Vi forklarer, hvad optik er, dens historie, indflydelse på andre videnskaber og hvordan fysisk, geometrisk og moderne optik adskiller sig.
Hvad er optik?
Optik er en gren af fysisk der er dedikeret til studiet af lys synlig: dens egenskaber og dens adfærd. Det analyserer også dets mulige anvendelser i livet menneske, ligesom konstruktionen af instrumenter til at opdage eller bruge det.
Lys er blevet defineret af optik som et bånd af elektromagnetiske emissioner, hvis adfærd ligner andre usynlige former (for os) af elektromagnetiske spektrum, såsom ultraviolet eller infrarød stråling.
Det betyder, at dens adfærd kan beskrives i henhold til mekanikken af bølger (undtagen i meget specifikke sammenhænge, hvor lys fungerer som en partikel) og tilgangene til klassisk lyselektrodynamik.
Optik er et meget vigtigt forskningsfelt, der giver værktøjer til andre Videnskaber, især til astronomi, ingeniørarbejde, Fotografering og medicin (oftalmologi og optometri). Til hende skylder vi eksistensen af spejle, linser, teleskoper, mikroskoper, lasere og systemer optisk fiber.
Optikkens historie
Optikområdet har været en del af bekymringerne for menneske siden oldtiden. De tidligste kendte linseforsøg går tilbage til oldtidens Egypten eller oldtidens Mesopotamien, såsom Nirmud-linsen (700 f.Kr.) lavet i Assyrien.
De gamle grækere var også optaget af at forstå lysets natur, som de forstod ud fra to perspektiver: dets modtagelse eller udsigt og dens emission, da gamle grækere troede, at objekter udsendte kopier af sig selv gennem lys (kaldet eidola). Filosoffer ligesom Deócritus, Epicurus, Platon og Aristoteles studerede de optik indgående.
Disse lærde blev erstattet af alkymister og islamiske videnskabsmænd under middelalderen såsom Al-Kindi (ca. 801-873) og især Abu Ali-al-Hasan eller Alhazén (965-1040), der betragtes som optikkens fader for sine Optik bog (11. århundrede), hvor han udforsker fænomenerne brydning og refleksion.
Det Renæssance European bragte den viden til Vesten, især takket være Roberto Grosseteste og Roger Bacon. De første praktiske briller blev fremstillet i Italien omkring 1286. Siden da er anvendelsen af optiske linser til forskellige videnskabelige formål ikke ophørt.
Takket være optikken var genier af Copernicus statur, Galileo Galilei og Johannes Kepler i stand til at udføre deres astronomiske undersøgelser. Senere den første mikroskoper tilladt opdagelsen af livet mikrobiel og starten på biologi og moderne medicin. Det Videnskabelig revolution hele skyldes i høj grad optikkens bidrag.
Fysisk optik
Fysisk optik er en, der betragter lys som en bølge, der forplanter sig i plads. Det er den gren af optikken, der er mest tro mod principperne og ræsonnementer af fysik, gør brug af viden tidligere såsom Maxwells ligninger, for at nævne et vigtigt eksempel.
På den måde bekymrer den sig om fysiske fænomener som interferens, polarisering eller diffraktion. Derudover foreslår den prædiktive modeller for at vide, hvordan lys vil opføre sig i visse situationer eller i visse medier, når ikkesystemer numerisk simulering.
Geometrisk optik
Geometrisk optik er født ud fra den geometriske anvendelse af lovene fænomenologisk omkring brydning og refleksion af Willebrord Snel van Royen (1580-1626), den hollandske videnskabsmand kendt som Snell.
Til dette starter denne gren af optik fra eksistensen af en lysstråle, hvis adfærd er beskrevet af geometriens regler for at finde formler for linser, spejle og dioptrier. På den måde er det muligt at studere fænomener som f.eks Regnbue, udbredelsen af lys og prismer. Alt dette ved hjælp af Sprog af matematik.
Moderne optik
Den moderne gren af optik opstår med kvantefysikken og de nye vidensfelter, som sidstnævnte muliggjorde, såvel som dens eventuelle anvendelser inden for ingeniørvidenskab. Således omfatter moderne optik et enormt udvalg af nye områder af forskning vedrørende lys og dets anvendelser, herunder:
- Laserens mekanismer (forstærkning af lys ved simuleret emission af stråling).
- Fotoceller, LED-lys og metamaterialer.
- Optoelektronik, hånd i hånd med edb, og digital billedbehandling.
- Lysteknik, med applikationer i Fotografering, det biograf og andre felter.
- Kvanteoptik og det fysiske studie af fotonen som en lyspartikel og en lysbølge på samme tid.
- Atmosfærisk optik og forståelsen af atmosfæriske lysprocesser.