Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Оптика начал с развитием линз со стороны древних египтян и Mesopotamians ,затем теории на свет и видение разработанного древнегреческих философов и развития геометрической оптики в греко-римском мире . Слово « оптика» происходит от греческого слова τα ὀπτικά, означающего «внешний вид, внешний вид». [1] Оптика была значительно реформирована в результате развития средневекового исламского мира , таких как начало физической и физиологической оптики, а затем значительно продвинулась вЕвропа раннего Нового времени , где зародилась дифракционная оптика . Эти более ранние исследования оптики теперь известны как «классическая оптика». Термин «современная оптика» относится к областям оптических исследований, которые в значительной степени развились в 20-м веке, таким как волновая оптика и квантовая оптика .

Ранняя история [ править ]

В древней Индии философские школы санкхьи и вайшешики , относящиеся к VI – V векам до нашей эры, разрабатывали теории света. Согласно школе санкхьи, свет является одним из пяти основных «тонких» элементов ( танматра ), из которых возникают грубые элементы.

Напротив, школа Вайшешики дает атомарную теорию физического мира на неатомной основе эфира , пространства и времени. (См. Индийский атомизм .) Основные атомы - это атомы земли ( притхиви ), воды ( апас ), огня ( теджас ) и воздуха ( вайю ), которые не следует путать с обычным значением этих терминов. Эти атомы образуют бинарные молекулы, которые объединяются в более крупные молекулы. Движение определяется в терминах движения физических атомов. Световые лучи считаются потоком теджаса с высокой скоростью.(огонь) атомы. Частицы света могут иметь разные характеристики в зависимости от скорости и расположения атомов теджаса . Примерно в первом веке до нашей эры Вишну-пурана называет солнечный свет «семью лучами солнца».

В пятом веке до нашей эры Эмпедокл постулировал, что все состоит из четырех элементов ; огонь, воздух, земля и вода. Он верил, что Афродита создала человеческий глаз из четырех элементов и что она зажгла огонь в глазу, который сиял из глаза, делая возможным зрение. Если бы это было правдой, то ночью можно было бы видеть так же хорошо, как и днем, поэтому Эмпедокл постулировал взаимодействие между лучами от глаз и лучами от источника, такого как солнце. Он заявил, что свет имеет конечную скорость. [2]

Отдельные значительные разработки в оптике были также достигнуты со времен Древнего Китая. [3]

В своей « Оптике» греческий математик Евклид заметил, что «вещи, видимые под большим углом, кажутся больше, а те, что под меньшим углом, - меньшими, в то время как предметы под равными углами кажутся равными». В следующих 36 предложениях Евклид связывает видимый размер объекта с его расстоянием от глаза и исследует видимые формы цилиндров и колбочек, если смотреть под разными углами. Папп считал , эти результаты иметь важное значение в астрономии и включала Евклида оптики , наряду с его Phaenomena , в Литтл астрономии , сборник небольших работ , которые будут изучены до Syntaxis ( Альмагест ) от Птолемея.

В 55 г. до н.э., Лукреции , а римские атомщики , писали:

Ибо с любых расстояний огонь может излучать свой свет и дышать своим теплым теплом на наши конечности, они ничего не теряют из тела своего пламени из-за промежутков, их огонь ни на йоту не уменьшается для взгляда. [4]

В своем Catoptrica , Герой Александрии показал геометрическим методом , что фактический путь, по которому луч света , отраженного от плоского зеркала короче , чем любой другой отраженном пути , который может быть обращено между источником и точкой наблюдения.

Во втором веке Клавдий Птолемей в своей « Оптике» провел исследования отражения и преломления . Он измерил углы преломления между воздухом, водой и стеклом, и его опубликованные результаты показывают, что он скорректировал свои измерения в соответствии со своим (неверным) предположением о том, что угол преломления пропорционален углу падения . [5] [6]

Индийские буддисты , такие как Дигнага в V веке и Дхармакирти в VII веке, разработали тип атомизма, который представляет собой философию о том, что реальность состоит из атомарных сущностей, которые представляют собой мгновенные вспышки света или энергии. Они рассматривали свет как атомную сущность, эквивалентную энергии, аналогичную современной концепции фотонов , хотя они также рассматривали всю материю как состоящую из этих световых / энергетических частиц.

Геометрическая оптика [ править ]

Смотрите также: геометрическая оптика и луч (оптика)

Обсуждаемые здесь ранние авторы рассматривали зрение скорее как геометрическую, чем как физическую, физиологическую или психологическую проблему. Первым известным автором трактата по геометрической оптике был геометр Евклид (ок. 325 г. до н.э. - 265 г. до н.э.). Евклид начал свое изучение оптики так же, как и изучение геометрии, с набора самоочевидных аксиом.

  1. Линии (или визуальные лучи) можно провести по прямой к объекту.
  2. Эти линии, падающие на объект, образуют конус.
  3. То, на что попадают линии, видно.
  4. То, что видно под большим углом, кажется больше.
  5. То, что видит более высокий Луч, кажется выше.
  6. Правый и левый лучи появляются справа и слева.
  7. То, что видно под разными углами, кажется более четким.

Евклид не определил физическую природу этих визуальных лучей, но, используя принципы геометрии, он обсудил эффекты перспективы и округление предметов, видимых на расстоянии.

