Несколько сомнительно, действительно ли они изготавливались как линзы, но они — несомненно стеклянные и по крайней мере были декоративными предметами, которые использовались как украшения. В статуях создаётся впечатление правильного выполнения анатомической схемы глаза.

В древней Индии, философские школы Шакья и Vaisheshika, приблизительно с 6-ого 5-ого столетий до н. э. развиты теории о свете. Согласно школе Шакья, свет — один из пяти фундаментальных «тонких» элементов (tanmatra), из которого появляются элементы в конечном варианте (намёк на тонкую линзу).

Напротив, школа Vaisheshika дает атомистическую теорию физического мира на неатомном основании эфира, пространства и времени (см. Indian atomism). Основные атомы — таковые из земли (prthivı), воды (apas), огня (tejas), и воздуха (vayu), которые не должны быть перепутаны с обычными значениями этих элементов. Эти атомы взяты, чтобы сформировать двойные молекулы, которые далее объединяются, чтобы сформировать большие молекулы. Движение обозначено в характеристиках терминов физических атомов. Световые лучи употреблялись как пример потоков высокой скорости атомов tejas (огня). Частицы света могут показать различные особенности в зависимости от скорости и размеров атомов tejas. В течении первого столетия до н.э, Пурана Вишну обращается к солнечному свету как «семь лучей солнца».

В пятом столетии до н.э, Эмпедокл постулировал о семи лучах солнца как то, что все было составлено из четырех элементов; огонь, воздух, земля и вода. Он полагал, что Афродита создала человеческий глаз из этих четырех элементов и что она зажгла огонь в глазу, который светил из глаза, делающего нужный вид. Если это было бы верно (о семи лучах), то можно было видеть в течение ночи точно так же как в течение дня. Таким образом Эмпедокл постулировал взаимодействие между лучами от глаз и лучей из источника, типа солнца.

В своей Оптике греческий математик Эвклид заметил, что «вещи, замеченные под большим углом кажутся больше, и те, которые замечены под меньшим углом — меньше, в то время как те под равными углами кажутся равными». В 36 суждениях Эвклид связывает видимый размер объекта с его расстоянием от глаза и исследует кажущиеся формы цилиндров и конусов, которые рассматривается под различными углами. Pappus верила, что эти результаты могут быть важными в астрономии и включала Оптику Эвклида наряду с работами Phaenomena в Небольшую Астрономию резюме меньших работ, которые будут изучены перед Syntaxis (Альмагест) Птолемея.

В 55 до н.э, Лукерций, который продолжил развитие идей ранних греческих атомистов писал:

«Свет и высокая температура солнца; они составлены из мелких атомов, которые, когда они сталкиваются, не теряют никакого времени в полёте прямо сквозь воздух, вследствие импульса, переданного вспышкой». — (Лукреций, О природе Вселенной).они Несмотря на то, что подобны более поздним теориям частицы света, взгляды Лакретиуса не были общепринятыми, и свет все еще рассматривался, как происходящий из глаза.

В его Катоптрике, Герон Александрийский показал геометрическим методом, что фактическая путь луча света, отраженного от плоскости зеркала, короче чем любой другой путь отраженного луча, который мог бы существовать между источником света и пунктом наблюдения.

В переводе двенадцатого столетия, назначенном на римского математика Клавдия Птолемея, было описано исследование преломления, включая атмосферное преломление. Предложено, что угол преломления пропорционален углу падения. {Клавдий Птолемей} [3]

Позже в 499, Aryabhata предложил гелиоцентрическую модель солнечной системы в своём труде Aryabhatiya, написал, что планеты и Луна не имеют их собственного света, но отражают свет Солнца.

Индийские Буддисты, например Dign?ga в 5-ом столетии и Dharmakirti в 7-ом столетии, развивали тип атомизма, который является философией о действительности, составляемой из атомных объектов, которые являются мгновенными вспышками света или энергии. Они рассмотрели свет, как являющийся атомным юридическим лицом, эквивалентным энергии, подобной современному понятию фотонов, хотя они также рассмотрели весь вопрос, как составляемый из этих частиц света/энергии.

Начала геометрической оптики[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Геометрическая оптика
Первые труды по оптике

Древние авторы обсуждали, что рассматривая зрение имеет место больше понятие геометрическая оптика, нежели физическая, физиологическая, или психологическая суть. Первый известный автор трактата по геометрической оптике был топографом — Эвклидом (c. 325 до н.э 265 до н.э). Эвклид начал своё исследование оптики как геометрической, так как геометрия начинается с рядом самоочевидных аксиом.

По Эвклиду:

  • Линии (или визуальные лучи) могут быть оттянуты в прямой линии к объекту.
  • Те линии, падающие на объект формируют конус.
  • Те вещи, на которые падают линии, замечены.
  • Те вещи, замеченные под большим углом кажутся большими.
  • Те вещи, замеченные более высоким лучом, кажьтесь выше.

Правые и левые лучи кажутся правыми и левыми. Вещи, замеченные в пределах нескольких углов, кажутся более ясными. Эвклид не определял физическую природу этих визуальных лучей, но, используя принципы геометрии, он обсуждал эффекты перспективы и округления вещей, замеченных на расстоянии.

Эвклид ограничил свой анализ простым прямым видением, но Герон Александрийский (c. Нашей эры 10-70), расширил принципы геометрической оптики, рассмотривая проблемы отражения (катоптрика). В отличие от Эвклида, Герой иногда комментировал физическую природу световых лучей, указывая, что они перешли на большой скорости от глаза до замеченного объекта и были отражены от гладких поверхностей, но могли стать пойманными в ловушку в пористости неотполированных поверхностей.[4] Это начало зарождения теории эмиссии.