Там, где Евклид ограничил свой анализ простым прямым зрением, Герой Александрии (ок. 10–70 гг. Н. Э.) Расширил принципы геометрической оптики, чтобы рассмотреть проблемы отражения (катоптрики). В отличие от Евклида, Герой иногда комментировал физическую природу визуальных лучей, указывая на то, что они движутся с огромной скоростью от глаза к видимому объекту и отражаются от гладких поверхностей, но могут застрять в пористости неотшлифованных поверхностей. [7] Это стало известно как теория излучения . [8]

Герой продемонстрировал равенство угла падения и отражения на том основании, что это кратчайший путь от объекта до наблюдателя. На этом основании он смог определить фиксированную связь между объектом и его изображением в плоском зеркале. В частности, кажется, что изображение находится за зеркалом так же далеко, как объект на самом деле находится перед зеркалом.

Как и Герой, Птолемей в своей Оптике (сохранившейся только в виде латинского перевода серьезно дефектной арабской версии) рассматривал визуальные лучи как исходящие от глаза к видимому объекту, но, в отличие от Героя, считал, что визуальные лучи не были дискретные линии, но образуют сплошной конус. Птолемей расширил изучение зрения за пределы прямого и отраженного зрения; он также изучал зрение с помощью преломленных лучей (диоптрия), когда мы видим объекты через границу раздела двух сред разной плотности. Он провел эксперименты по измерению пути зрения, когда мы смотрим от воздуха к воде, от воздуха к стеклу и от воды к стеклу, и составил таблицу взаимосвязей между падающими и преломленными лучами. [9]

Его табличные результаты были изучены для границы раздела воздух-вода, и в целом полученные им значения отражают теоретическое преломление, данное современной теорией, но выбросы искажены, чтобы представить априорную модель Птолемея природы преломления. [ необходима цитата ]

В исламском мире [ править ]

Репродукция страницы рукописи Ибн Сала , показывающей открытие им закона преломления, ныне известного как закон Снеллиуса .

Аль-Кинди (ок. 801–873) был одним из первых значительных писателей-оптиков в исламском мире . В работе, известной на Западе как De radiis stellarum , аль-Кинди разработал теорию, «что все в мире ... испускает лучи во всех направлениях, которые заполняют весь мир». [10]

Теорема Ибн Haytham

Эта теория активной силы лучей оказала влияние на более поздних ученых, таких как Ибн аль-Хайтам , Роберт Гроссетест и Роджер Бэкон . [11]

Ибн Сахл , математик, работавший в Багдаде в 980-х годах, является первым известным исламским ученым, составившим комментарий к оптике Птолемея . Его трактат Фи аль-'ала аль-Мухрика «О горящих инструментах» был реконструирован по фрагментарным рукописям Рашедом (1993). [12] Работа посвящена тому, как изогнутые зеркала и линзы изгибаются и фокусируют свет. Ибн Сахль также описывает закон преломления, математически эквивалентный закону Снеллиуса . [13] Он использовал свой закон преломления для вычисления формы линз и зеркал, которые фокусируют свет в одной точке на оси.

Альхазен (Ибн аль-Хайсам), «отец оптики» [14]

Ибн аль-Хайтам (известный как Альхасен или Альхазен в Западной Европе), писавший в 1010-х годах, получил как трактат Ибн Сала, так и частичный арабский перевод Оптики Птолемея . Он произвел всесторонний и систематический анализ греческих оптических теорий. [15] Ключевое достижение Ибн аль-Хайсама было двояким: во-первых, он настаивал, вопреки мнению Птолемея, что видение произошло из-за попадания лучей в глаз; второй заключался в том, чтобы определить физическую природу лучей, о которых говорили ранее писатели-геометрические оптики, рассматривая их как формы света и цвета. [16] Затем он проанализировал эти физические лучи в соответствии с принципами геометрической оптики. Он написал много книг по оптике, в первую очередь Книгу оптики ( Kitab al Manazir на арабском языке ), переведенную на латынь как De aspectibus или Perspectiva , которая распространила его идеи в Западной Европе и оказала большое влияние на более поздние разработки оптики. [17] [8] Ибн аль-Хайсама называли «отцом современной оптики». [18] [19]

Авиценна (980-1037) согласился с Альхазеном в том, что скорость света конечна, поскольку он «заметил, что если восприятие света происходит из-за испускания какого-либо вида частиц источником света, скорость света должна быть конечной. " [20] Абу Райхан аль-Бируни (973-1048) также согласился с тем, что свет имеет конечную скорость, и заявил, что скорость света намного выше скорости звука . [21]

Абу Абдаллах Мухаммад ибн Мауд , живший в Аль-Андалусе во второй половине 11 века, написал работу по оптике, позже переведенную на латынь как Liber de crepisculis , которую ошибочно приписали Альхазену . Это была «небольшая работа, содержащая оценку угла падения Солнца в начале утренних сумерек и в конце вечерних сумерек, а также попытка вычислить на основе этих и других данных высоту Солнца. атмосферная влага, ответственная за преломление солнечных лучей ». В ходе своих экспериментов он получил значение 18 °, что близко к современному значению. [22]