Герон демонстрировал равенство углов падения и отражения на том основании, что это — самая короткая дорожка от объекта до наблюдателя. На этом основании, он был в состоянии определить неподвижное положение между объектом и его изображением в зеркале самолета. Определенно, что изображение кажется столь же далекое позади зеркала, как объект — перед зеркалом.

Как Герон, Птолемей (c. 90-c. 168), считал, что световые лучи исходящие из глаза к объекту замечены, но в отличие от Героя полагал, что визуальные лучи не были дискретными линиями, а представляли непрерывный конус. Птолемей расширял исследование видения вне прямого и отраженного видения; он также изучил видение преломляемыми лучами (диоптрика), когда мы видим объекты через интерфейс между двумя СМИ различной плотности. Он провел эксперименты, чтобы измерить дорожку видения, когда мы смотрим от воздуха до воды, от воздуха до стекла и от воды до стекла, и все сведенния ввёл в таблицу отношения между инцидентом и преломляемыми лучами.[5]

Его сведенные в таблицу результаты были изучены для воздушного водного интерфейса, и вообще, ценности, которые он получил, отражают теорию преломления. Данные соответствуют современной теориии, но в связи с искажёнными выбросами можно представить результаты как априорную модель Птолемея природы преломления.

Оптическая революция в исламском мире[править]

Воспроизводство страницы рукописи Ибна Сахла, показывающей его открытие закона преломления, теперь известного как закон Поводка

Al-Kindi (c. 801—873) был один из самых ранних авторов важных оптических открытий в Исламском мире. В работе, известной на западе как De radiis stellarum, al-Kindi развивал теорию, согласно которой: что все в мире … испускает лучи каждым предметеом, которые заполняют целый мир.[6] Эта теория активной власти лучей имела влияние на более поздних Западных ученых, типа Роберта Гроссетеста и Роджера Бакона.[7]

Ибн Сахл (c. 940—1000) был персидским математиком, связанный с судом Багдада. Приблизительно в 984 он написал трактат При Горении Зеркал и Линз, в которых он излагал своё понимание вопросов криволинейых (чферических) поверхностей — как он изогнул зеркала, о изгибе линз и о свете в центре. В его работе он обнаружил закон преломления, математически эквивалентного закону Поводка.[8] Он использовал свой закон преломления для вычисления формы линз и зеркал, которые сосредотачивают (фокусируют) свет в единственном пункте на оси.


Начала физической оптики[править]

Ибн al-Haytham (известный как Alhacen или Alhazen в Западной Европе) (965—1040), часто расцениваемый как «отец современной оптики»,[9] который сформулировал «первую всестороннюю и систематизированную альтернативу греческим оптическим теориям.»[10] Он начал революцию в оптике и световом восприятии,[11],[12],[13],[14],[15],[16] также известной как Оптическая Революция и положений в фонды для физической оптики.[17],[18] У Ибн al-Haytham’s ключевое достижение был двойным: сначала, чтобы настоять, что видение только произошло из-за лучей, входящих в глаз и что лучи, постулируемые проистекать из глаза, не имели никакого отношения к этому; второе должно было определить физическую природу лучей, обсужденных более ранними геометрическими оптическими авторами, рассматривая их как формы света и цвета. Он развивал камеру — обскура, чтобы демонстрировать, что свет и цвет от различных свечей проходили через единственную апертуру в прямых линиях, не смешиваясь в апертуре.[19] Он тогда проанализировал эти физические лучи согласно принципам геометрической оптики. Ибн al-Haytham также использовал экспериментальный научный метод как форму демонстрации в оптике. Он написал много книг по оптике, наиболее значимой была «Книга Оптики» (Китаб ал Маназир на арабском языке), переведенной на латинский как De aspectibus или Perspectiva, в который распространял свои идеи в Западной Европе и имел большое влияние на более поздние события в оптике.[20]

Ibn al-Haytham доказал, что свет распрстраняется в виде прямых линиий, используя научный метод в Книге Оптики.

,Ibn al-Haytham доказал, что свет распространяется в виде прямых линий, используя научный метод из Книги Оптики. Другой аспект, связанный с Ibn al-Haytham’s, — оптическое исследование, связанное с системной и методологической уверенностью относительно экспериментирования (i’tibar) и управлял испытанием в своих научных запросах. Кроме того, его экспериментальные директивы базировались на объединение классической физики ('ilm tabi’i) с математикой (ta’alim; с геометрией — в особенности) в терминах изобретения рудиментов того, что может определяться как hypothetico-дедуктивная процедура в научном исследовании. Этот математически-физический подход к экспериментальной науке поддерживал большинство его суждений в Китабе al-Manazir (Оптика; De aspectibus или Perspectivae) и основанный его теории видения, осветите и цвет, так же как его исследование в катоптрике и диоптрике. Его наследство было далее продвинуто через 'преобразование' его Оптики Al-шумом Kamal al-Farisi (d. приблизительно 1320) в Китабе последнего Tanqih al-Manazir (Пересмотр [Ibn al-Haytham’s] Оптика).[21],[22] Книга Оптика установила проведение экспериментов как норму доказательств в оптике,[23] и дала оптике physico-математическую концепцию намного более раннего времени, чем другие математические дисциплины астрономии и механики.[24] Книга имела влияние в Исламском мире и в Западной Европе.

Авиценна (980—1037) согласился с Alhazen, что скорость света конечна, поскольку он заметил, что, если восприятие света происходит из-за эмиссии своего рода частиц люминесцентного источника, скорость света должна быть конечной.[25] Abu Rayhan Biruni (973—1048) также согласился, что свет имеет конечную скорость, и он был первым, который обнаружил, что скорость света намного выше, чем скорость звука.[26]

Abu 'Абд Аллах Muhammad ibn Ma’udh, кто жил в Al-Andalus в течение второй половины XI-ого столетия, написал работу не по оптике, позже переведенной на латинский как Liber de crepisculis, которая была по ошибке приписан Alhazen. Это было «короткой работой, содержащей оценку угла дисперсии солнца в начале утренних сумерек и в конце вечерних сумерек, и попытки вычислить на основе этого и других данных высоту атмосферной влажности, ответственной за преломление лучей солнца». Через его эксперименты, он получил данные — 18°, которая срвпадает близко с современными данными.[27]

В последних 13-ых и ранних 14-ых столетиях, Al-шум Qutb al-Shirazi (1236—1311) и его студент Kamāl al-Dīn al-Fārisī (1260—1320) продолжал работу Ibn al-Haytham, и они были первыми, которые дали правильные объяснения явлению радуги. Kamāl al-Dīn al-Fārisī издал свои полученные данные в Китабе Tanqih al-Manazir (Пересмотр [Ibn al-Haytham’s] Оптика).[28]

В 1574, Al-шум Taqi (1526—1585) написал последнюю главную арабскую работу над оптикой, давал право Китабу Kitab Nūr hadaqat al-ibsār wa-nūr haqīqat al-anzār (Книга Света Ученика Видения и Света Правды Достопримечательностей), которая содержит экспериментальные исследования в трехмерном пространстве видения, отражении света, и преломлении лучей света.[29] Книга имеет дело со структурой света, его распространения и глобального преломления, и отношения между светом и цветом. В первом томе он обсуждает «природу света, источник света, природу распространения света, формирование вида и эффекта света в глазу и в изображениях». Во втором томе он обеспечивает "экспериментальное доказательство зеркального отражения случайного так же как и о новного света, полную формулировку законов отражения и описания изготовления и использования медного инструмента для того, чтобы измерить размышления от источника, изготовления сферических, цилиндрических, и конических зеркал, выпуклых или вогнутых. "Третий том «анализирует важный вопрос изменений света, подвергающийся при путешествии в СМИ, имеющих различные „удельные веса“, то есть природу преломляемого света, формирование преломления, природу изображений, сформированных преломляемым светом.» Он также описывает то, что может стать элементарным телескопом.

Начала физиологической оптики[править]

Ibn al-Haytham обсуждал темы медицины и офтальмологии в анатомических и физиологических частях «Книги Оптики» и в его комментариях по работам Galenic.[30]Он точно описал процесс зрения,[31] структуру глаза, формирование в глазу и визуальной системе оптического изображения. Он также обнаружил основные принципы закона Эринга равной иннервации, вертикального horopters и бинокулярного неравенства,[32] и улучшил теорию бинокулярного видения, восприятие движения и достижений, предварительно обсужденных Аристотелем, Эвклидом и Птолемеем.[33],[34]

Он обсуждал анатомию глаза, и был первым автором, который имеет дело с «описательной и функциональной анатомиями» глаза независимых.[35] Большая часть его decriptive анатомии была основана на анатомии Гейлна брутто, но с существенными различиями в его подходе.[36] Например, целая область глаза позади радужной оболочки составляет, какой Ibn al-Haytham уникально назвал uveal сферой, и его описанием глаза; это было лишено любых целенаправленных или моральных теорий, связанных с анатомией Galenic.[37] Он также описал глаз, как составляемый из двух пересекающихся земных шаров, который был приспособлен к его функционирующей анатомии.[38]

После описания устройства глаза, Ibn al-Haytham делает свой оригинальный анатомический вклада в описании функциональной анатомии глаза как оптическая система,[39] или оптическое устройство. Его многократный эксперимент источника света через разрез сокращения с камерой — обскура, также известной как эксперимент лампы, обеспечил достаточные эмпирические основания для него, чтобы развить его теорию, соответствующей проекци точек света от поверхности объекта при формировании оптического изображение на экране. Именно его сравнение между глазом и «палатой луча», или камерой — обскура, определил его синтез анатомии и оптики, давая начало новой области оптики, теперь известной как «физиологическая оптика». Поскольку он обдумывал существенные принципы проектирования крошечного отверстия в его экспериментах с камерой крошечного отверстия, он полагал, что инверсия изображения также происходила в глазу,[40] и рассматриваемый зрачок, являющийся подобным диафрагме (апертуре).[41] Относительно процесса формирования изображения, однако, он неправильно согласился с Avicenna, что линза была органом, воспринимающий изображение, но правильно намекнул на сетчатку, также участвующей в процессе.[42]

Оптика в средневековой Европе[править]

Оптическая диаграмма показывает свет, преломляемый сферическим стеклянным контейнером, полным воды. (от Роджера Бакона или Роберта Гроссетеста)

Английский епископ, Роберт Гроссетест (1175—1253), на широком диапазоне научных тем во время происхождения средневекового университета и восстановления работ Аристотеля создал свои труды. Grosseteste отразил период перехода между Учением Платона раннего средневекового изучения и нового Aristotelianism, он имел тенденцию применять математику и Платоническую метафору света во многих из своих рукописных трудов. Его рассуждения о свете выражаются в виде четырех различных перспектив: эпистемологии света, метафизики или космогонии света, этиологии или физики света, и как богословиясвета.[43]