В конце XIII - начале XIV веков Кутб ад-Дин аль-Ширази (1236–1311) и его ученик Камал ад-Дин аль-Фариси (1260–1320) продолжили работу Ибн аль-Хайсама, и они были в числе первых. первым дать правильное объяснение феномена радуги . Аль-Фариси опубликовал свои открытия в своей книге «Китаб Танких аль-Маназир» ( «Пересмотр оптики [Ибн аль-Хайсама]» ). [23]

В средневековой Европе [ править ]

Английский епископ Роберт Гроссетест (ок. 1175–1253) писал по широкому кругу научных тем во времена зарождения средневекового университета и восстановления работ Аристотеля. Гроссетест отразил переходный период между платонизмом раннего средневековья и новым аристотелизмом , поэтому он имел тенденцию применять математику и платоническую метафору света во многих своих сочинениях. Ему приписывают обсуждение света с четырех различных точек зрения: эпистемология света, метафизика или космогония света, этиология или физика света и теология.света. [24]

Оставляя в стороне вопросы эпистемологии и теологии, космогония света Гроссетеста описывает происхождение Вселенной в том, что можно в общих чертах охарактеризовать как средневековую теорию «большого взрыва». И его библейский комментарий, Гексаэмерон (1230 x 35), и его научный « О свете» (1235 x 40) черпали вдохновение из Бытия 1: 3, «Бог сказал, да будет свет», и описывали последующий процесс творения. как естественный физический процесс, возникающий из генерирующей силы расширяющейся (и сжимающейся) сферы света. [25]

Оптическая схема, показывающая, как свет преломляется сферическим стеклянным сосудом, наполненным водой. (от Роджера Бэкона, De multiplicatione specierum )

Его более общее рассмотрение света как основного агента физической причинности появляется в его « На линиях, углах и фигурах», где он утверждает, что «естественный агент передает свою силу от самого себя к получателю», и в « О природе мест», где он отмечает что «каждое естественное действие различается по силе и слабости за счет изменения линий, углов и фигур». [26]

Английский францисканец , Роджер Бэкон (ок. 1214-1294) находился под сильным влиянием сочинений Гроссетест о важности света. В своих оптических сочинениях ( Perspectiva , De multiplicatione specierum и De speculis comburentibus ) он цитировал широкий спектр недавно переведенных оптических и философских работ, включая работы Альхасена , Аристотеля , Авиценны , Аверроэса , Евклида , аль-Кинди , Птолемея. , Тидеус и Константин Африканский. Хотя он не был рабским подражателем, он основал свой математический анализ света и видения на трудах арабского писателя Альхасена. Но он добавил к этому неоплатоническую концепцию, возможно, взятую из Гроссетеста, что каждый объект излучает силу ( вид ), с помощью которой он воздействует на близлежащие объекты, подходящие для восприятия этих видов . [27] Обратите внимание, что оптическое использование Бэконом термина « вид » значительно отличается от категорий род / вид, найденных в аристотелевской философии.

Несколько более поздних работ, в том числе влиятельный «Моральный трактат о глазу» (лат. Tractatus Moralis de Oculo ) Петра Лиможского (1240–1306), помогли популяризировать и распространить идеи, содержащиеся в трудах Бэкона. [28]

Другой английский францисканец, Джон Пешам (умер в 1292 г.), основанный на трудах Бэкона, Гроссетеста и различных более ранних авторов, создал то, что стало наиболее широко используемым учебником по оптике средневековья, Perspectiva communis . Его книга была сосредоточена на вопросе зрения, на том, как мы видим, а не на природе света и цвета. Пешам следовал модели, предложенной Альхасеном, но интерпретировал идеи Альхасена в манере Роджера Бэкона. [29]

Как и его предшественники, Витело (родился около 1230 года, умер между 1280 и 1314 годами), опираясь на обширный массив оптических работ, недавно переведенных с греческого и арабского языков, создал обширную презентацию предмета под названием « Перспектива» . Его теория зрения следует за Альхасеном, и он не принимает во внимание концепцию видов Бэкона , хотя отрывки в его работе демонстрируют, что на него повлияли идеи Бэкона. Судя по количеству сохранившихся рукописей, его работы не были столь влиятельными, как работы Печама и Бэкона, однако его важность и важность Печама возросли с изобретением книгопечатания. [30]

Теодорих из Фрайберг (около 1250-ок. 1310) был одним из первых в Европе , чтобы обеспечить правильное научное объяснение радуги явления, [ править ] , а также аль-Кутуб аль-Дин Ширази (1236-1311) и его упомянутый выше ученик Камал ад-Дин аль-Фариси (1260–1320).