Откладывая проблемы эпистемологии и богословия, космогония света, Гроссетест описывает происхождение вселенной, что может свободно быть описано как средневековая теория «большого взрыва». Оба его библейских комментария, Hexaemeron (1230 x 35), и его научное На Свету (1235 x 40), взяли их вдохновение от Происхождения 1:3, «Бог сказал, позволять там быть светом», и описал последующий процесс создания как естественный физический процесс, являющийся результатом порождающей власти расширения (и заключение контракта) сферы света.[44]

Оптическая диаграмма демонстрации света, преломляемый сферическим стеклянным контейнером, полным воды. (от Роджера Бакона или Роберта Гроссетеста) показывает, что свет преломляется сферическим стеклянным контейнером (линзой), полным воды. (от Роджера Бакона или Роберта Гроссетеста)Его более общее рассмотрение света — свет является объективной реальностью, физической причинной обусловленности его появления "На Линиях, англах, и фигурирует, где он утверждает, что «естественный агент размножает его власть от себя до получателя» и в По Природе Мест, где он отмечает, что «каждое естественное действие различно по силе и слабости через изменение линий, углов и фигур.»[45]

Английский Franciscan, Роджер Бакон (1214—1294), находился под влиянием писем Гроссетест о важности света. В его оптических письмах (Perspectiva, De multiplicatione specierum, и De speculis comburentibus) он процитировал широкий диапазон недавно переведенных оптических и философских работ, включая таковые из Alhacen, Аристотель, Avicenna, Averroes, Юклид, al-Kindi, Птолемей, Tideus, и Константин африканец. Хотя он не был рабским иммитатором, но он использовал свой математический анализ света и видения писем арабского автора Алхейкна. Но он добавил к этому понятие Neoplatonic, возможно взятое у Grosseteste, что каждый объект излучает «власть» (разновидности), которыми они действует поблизости на соответствующие объекты, получают те разновидности.[46] Отметьте, что использование Беконом оптичесих категорий «разновидности» отличаются значительно от рода / категории разновидностей, найденные в Аристотелевской философии.

Другой английский Franciscan, Джон Печам (умер 1292) основывался на работе Бекона, Grosseteste, и разнообразного диапазона более ранних авторов, чтобы произвести то, что стало наиболее широко используемым учебником по Оптике Средневековья, Perspectiva communis. Его книга сосредоточилась на вопросах о видении, на том, как мы видим, а не по природе света и цвета. Pecham следовал за моделью, сформулированной Алхейкном, но интерпретировал идеи Алхейкна под углом зрения Роджера Бакона.[47]

Как его предшественники, Witelo (1230—1280 x 1314) привлекал обширный материал оптических работ, недавно переведенных с греческого языка, и арабского, чтобы произвести массивное представление предмета с прицелом на Perspectiva. Его теория видения следует за Алхейкном, и он не рассматривает понятие Бекона разновидностей, хотя проходы в его работе демонстрируют, что он был под влиянием идей Бекона. Судя по числу выживания рукописей, его работа хоть не влияла как таковые из Pecham и Бекона, но все же была важной, которые (Pecham) увеличивались с изобретением печати.[48]

  • Питер Лиможа (1240—1306)
  • Зэодорик Фрайберга (приблизительно 1250 — приблизительно. 1310)

Ренессанс и ранняя современная оптика[править]

Джохэйннс Кеплер (1571—1630) собрал исследование законов оптики от его лунного эссе 1600. И лунные и солнечные затмения представили необъясненные явления, типа неожиданных теневых размеров, красный цвет полного лунного затмения, и по сообщениям необычного света, окружающего полное солнечное затмение. Связанные проблемы атмосферного преломления обращались ко всем астрономическим наблюдениям. До большинства из 1603, Kepler делал паузу перед другой работой, чтобы сосредоточиться на оптической теории; получающаяся рукопись, представленная императору 1 января 1604, была издана как Иранское агентство печати Astronomiae Optica (Оптическая Часть Астрономии). В этом, Kepler описал «обратный-квадратный закон», управляющий интенсивностью света (интенсивность света обратно-прпорциональна квадрату расстояния), отражение света в замкнутой камере (квартирой) и изогнул зеркала, и принципы камер крошечного отверстия, так же как астрономических значений оптики, типа параллакса и очевидных размеров небесных тел. Optica Иранского агентства печати Astronomiae вообще признается как фонд современной оптики (хотя закон преломления заметно отсутствует).[49]

Willebrord Snellius (1580—1626) открыл математический закон преломления, известного как закон Поводка, в 1621. Впоследствии Renй, Декарт (1596—1650) показал, при использовании геометрического строительства и закона преломления (также известный как закон Декарта), что угловой радиус радуги является 42 ° (то есть угол подимел тенденцию в глазу краем радуги и луча, проходящего от солнца до центра радуги, — 42 °).[50] Он также независимо обнаружил закон отражения, и его эссе относительно оптики было первым изданным упоминанием об этом законе.[51]

Christiaan Huygens (1629—1695) написал несколько работ в области оптики. Они включали Оперу reliqua (также известный как Кристиани Худжений Зуиликемийй, dum viveret Zelhemii toparchae, opuscula posthuma) и Traitbe de la lumiaere.

Сэр Айзек Ньютон в 46 в 1689 портретах Годфри Неллера

Айзек Ньютон (1643—1727) исследовал преломление света, демонстрируя, что призма cмогла анализировать диспергировать «белый» света в спектр цветов, и что линза и вторая призма могут реконструировать (вернуть)разноцветный спектр в белый свет. Он также показал, что цветовые лучи света не меняют свои свойства. Выделил цветной луч и облучал ими различные объекты. Ньютон отметил, что независимо от того, был ли луч отражён или рассеян, или передан, цвет луча остался тем же самым. Таким образом, он заметил, что цвет — результат объектов, взаимодействующих со светом — его цветом, а не объектами, производящими цвет самостоятельно. Это известно как теория Ньютона о цвете. В резальтате этой работы он заключил, что любой преломляющий телескоп пострадает от дисперсии света на цвета, и изобрел думающий телескоп (сегодня известный как ньютонов телескоп), чтобы обойти эту проблему. Размалывая его собственные зеркала, используя кольца Ньютона, чтобы обсудить качество оптики для его телескопов. Он был в состоянии произвести превосходящий инструмент к преломляющему телескопу, прежде всего благодаря более широкому диаметру зеркала. В 1671 Королевское Общество запросило о демонстрации его телескопа отражения. Их интерес подзадорил его издавать свои примечания Относительно Цвета, который он позже расширил в его Opticks. Ньютон утверждал, что свет составлен из частиц (или частица) и преломлялся, ускоряясь к более плотной среде; но он должен был связать их с волнами, чтобы объяснить дифракцию света (Книга Opticks. II, Опоры. XII-L). Более поздние физики вместо этого одобрили подобное волновое объяснение света, чтобы объснить дифракцию. Сегодняшняя квантовая механика, фотоны и идея относительно дуальности частицы волны только имеют незначительное сходство с пониманием Ньютона о природе света.

В его Гипотезе Света 1675, Ньютон принимал существование эфира, чтобы передать силы между частицами. В 1704 Ньютон издал Opticks, в котором он разъяснил его корпускулярную теорию света. Он полагал, что свет был составлен из чрезвычайно тонких частиц, что обычный вопрос был сделан из grosser частиц и размышлял, что через своего рода алхимического превращения «Не Тела брутто и Освещают конвертируемый в друг друга…, и Разве тела, возможно, не получают большую часть их Деятельности от Частиц Света, которые входят в их Состав?»[52]

Начала дифракционной оптики[править]

Эскиз Томаса Юнга дифракции с двумя разрезами, которую он представил Королевскому Обществу в 1803

Эффекты дифракции света были сначала тщательно соблюдены и охарактеризованы Франческо Марией Гримальди, который также изложил дифракцию света, (от латинского diffringere, развалиться на части), занимаясь, чтобы осветить разбиение в различные рекомендации. Результаты наблюдений Граймолди были изданы посмертно в 1665.[53],[54] Айзек Ньютон изучил эти эффекты и приписывал их преломлению легких лучей. Джеймс Григорий (1638—1675) наблюдал образцы дифракции, вызванные пером птицы, которое было эффективным первым трением дифракции. В 1803 Томас Юнг сделал его известный эксперимент, наблюдая вмешательство от двух близко расположенных разрезов. Объясняя результаты вмешательства волн (наложения), происходящих от двух различных разрезов, он вывел, что свет должен размножиться в виде волн. Френель Огастина — Жана сделала более фундаментальные исследования и вычисления дифракции, изданной в 1815 и 1818, и, таким образом, оказала большую поддержку теории волны света, который был продвинут Christiaan Huygens и повторно подбодрен Молодым, против теории частицы Ньютона.

Линзы и производство линз[править]

Самые ранние известные линзы были сделаны из полируемого кристалла, часто кварца, и были датированы уже 700 до н.э для ассирийских линз, типа Layard / линза Nimrud.[2] Есть много подобных линз древнего Египта, Греции и Вавилона. Древние Католики и Греки заполняли стеклянные сферы водой, чтобы сделать линзы.

О стеклянных линзах не думали до Средневековья. Ibn al-Haytham (Alhacen) написал об эффектах крошечного отверстия и вогнутых линз в его Книге Оптики,[55],[56], работы которого влияли на развитие современного телескопа.[57] Самое раннее свидетельство "устройства увеличения, выпуклая линза, формирующая увеличенное изображение, " также относится ко времени его Книги Оптики.[58] Роджер Бакон использовал части стеклянных сфер как лупы и рекомендовал им использоваться, чтобы помочь людям читать. Роджер Бакон получил его вдохновение от Alhacen в XI-ом столетии. Он обнаружил, что свет достояние объектов и не излучается ими. Приблизительно 1284 в Италии, Salvino D’Armate в описаниях даётся как изобретель первых пригодных очков глаза.[59]

Между XI-ым и XIII-ым столетием «было изобретено чтение камней». Часто используемый монахами, чтобы помочь в освещении рукописей, они были примитивными плоско-выпуклыми линзами, первоначально сделанными, сокращая стеклянную сферу в половине диаметра. Поскольку камни были опытными и это долго понималось, что более мелкие линзы увеличивают более эффективно.