Ренессанс и Раннее Новое время [ править ]

Иоганн Кеплер (1571–1630) начал исследование законов оптики из своего эссе о Луне 1600 года. [8] И лунные, и солнечные затмения представляли необъяснимые явления, такие как неожиданные размеры теней, красный цвет полного лунного затмения, и, как сообщается, необычный свет, окружающий полное солнечное затмение. Связанные с этим вопросы атмосферной рефракции применимы ко всем астрономическим наблюдениям. На протяжении большей части 1603 года Кеплер приостанавливал другие свои работы, чтобы сосредоточиться на оптической теории; получившаяся в результате рукопись, представленная императору 1 января 1604 года, была опубликована как Astronomiae Pars Optica ( Оптическая часть астрономии).). В нем Кеплер описал закон обратных квадратов, регулирующий интенсивность света, отражение плоскими и изогнутыми зеркалами и принципы работы камер-обскур , а также астрономические последствия оптики, такие как параллакс и видимые размеры небесных тел. Astronomiae Pars Optica обычно считается основой современной оптики (хотя закон преломления явно отсутствует). [31]

Виллеброрд Снеллиус (1580–1626) открыл математический закон преломления , ныне известный как закон Снеллиуса , в 1621 году. Впоследствии Рене Декарт (1596–1650) показал, используя геометрическую конструкцию и закон преломления (также известный как закон Декарта) ), что угловой радиус радуги составляет 42 ° (т. е. угол, образуемый краем радуги и центром радуги, составляет 42 °). [32] Он также независимо открыл закон отражения , и его эссе по оптике было первым опубликованным упоминанием об этом законе. [33]

Христиан Гюйгенс (1629–1695) написал несколько работ в области оптики. К ним относятся Opera Reliqua (также известная как Christiani Hugenii Zuilichemii, dum viveret Zelhemii toparchae, opuscula posthuma ) и Traité de la lumière .

Исаак Ньютон (1643–1727) исследовал преломление света, продемонстрировав, что призма может разлагать белый свет на спектр цветов, а линза и вторая призма могут преобразовывать многоцветный спектр в белый свет. Он также показал, что цветной свет не меняет своих свойств, выделяя цветной луч и направляя его на различные объекты. Ньютон заметил, что независимо от того, отражался ли он, рассеивался или передавался, он оставался одного цвета. Таким образом, он заметил, что цвет - это результат взаимодействия объектов с уже окрашенным светом, а не объекты, сами генерирующие цвет. Это известно как теория цвета Ньютона.. Из этой работы он пришел к выводу, что любой преломляющий телескоп будет страдать от рассеивания света по цветам, и изобрел отражающий телескоп (сегодня известный как ньютоновский телескоп ), чтобы обойти эту проблему. Шлифовав свои собственные зеркала и используя кольца Ньютона для оценки качества оптики своих телескопов, он смог создать лучший инструмент для преломляющего телескопа, в первую очередь благодаря большему диаметру зеркала. В 1671 году Королевское общество запросило демонстрацию его телескопа-рефлектора. Их интерес побудил его опубликовать свои заметки « О цвете» , которые он позже расширил в « Оптику» . Ньютон утверждал, что свет состоит из частиц иликорпускулы и преломлялись за счет ускорения в сторону более плотной среды, но ему пришлось связать их с волнами, чтобы объяснить дифракцию света ( Opticks Bk. II, Props. XII-L). Более поздние физики вместо этого предпочли чисто волнообразное объяснение света для объяснения дифракции. Сегодняшняя квантовая механика , фотоны и идея дуальности волна-частица имеют лишь незначительное сходство с пониманием света Ньютоном.

В своей « Гипотезе света» 1675 года Ньютон постулировал существование эфира для передачи сил между частицами. В 1704 году Ньютон опубликовал « Оптику» , в которой изложил свою корпускулярную теорию света. Он считал, что свет состоит из чрезвычайно тонких корпускул, что обычная материя состоит из более грубых корпускул, и предполагал, что посредством своего рода алхимической трансмутации «грубые тела и свет не могут быть преобразованы друг в друга ... и, возможно, тела не получают много. их активности от частиц света, которые входят в их состав? " [34]

Дифракционная оптика [ править ]

Эскиз двухщелевой дифракции Томаса Янга, который он представил Королевскому обществу в 1803 году.

Эффекты дифракции света тщательно наблюдал и охарактеризовал Франческо Мария Гримальди , который также ввел термин дифракция от латинского diffringere , «разбиваться на части», имея в виду свет, распадающийся в разные стороны. Результаты наблюдений Гримальди были опубликованы посмертно в 1665 году. [35] [36] Исаак Ньютон изучил эти эффекты и объяснил их перегибом световых лучей. Джеймс Грегори (1638–1675) наблюдал дифракционные картины, вызванные птичьим пером, которое фактически было первой дифракционной решеткой . В 1803 году Томас Янгпровел свой знаменитый эксперимент, наблюдая интерференцию от двух близко расположенных щелей в своем двухщелевом интерферометре . Объясняя свои результаты интерференцией волн, исходящих из двух разных щелей, он пришел к выводу, что свет должен распространяться как волны. Огюстен-Жан Френель провел более подробные исследования и расчеты дифракции, опубликованные в 1815 и 1818 годах, и тем самым оказал большую поддержку волновой теории света, выдвинутой Христианом Гюйгенсом и усиленной Янгом против теории частиц Ньютона.

Линзы и изготовление линз [ править ]

См. Также: Хронология развития телескопов.

Существуют спорные археологические свидетельства использования линз в древности, охватывающие несколько тысячелетий. [37] Было высказано предположение, что стеклянные наглазники с иероглифами из Древнего царства Египта (около 2686–2181 до н.э.) были функциональными простыми стеклянными менисковыми линзами. [38] Точно так называемая линза Нимруда , артефакт из горного хрусталя, датируемый 7 веком до нашей эры, могла использоваться как увеличительное стекло или, возможно, быть украшением. [39] [40] [41] [42] [43]

Самое раннее письменное упоминание об увеличении датируется I веком нашей эры, когда Сенека Младший , наставник императора Нерона , писал: «Буквы, какими бы маленькими и нечеткими они ни были, видны в увеличенном виде и более отчетливо через шар или стакан, наполненный водой». . [44] Император Нерон, как говорят, наблюдал за гладиаторскими играми, используя изумруд в качестве корректирующей линзы. [45]

Ибн аль-Хайтам (Альхасен) писал об эффектах точечного отверстия , вогнутых линз и увеличительных стекол в своей Книге оптики 1021 года нашей эры . [44] [46] [47] В письменных работах английского монаха Роджера Бэкона 1260 или 1270-х годов по оптике, частично основанных на трудах арабских писателей, описывалась функция корректирующих линз для зрения и горящих очков. Эти тома были набросками для более крупного издания, которое так и не было выпущено, поэтому его идеи не получили массового распространения. [48]

Между 11 и 13 веками были изобретены « камни для чтения ». Часто используемые монахами для освещения рукописей, это были примитивные плоско-выпуклые линзы, изначально сделанные путем разрезания стеклянной сферы пополам. По мере экспериментов с камнями постепенно стало понятно, что более мелкие линзы увеличиваются более эффективно. Примерно в 1286 году, возможно, в Пизе, Италия, была изготовлена ​​первая пара очков, хотя неясно, кто был изобретателем. [49]

Самыми ранними известными действующими телескопами были телескопы-рефракторы, которые появились в Нидерландах в 1608 году. Их изобретатель неизвестен: в том же году Ганс Липперши подал заявку на первый патент, а две недели спустя последовала патентная заявка Якоба Метиуса из Алкмара (ни один из них не был получен, поскольку примеры устройства казались многочисленными в то время). В следующем году Галилей значительно усовершенствовал эти конструкции. Исааку Ньютону приписывают создание первого функционального телескопа-рефлектора в 1668 году, своего ньютоновского рефлектора .

Самые ранние известные примеры составных микроскопов, в которых линза объектива рядом с образцом сочетается с окуляром для просмотра реального изображения , появились в Европе около 1620 года. [50] Конструкция очень похожа на телескоп и, как это устройство, является его изобретателем. неизвестно. Опять же, утверждения вращаются вокруг центров изготовления очков в Нидерландах, включая утверждения, что они были изобретены в 1590 году Захариасом Янссеном и / или его отцом, Гансом Мартенсом, [51] [52] [53], утверждают, что они были изобретены конкурирующим производителем очков, Гансом Липперши. , [54] и утверждает, что он был изобретен экспатриантом Корнелисом Дреббелем.у которого было отмечено, что у него была версия в Лондоне в 1619 году. [55] [56] Галилео Галилей (также иногда упоминаемый как изобретатель составного микроскопа), кажется, обнаружил после 1609 года, что он может близко сфокусировать свой телескоп для наблюдения за небольшими объектами, а затем Увидев составной микроскоп, построенный Дреббелем, выставленный в Риме в 1624 году, построил свою собственную улучшенную версию. [57] [58] [59] Название «микроскоп» было придумано Джованни Фабером , который дал это название составному микроскопу Галилео Галилея в 1625 году. [60]

Квантовая оптика [ править ]

Основная статья: Квантовая оптика

Свет состоит из частиц, называемых фотонами, и, следовательно, по своей природе квантован. Квантовая оптика - это изучение природы и эффектов света как квантованных фотонов. Первое указание на то, что свет можно квантовать, было сделано Максом Планком в 1899 году, когда он правильно смоделировал излучение черного тела , предположив, что обмен энергией между светом и веществом происходит только в дискретных количествах, которые он назвал квантами. Было неизвестно, источник этой дискретности - материя или свет. [61] : 231–236 В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал теорию фотоэлектрического эффекта.. Оказалось, что единственное возможное объяснение эффекта - это квантование самого света. Позже Нильс Бор показал, что атомы могут излучать только дискретное количество энергии. Понимание взаимодействия между светом и материей, следующее из этих достижений, не только легло в основу квантовой оптики, но и имело решающее значение для развития квантовой механики в целом. Однако подполя квантовой механики, посвященные взаимодействию материи и света, в основном рассматривались как исследования материи, а не света, и, следовательно, скорее говорили об атомной физике и квантовой электронике .

Ситуация изменилась с изобретением мазера в 1953 году и лазера в 1960 году. Лазерная наука - исследование принципов, конструкции и применения этих устройств - стала важной областью, и квантовая механика, лежащая в основе принципов лазера, теперь изучалась с большим упором на свойства света, и название квантовой оптики стало общепринятым.