Есть некоторое документальное свидетельство, но никакие выжившие проекты или физические свидетельства о том, что принципы телескопов были известны в конце XVI-ого столетия. Леонард Дигджес,[60] Al-шум Taqi[61] и Джамбаттистаа Делла Порта[62]связаны c независимо развитыми элементарными телескопами в 1570-ых и 1580-ых. Однако, самые ранние известные рабочие телескопы были преломляющими телескопами, которые появились в Нидерландах в 1608. Их создание приписывается трем людям: Хансу Липпершейю и Зачариасу Джанссену, которые были изготовителями зрелища в Мидделбурге, и Джекобому Метиусу Alkmaarу. Галилео существенно улучшал эти проекты в следующем году. Айзеку Ньютону приписывают строительство первого функционального телескопа отражения в 1668 с его ньютоновским отражателем.

Первый микроскоп был сделан приблизительно в 1595 году в Middleburg, Голландии.[63] Три различных изготовителя линз получили статус изобретения: Ханс Липпершей (кто также создавал первый реальный телескоп); Ханс Джанссен; и его сын, Зачариас. Название «микроскоп» принадлежит Джованни Фаберу, который дал его составному микроскопу Галилео Галилея в 1625 году.[64]

Цилиндрические линзы и астигматизм[править]

Выдающийся учёный девятнадцатого века, английский королевский астроном сэр Джордж Эйри (1801—1892) проводил исследования оптических устройств и систем, он первым обратил внимание на астигматизм, как дефект зрения. С помощью цилиндрической линзы Эйри изготовил первые очки, корректирующие астигматизм (1825), такие очки используется и в настоящее время.

Квантовая оптика[править]

Свет составлен из частиц, названных фотонами и следовательно неотъемлемо квантуется. Квантовая оптика — исследование природы и эффектов света как квантуемые фотоны. Первый признак, что свет мог бы квантоваться, исходит от Макса Планка — 1899 г., когда он правильно моделировал излучение чёрного тела, предполагая, что обмен энергией между светом происходит в дискретных количествах, которые он назвал квантами. Было неизвестно, был ли это источник отделных частиц (квантов) или светом. В 1905, Альберт Эйнштейн издал теорию фотоэлектрического эффекта. Казалось, что единственное возможное объяснение эффекта было квантованием света непосредственно. Позже, Нилс Бохр показал, что атомы могли только испустить дискретные количества энергии. Понимание взаимодействия между светом и вопросом, следующим из этих событий не только сформировало основание квантовой оптики но также и было основой развития квантовой механики в целом. Однако, подполя квантовой механики, имеющей дело с вопросом взаимодействия света, были преимущественно расценены как исследование гипотетическим, а не исследования природы света и следовательно, каждый скорее говорил о физике атома и квантовой электронике.

Это изменилось с изобретением maserа в 1953 и лазера в 1960. Наука лазерного исследования на принципиальной основе, проект и оглашение всего этого стало основами важной области. Квантовая механика легла в основу принципов лазера и была изучена после этого с большим количеством акцентов на свойства света, и название «квантовая оптика» стало общепринятым.

Поскольку лазерная наука нуждалась в хороших теоретических фондах, и также потому, что исследование в них скоро оказалось очень плодотворным, интерес в квантовой оптике повысился. После работы Dirac в квантовой полевой теории, Джордж Садаршан, Рой Дж. Глобер, и Леонард Мандэль применяли квантовую теорию к электромагнитной области в 1950-ых и 1960-ых, чтобы получить более детальное понимание фотообнаружения и статистики света (см. степень последовательности). Это приводило к введению единого понятия как квантовое описание лазерного света и реализации, при котором некоторые понятия света не могли быть описаны классическими волнами. В 1977, Kimble и др. демонстрировал первый источник света, который основывался на квантовом описании: это единственный атом, который испускал один фотон одновременно. Другое квантовое понятие света с определенными преимуществами перед любым классическим понятием — сжатие светом, которое было было вскоре предложено. В то же самое время, развитие короткого и ультракороткого лазера, созданного импульсом Q-переключением и захватом способа, открыло методы и путь к исследованию процессов квантовой теории необычно быстро («ультрабыстро»). Заявления для исследования твердого тела (например. Спектроскопия Raman), были найдены, и механические силы давления света по данному вопросу были изучены. Последний приводил к созданию и расположению облаков атомов или даже маленьких биологических образцов в оптической западне или оптическом пинцете лазерным лучом. Эти эффекты, и эффект Допплера были усовершенствованы с открытием знаменитой Бозе-Эйнштейновская конденсация.

Другие замечательные результаты — демонстрация квантовой запутанности, квантовой телепортация, и (недавно, в 1995) квантовые логические ворота. Последние представляют большой интерес в квантовой информационной теории, представляют материал, который частично появился от квантовой оптики и частично от теоретической информатики.

Рис.2,Получение размеров биологических наноструктур сверху-вниз и снизу-вверх

Сегодняшние области интереса среди квантовых исследователей оптики включают параметрический вниз-конверсионный (получение размеров «сверху-вниз») (см. рис.2), параметрическое колебание, еще более коротких (attosecond) световых импульсов, использование квантовой оптики для квантовой информации, манипуляция единственных атомов, , их заявления, и как управлять ими (подполе, часто называемое оптикой атома), и намного больше.