Поскольку лазерная наука нуждалась в хороших теоретических основах, а также потому, что их исследования вскоре оказались очень плодотворными, интерес к квантовой оптике вырос. После работы Дирака в квантовой теории поля , Джордж Сударшан , Глаубер , и Леонард Мандель прикладной квантовой теории к электромагнитному полю в 1950 - х и 1960 - х годов , чтобы получить более детальное представление о фотодетектирорвания и статистики света (см степень согласованность ). Это привело к введению когерентного состояния как квантового описания лазерного света и осознанию того, что некоторые состояния света не могут быть описаны с помощью классических волн. В 1977 г.Kimble et al. продемонстрировал первый источник света, который требовал квантового описания: одиночный атом, излучающий по одному фотону за раз. Вскоре было предложено другое квантовое состояние света с определенными преимуществами перед любым классическим состоянием - сжатый свет . В то же время развитие коротких и ультракоротких лазерных импульсов, создаваемых методами модуляции добротности и синхронизации мод , открыло путь к изучению невообразимо быстрых (« сверхбыстрых ») процессов. Приложения для исследования твердого тела (например, спектроскопия комбинационного рассеяния света)), и изучены механические силы света на материю. Последнее привело к левитации и размещению облаков атомов или даже небольших биологических образцов в оптической ловушке или оптическом пинцете с помощью лазерного луча. Это, наряду с доплеровским охлаждением, было ключевой технологией, необходимой для достижения знаменитой конденсации Бозе – Эйнштейна .

Другие замечательные результаты - это демонстрация квантовой запутанности , квантовой телепортации и (недавно, в 1995 году) квантовых логических вентилей . Последние представляют большой интерес в квантовой теории информации , предмете, который частично возник из квантовой оптики, частично из теоретической информатики .

Сегодняшние области интересов исследователей квантовой оптики включают параметрическое преобразование с понижением частоты , параметрические колебания , даже более короткие (аттосекундные) световые импульсы, использование квантовой оптики для получения квантовой информации , манипулирование отдельными атомами и конденсатами Бозе-Эйнштейна , их применение и способы манипулирования их (подполе, часто называемое атомной оптикой ).

См. Также [ править ]

  • Хронология электромагнетизма и классической оптики
  • История электромагнетизма
  • История физики
  • Список производителей астрономических инструментов

Заметки [ править ]