Исследование в квантовой оптике, которая стремится приносить фотоны с использованием для информационной передачи и вычисления, теперь часто называют photonics, чтобы подчеркнуть требование, что фотоны и photonics сыграют большее значение, которое электроны и электроника теперь имеют.[65]

См. также[править]

Ссылки[править]

  1. Oxford English Dictionary
  2. Oxford English Dictionary
  3. BBC News, «World’s oldest telescope?»
  4. D. C. Lindberg, Theories of Vision from al-Kindi to Kepler, (Chicago: Univ. of Chicago Pr., 1976), pp. 14-15.
  5. D. C. Lindberg, Theories of Vision from al-Kindi to Kepler, (Chicago: Univ. of Chicago Pr., 1976), p. 16; A. M. Smith, Ptolemy’s search for a law of refraction: a case-study in the classical methodology of 'saving the appearances' and its limitations, Arch. Hist. Exact Sci. 26 (1982), 221—240; Ptolemy’s procedure is reported in the fifth chapter of his Optics.
  6. Cited in D. C. Lindberg, Theories of Vision from al-Kindi to Kepler, (Chicago: Univ. of Chicago Pr., 1976), p. 19.
  7. Lindberg, David C. (Winter 1971), «Alkindi’s Critique of Euclid’s Theory of Vision», Isis 62 (4): 469—489 [471], doi:10.1086/350790
  8. R. Rashed, «A Pioneer in Anaclastics: Ibn Sahl on Burning Mirrors and Lenses», Isis 81 (1990): 464-91
  9. R. L. Verma «Al-Hazen: father of modern optics», Al-Arabi, 8 (1969): 12-13.
  10. D. C. Lindberg, «Alhazen’s Theory of Vision and its Reception in the West», Isis, 58 (1967), p. 322.
  11. Sabra, A. I.; Hogendijk, J. P. (2003), The Enterprise of Science in Islam: New Perspectives, MIT Press, pp. 85-118, ISBN 0262194821, OCLC 237875424
  12. Hatfield, Gary (1996), «Was the Scientific Revolution Really a Revolution in Science?», in Ragep, F. J.; Ragep, Sally P.; Livesey, Steven John, Tradition, Transmission, Transformation: Proceedings of Two Conferences on Pre-modern Science held at the University of Oklahoma, Brill Publishers, p. 500, ISBN 9004091262, OCLC 234073624 234096934 19740432 234073624 234096934
  13. Simon, Gérard (2006), «The Gaze in Ibn al-Haytham», The Medieval History Journal 9 (1): 89-98, doi:10.1177/097194580500900105
  14. Bellosta, Hélèna (2002), «Burning Instruments: From Diocles to Ibn Sahl», Arabic Sciences and Philosophy (Cambridge University Press) 12: 285—303, doi:10.1017/S095742390200214X
  15. Rashed, Roshdi (2 August 2002), «Portraits of Science: A Polymath in the 10th Century», Science 297 (5582): 773, doi:10.1126/science.1074591, PMID 12161634
  16. Lindberg, David C. (1967), «Alhazen’s Theory of Vision and Its Reception in the West», Isis 58 (3): 321—341 [332], doi:10.1086/350266 Bala, Arun, The Dialogue of Civilizations in the Birth of Modern Science, Palgrave Macmillan
  17. R. L. Verma «Al-Hazen: father of modern optics», Al-Arabi, 8 (1969): 12-13.
  18. Lindberg, David C. (1967), «Alhazen’s Theory of Vision and Its Reception in the West», Isis 58 (3): 321—341 [332], doi:10.1086/350266
  19. David C. Lindberg, "The Theory of Pinhole Images from Antiquity to the Thirteenth Century, " Archive for History of the Exact Sciences, 5(1968):154-176.
  20. D. C. Lindberg, Theories of Vision from al-Kindi to Kepler, (Chicago: Univ. of Chicago Pr., 1976), pp. 58-86.
  21. Nader El-Bizri, "A Philosophical Perspective on Alhazen’s Optics, " Arabic Sciences and Philosophy, Vol. 15, Issue 2 (2005), pp. 189—218 (Cambridge University Press)
  22. Nader El-Bizri, "Ibn al-Haytham, " in Medieval Science, Technology, and Medicine: An Encyclopedia, eds. Thomas F. Glick, Steven J. Livesey, and Faith Wallis (New York — London: Routledge, 2005), pp. 237—240.
  23. Gorini, Rosanna (October 2003), «Al-Haytham the man of experience. First steps in the science of vision» (pdf), Journal of the International Society for the History of Islamic Medicine 2 (4): 53-55, http://www.ishim.net/ishimj/4/10.pdf, retrieved 2008-09-25
  24. Dijksterhuis, Fokko Jan (2004), Lenses and Waves: Christiaan Huygens and the Mathematical Science of Optics in the Seventeenth Century, Springer, pp. 113-5, ISBN 1402026978, OCLC 56533625 228400027 56533625 :
  25. George Sarton, Introduction to the History of Science, Vol. 1, p. 710.
  26. O’Connor, John J.; Robertson, Edmund F., «Al-Biruni», MacTutor History of Mathematics archive, University of St Andrews, http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Biographies/Al-Biruni.html .
  27. Sabra, =A. I. (Spring 1967), «The Authorship of the Liber de crepusculis, an Eleventh-Century Work on Atmospheric Refraction», Isis 58 (1): 77-85 [77], doi:10.1086/350185
  28. O’Connor, John J.; Robertson, Edmund F., «Al-Farisi», MacTutor History of Mathematics archive, University of St Andrews, http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Biographies/Al-Farisi.html .
  29. Dr. Salim Ayduz (26 June 2008), Taqi al-Din Ibn Ma’ruf: A Bio-Bibliographical Essay, http://muslimheritage.com/topics/default.cfm?ArticleID=949, retrieved 2008-07-04)
  30. Steffens (cf.
  31. Bashar Saad, Hassan Azaizeh, Omar Said (October 2005). «Tradition and Perspectives of Arab Herbal Medicine: A Review», Evidence-based Complementary and Alternative Medicine 2 (4), p. 475—479 [476]. Oxford University Press
  32. Ian P. Howard (1996), «Alhazen’s neglected discoveries of visual phenomena», Perception 25 (10): 1203—1217, doi:10.1068/p251203, PMID 9027923
  33. (Wade 1998)
  34. (Howard & Wade 1996)
  35. Gul A. Russell, «Emergence of Physiological Optics», p. 689, in (Morelon & Rashed 1996)
  36. Gul A. Russell, «Emergence of Physiological Optics», pp. 689-90, in (Morelon & Rashed 1996)
  37. Gul A. Russell, «Emergence of Physiological Optics», p. 690, in (Morelon & Rashed 1996)
  38. Gul A. Russell, «Emergence of Physiological Optics», p. 692, in (Morelon & Rashed 1996)
  39. Gul A. Russell, «Emergence of Physiological Optics», p. 691, in (Morelon & Rashed 1996)
  40. Gul A. Russell, «Emergence of Physiological Optics», p. 689, in (Morelon & Rashed 1996)
  41. Gul A. Russell, «Emergence of Physiological Optics», p. 695-8, in (Morelon & Rashed 1996)
  42. N. J. Wade (1998), A Natural History of Vision, Cambridge, MA: MIT Press, ISBN 0262231948, OCLC 37246567
  43. D. C. Lindberg, Theories of Vision from al-Kindi to Kepler, (Chicago: Univ. of Chicago Pr., 1976), pp. 94-99.
  44. R. W. Southern, Robert Grosseteste: The Growth of an English Mind in Medieval Europe, (Oxford: Clarendon Press, 1986), pp. 136-9, 205-6.
  45. A. C. Crombie, Robert Grosseteste and the Origins of Experimental Science, (Oxford: Clarendon Press, 1971), p. 110
  46. D. C. Lindberg, "Roger Bacon on Light, Vision, and the Universal Emanation of Force, " pp. 243—275 in Jeremiah Hackett, ed., Roger Bacon and the Sciences: Commemorative Essays, (Leiden: Brill, 1997), pp. 245—250; Theories of Vision from al-Kindi to Kepler, (Chicago: Univ. of Chicago Pr., 1976), pp. 107-18; The Beginnings of Western Science, (Chicago: Univ. of Chicago Pr., 1992, p. 313.
  47. D. C. Lindberg, John Pecham and the Science of Optics: Perspectiva communis, (Madison, Univ. of Wisconsin Pr., 1970), pp. 12-32; Theories of Vision from al-Kindi to Kepler, (Chicago: Univ. of Chicago Pr., 1976), pp. 116-18.
  48. D. C. Lindberg, Theories of Vision from al-Kindi to Kepler, (Chicago: Univ. of Chicago Pr., 1976), pp. 118-20.
  49. Caspar, Kepler, pp 142—146
  50. Tipler, P. A. and G. Mosca (2004), Physics for Scientists and Engineers, W. H. Freeman, ISBN 0-7167-4389-2, OCLC 52359293 53194746 56567284 51095685 52359293 53194746 56567284
  51. René Descartes, Microsoft, 2008, archived from the original on 2009-10-31, http://www.webcitation.org/5kwquAJtW, retrieved 2007-08-15
  52. Dobbs, J.T. (December 1982), «Newton’s Alchemy and His Theory of Matter», Isis 73 (4): 523, doi:10.1086/353114 quoting Opticks
  53. Jean Louis Aubert (1760), Memoires pour l’histoire des sciences et des beaux arts, Paris: Impr. de S. A. S.; Chez E. Ganeau, p. 149, http://books.google.com/books?vid=OCLC58901501&id=3OgDAAAAMAAJ&pg=PP151&lpg=PP151&dq=grimaldi+diffraction+date:0-1800&as_brr=1
  54. Sir David Brewster (1831), A Treatise on Optics, London: Longman, Rees, Orme, Brown & Green and John Taylor, p. 95, http://books.google.com/books?vid=OCLC03255091&id=opYAAAAAMAAJ&pg=RA1-PA95&lpg=RA1-PA95&dq=grimaldi+diffraction+date:0-1840&as_brr=1
  55. (Wade & Finger 2001)
  56. (Elliott & 1966 Chapter 1)
  57. O. S. Marshall (1950). «Alhazen and the Telescope», Astronomical Society of the Pacific Leaflets 6, p. 4.
  58. Kriss, Timothy C.; Kriss, Vesna Martich (April 1998), «History of the Operating Microscope: From Magnifying Glass to Microneurosurgery», Neurosurgery 42 (4): 899—907, doi:10.1097/00006123-199804000-00116, PMID 9574655
  59. Bellis, Mary, «The History of Eye Glasses or Spectacles», About.com:Inventors, http://inventors.about.com/od/gstartinventions/a/glass_3.htm, retrieved 2007-09-01
  60. Galileo’s Telescope — by: Albert Van Helden
  61. Topdemir, Hüseyin Gazi (1999), Takîyüddîn’in Optik Kitabi, Ministry of Culture Press, Ankara
  62. Giambattista della Porta, (2005), Natural Magick, page 339. NuVision Publications, LLC.
  63. Microscopes: Time Line
  64. Stephen Jay Gould(2000). The Lying Stones of Marrakech, ch.2 «The Sharp-Eyed Lynx, Outfoxed by Nature». London: Jonathon Cape. ISBN 0224050443
  65. http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_optics