  1. ^ TF Hoad (1996). Краткий Оксфордский словарь английской этимологии . ISBN 0-19-283098-8.
  2. ^ Сартон, G (1993). Древняя наука в золотой век Греции . Курьер Дувр . п. 248. ISBN 978-0-486-27495-9.
  3. ^ Линг-Ань Ву; Гуй Лу Лонг; Цихуан Гун; Гуан-Цань Го (октябрь 2015 г.). «Оптика в Древнем Китае» . Бюллетень AAPPS . Ассоциация физических обществ Азиатско-Тихоокеанского региона . Проверено 2 февраля 2021 года .
  4. ↑ Лукреций, 1910. О природе вещей, Bok V ll 561-591, перевод Сирила Бейли, Oxford University Press.
  5. ^ Ллойд, Германия (1973). Греческая наука после Аристотеля . Нью-Йорк: WWNorton. С.  131–135 . ISBN 0-393-04371-1.
  6. ^ «Краткая история оптики» . Архивировано из оригинала на 2013-11-11 . Проверено 3 ноября 2008 .
  7. ↑ DC Lindberg , Theories of Vision from al-Kindi to Kepler , (Chicago: Univ. Of Chicago Pr., 1976), pp. 14-15.
  8. ^ a b c Guarnieri, M. (2015). «Два тысячелетия света: долгий путь к волнам Максвелла». Журнал IEEE Industrial Electronics Magazine . 9 (2): 54–56 + 60. DOI : 10.1109 / MIE.2015.2421754 . S2CID 20759821 . 
  9. Перейти ↑ DC Lindberg, Theories of Vision from al-Kindi to Kepler , (Chicago: Univ. Of Chicago Pr., 1976), p. 16; AM Smith, Поиск Птолемеем закона преломления: тематическое исследование классической методологии «сохранения видимостей» и ее ограничений, Arch. Hist. Exact Sci . 26 (1982), 221-240; Процедура Птолемея описана в пятой главе его « Оптики» .
  10. ↑ Цитируется в DC Lindberg, Theories of Vision from al-Kindi to Kepler , (Chicago: Univ. Of Chicago Pr., 1976), p. 19.
  11. ^ Линдберг, Дэвид С. (Winter 1971), "Критика Аль-Кинди в теории Евклида видения", Isis , 62 (4): 469-489 [471], DOI : 10,1086 / 350790 , PMID 4948770 , S2CID 40895875  
  12. ^ Рашедом, Р., Geometrie и др dioptrique а.е. Xe siècle: Ибн Сахль, ал-Quhi и др Ибн аль-Хайтам. Париж: Les Belles Lettres, 1993
  13. ^ Rashed, R. (1990). «Пионер анакластики: Ибн Саль о горящих зеркалах и линзах». Исида . 81 (3): 464–91. DOI : 10.1086 / 355456 . S2CID 144361526 . 
  14. ↑ Verma, RL (1969), «Аль-Хазен: отец современной оптики», Аль-Араби , 8 : 12–3, PMID 11634474 
  15. ^ Линдберг, округ Колумбия (1967). «Теория зрения Альхазена и ее восприятие на Западе». Исида . 58 (3): 322. DOI : 10,1086 / 350266 . PMID 4867472 . S2CID 10792576 .  
  16. ^ "Как свет проходит через прозрачные тела? Свет проходит через прозрачные тела только по прямым линиям ... Мы исчерпывающе объяснили это в нашей Книге Оптики . Но давайте теперь упомянем кое-что, чтобы убедительно это доказать: факт, что свет распространяется в прямых линиях отчетливо наблюдается в свете, который проникает в темные комнаты через дыры ... [] Входящий свет будет отчетливо наблюдаться в пыли, наполняющей воздух ». - Альхазен, Трактат о свете (رسالة في الضوء), переведенный на английский язык с немецкого М. Шварцем, из «Abhandlung über das Licht» , Дж. Баарманн (редактор и переводчик с арабского на немецкий, 1882 г.) Zeitschrift der Deutschen Morgenländischen Gesellschaft Vol 36, цитируется Самуэлем Самбурским (1974), Физическая мысль от досократиков до квантовых физиков.
  17. ↑ DC Lindberg, Theories of Vision from al-Kindi to Kepler , (Chicago: Univ. Of Chicago Pr., 1976), pp. 58-86; Надер Эль-Бизри «Философский взгляд на оптику Альхазена», Arabic Sciences and Philosophy 15 (2005), 189–218.
  18. ^ «Международный год света: Ибн аль-Хайтам, пионер современной оптики, отмеченный в ЮНЕСКО» . ЮНЕСКО . Проверено 2 июня 2018 .
  19. ^ «„Первый настоящий ученый “ » . 2009 . Проверено 2 июня 2018 .
  20. ^ Джордж Сартон , Введение в историю науки , Vol. 1, стр. 710.
  21. ^ О'Коннор, Джон Дж .; Робертсон, Эдмунд Ф. , "Аль-Бируни" , MacTutor Архив истории математики , Университет Сент-Эндрюс.
  22. ^ Сабра, AI (весна 1967), "Авторство Liber де crepusculis, одиннадцатый- го века Работы по атмосферной рефракции", Isis , 58 (1): 77-85 [77], DOI : 10,1086 / 350185 , S2CID 144855447 
  23. ↑ JJ O'Connor и EF Robertson, MacTutor Math History : Kamal al-Din Abu'l Hasan Muhammad Al-Farisi, « Открытие теории предположительно следует приписать аль-Ширази, а ее развитие - аль-Фариси » - C Бойер, Радуга: от мифа к математике (Нью-Йорк, 1959), 127–129.
  24. ↑ DC Lindberg, Theories of Vision from al-Kindi to Kepler , (Chicago: Univ. Of Chicago Pr., 1976), pp. 94-99.
  25. ^ RW Южный, Роберт Гроссетест: Рост английского разума в средневековой Европе , (Oxford: Clarendon Press, 1986), стр. 136-9, 205-6.
  26. ^ AC Кромби, Роберт Grosseteste и истоки экспериментальной науки , (Oxford: Clarendon Press, 1971), стр. 110
  27. ↑ DC Lindberg, "Roger Bacon on Light, Vision, and the Universal Emanation of Force", стр. 243-275 в Jeremiah Hackett, ed., Roger Bacon and the Sciences: Commemorative Essays , (Leiden: Brill, 1997), pp. 245–250; Теории зрения от аль-Кинди до Кеплера , (Чикаго: Университет Чикаго, 1976), стр. 107-18; Начало западной науки , (Чикаго: Университет Чикаго, 1992, стр. 313.
  28. ^ Даллас Г. Denery II (2005). Видеть и быть увиденным в более позднем средневековом мире: оптика, теология и религиозная жизнь . Издательство Кембриджского университета. С. 75–80. ISBN 9781139443814.
  29. ^ DC Линдберг, Джон Пешам и наука об оптике: Perspectiva communis, (Мэдисон, Университет штата Висконсин, 1970), стр. 12-32; Теории зрения от аль-Кинди до Кеплера , (Чикаго: Университет Чикаго, 1976), стр. 116-18.
  30. ^ DC Линдберг, Теория Видения от Аль-Кинди к Kepler , (Чикаго:.. Унта Чикаго Pr, 1976), стр 118-20..
  31. ^ Каспар, Kepler , с 142-146
  32. ^ Типлер, ПА и Г. Моска (2004), Физика для ученых и инженеров , WH Freeman, стр. 1068, ISBN 0-7167-4389-2, OCLC  51095685
  33. ^ "René Descartes" , Encarta , Microsoft, 2008, заархивировано из оригинала 29 октября 2009 г. , получено 15 августа 2007 г.
  34. ^ Доббс, JT (декабрь 1982), "Ньютон Алхимия и Его теория материи", Isis , 73 (4): 523, DOI : 10,1086 / 353114 , S2CID 170669199 цитируя Opticks
  35. ^ Жан Луи Обер (1760), Мемуары для истории наук и изящных искусств , Париж: Impr. de SA S; Chez E. Ganeau, стр. 149
  36. ^ Сэр Дэвид Брюстер (1831), Трактат по оптике , Лондон: Лонгман, Рис, Орм, Браун и Грин и Джон Тейлор, стр. 95
  37. ^ Синиш, Джордж; Сакелларакис, Яннис А. (1987). «Линзы в древности». Американский журнал археологии . 91 (2): 191–196. DOI : 10.2307 / 505216 . JSTOR 505216 . 
  38. ^ Джей М. Енох, Замечательные линзы и глазные блоки в статуях из Древнего Египта (около 4500 лет назад): свойства, временная шкала, вопросы, требующие разрешения. Слушания Том 3749, 18-й Конгресс Международной комиссии по оптике; (1999) https://doi.org/10.1117/12.354722 Событие: ICO XVIII 18-й Конгресс Международной комиссии по оптике, 1999 г., Сан-Франциско, Калифорния, США, 19 июля 1999 г. [1]
  39. ^ Белый дом, Дэвид (1 июля 1999 г.). "Самый старый телескоп в мире?" . BBC News . Проверено 10 мая 2008 года .
  40. ^ "Линза Нимруда / Линза Лейарда" . База данных коллекции . Британский музей . Проверено 25 ноября 2012 года .
  41. ^ Д. Брюстер (1852). «Из-за линзы из горного хрусталя и разложившегося стекла, найденного в Нинивехе» . Die Fortschritte der Physik (на немецком языке). Deutsche Physikalische Gesellschaft. п. 355.
  42. ↑ История телескопа Генри К. Кинга, издательство Harold Spencer Jones Publisher Courier Dover Publications, 2003, стр. 25–27 ISBN 0-486-43265-3 , 978-0-486-43265-6 
  43. ^ Бардл, Дэвид (май 2004). «Изобретение микроскопа». BIOS . 75 (2): 78–84. DOI : 10.1893 / 0005-3155 (2004) 75 <78: tiotm> 2.0.co; 2 . JSTOR 4608700 . 
  44. ^ a b Крисс, Тимоти С .; Kriss, Vesna Martich (апрель 1998), "История операционного микроскопа: От лупу микронейрохирургии", нейрохирургия , 42 (4): 899-907, DOI : 10,1097 / 00006123-199804000-00116 , PMID 9574655 
  45. ↑ Плиний Старший. «Естественная история» . Проверено 27 апреля 2008 .
  46. ^ ( Уэйд и Фингер 2001 )
  47. ^ ( Эллиотт 1966 ) : Глава 1
  48. ^ Изобретение очков, Как и где очки могли начаться, Колледж оптометристов, college-optometrists.org
  49. ^ Иларди, Винсент (2007-01-01). Видение эпохи Возрождения от очков до телескопов . Американское философское общество. стр.  4 -6. ISBN 9780871692597.
  50. ^ Мерфи, Дуглас Б .; Дэвидсон, Майкл В. (2011). Основы световой микроскопии и электронной визуализации (2-е изд.). Оксфорд: Уайли-Блэквелл. ISBN 978-0471692140.
  51. ^ Претензияпредъявленная сына Захария Янсена в 1655
  52. ↑ Сэр Норман Локьер (1876 г.). Том 14 .
  53. ↑ Альберт Ван Хелден; Свен Дюпре; Роб ван Гент (2010). Истоки телескопа . Издательство Амстердамского университета. С. 32–36, 43. ISBN 978-90-6984-615-6.
  54. ^ "Кто изобрел микроскоп?" . Проверено 31 марта 2017 года .
  55. ^ Эрик Jorink (25 октября 2010). Чтение книги природы в голландский золотой век, 1575-1715 гг . ISBN 978-9004186712.
  56. ^ Уильям Розенталь, Очки и другие вспомогательные средства зрения: история и руководство по сбору, Norman Publishing, 1996, стр. 391 - 392
  57. Перейти ↑ Raymond J. Seeger, Men of Physics: Galileo Galilei, His Life and His Works, Elsevier - 2016, page 24
  58. ^ Дж. Уильям Розенталь, Очки и другие вспомогательные средства зрения: история и руководство по сбору, Norman Publishing, 1996, стр. 391
  59. ^ uoregon.edu, Галилео Галилей (отрывок из Британской энциклопедии)
  60. ^ Стивен Джей Гулд (2000). Лежащие камни Марракеша, глава 2 «Зоркая рысь, обманутая природой». Лондон: мыс Джонатон. ISBN 0-224-05044-3 
  61. ^ Уильям Х. Кроппер (2004). Великие физики: жизнь и времена ведущих физиков от Галилея до Хокинга . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-517324-6.

Ссылки [ править ]

  • Кромби, AC Роберт Гроссетест и истоки экспериментальной науки . Оксфорд: Clarendon Press, 1971.
  • Ховард, Ян П .; Wade, Николас Дж (1996), "вклад Птолемея к геометрии бинокулярного зрения", Восприятие , 25 (10): 1189-201, DOI : 10,1068 / p251189 , PMID  9027922 , S2CID  34431898.
  • Линдберг, округ Колумбия (1967). «Теория зрения Альхазена и ее восприятие на Западе». Исида . 58 (3): 321–341. DOI : 10.1086 / 350266 . PMID  4867472 . S2CID  10792576 .
  • Линдберг, округ Колумбия Теории зрения от аль-Кинди до Кеплера . Чикаго: Издательство Чикагского университета, 1976.
  • Морелон, Режис; Рашед, Рошди (1996), Энциклопедия истории арабской науки , 2 , Рутледж, ISBN 0-415-12410-7, OCLC  34731151.
  • Уэйд, Николас Дж. (1998), Естественная история зрения , Кембридж, Массачусетс: MIT Press , ISBN 0-262-23194-8, OCLC  37246567.
  • История оптики (аудио mp3) Саймона Шаффера, профессора истории и философии науки Кембриджского университета , Джима Беннета, директора Музея истории науки Оксфордского университета и Эмили Винтерберн, куратора астрономии в Национальный морской музей (записано BBC ).