Optica

SCURT ISTORIC AL DEZVOLTĂRII OPTICII


Optica este o parte a fizicii care studiaza lumina si fenomenele luminoase.
Fenomenele luminoase au fost observate şi cercetate din timpurile cele mai vechi. Ea cerceteaza natura luminii, producerea, propagarea, absorbtia,
interactiunea ei cu substantele precum si masurarea marimilor ce caracterizeaza lumina.
Lumina, generata sau reflectata de diverse corpuri constituie agentul fizic care, prin intermediul retinei, face ca ochiul sa poata vedea aceste corpuri
(gr. Opsis = stiinta despre vedere).
Natura luminii si comportamentul ei au preocupat pe oameni din cele mai vechi timpuri, dar de abia o data cu dezvoltarea metodelor experimentale
de verificare a ipotezelor, cercetarea a devenit din speculativa, stiintifica.
Snellius dovedeste in 1626 ca lumina se propaga in linie dreapta iar in 1637 Descartes enunta legile refractiei. Inceputul secolului al XVIII-lea este
marcat de o dezvoltare exploziva mai ales a opticii geometrice, prin lucrarile fundamentale ale lui Gauss si Lagrange. Newton sustinea natura corpusculara
a luminii si se baza pe caracterul rectiliniu al propagarii luminii si pe legile reflexiei, pe care le asemana cu ciocnirea corpurilor. Teoria lui Newton nu putea insa
explica fenomenele de interferenta, difractie sau de polarizare. In 1679 Huygens a emis teoria ondulatorie, in baza datelor experimentale: lumina este
o consecinta a miscarilor vibratorii si se propaga prin unde; o radiatie monocromatica se datoreaza unei miscari sinusoidale de perioada determinata,
caracteristica radiatiei; undele luminoase sunt transversale, adica normale pe directia de propagare. Maxwell arata in 1865 ca lumina se datoreaza
vibratiilor unui camp electric asociat cu un camp de inductie magnetica, perpendiculare intre ele, iar anasmblul acestor campuri constituie campul
electromagnetic. Experientele lui Hertz si ale lui Marconi au confirmat previziunile teoretice ale lui Maxwell.

Filozofi greci se preocupau cu explicarea vederii; unii dintre ei considerau că obiectele se văd datorită razelor vizuale care pornesc din ochi.
Abia în secolul XI Alhazen stabileşte anatomia ochiului, arătând că lumina intră şi nu pleacă din ochi.
Filozofi din Grecia antică au considerat că proprietatea fundamentală a luminii este propagarea ei rectilinie într-un mediu omogen. Până la începutul
secolului al XIX-lea dezvoltarea opticii s-a bazat, în esenţă, pe ideea
propagării rectilinii a razelor. Totuşi, începând din secolul al XVII-lea au fost cunoscute fapte care arătau că, în realitate, au loc unele abateri de la
propagarea rectilinie a luminii.
S-a observat că la trecerea luminii prin orificii foarte înguste, practicate într-un ecran opac, dincolo de ecran se observă apariţia unor franje
alternativ luminoase şi întunecate. Alternanţa franjelor luminoase şi întunecate se poate observa, de asemenea, la marginea umbrei obţinute cu ajutorul unei mici
surse luminoase.
Propagarea rectilinie a luminii a dus în mod firesc la ideea că lumina este un flux de particule emise de o sursă. Dar această ipoteză era greu de
împăcat nu numai cu faptul că razele de lumină se curbeazǎ în spatele obstacolelor, ci şi cu proprietatea acestora de a nu se perturba reciproc atunci
când se intersectează. Renunţând la ipoteza particulelor luminoase, Huygens consideră că lumina este propagarea unor unde în eter, un mediu elastic care
umple tot spaţiul accesibil observaţiilor noastre. Astfel, către sfârşitul secolului al XVII-lea au luat naştere două teorii ale luminii: teoria emisiei (sau teoria 3 corpusculara)
care considerǎ a lumina drept un flux de particule ce se deplasează rectiliniu şi teoria ondulatorie care privea lumina ca propagarea unor unde în eter.
Ca întemeietor şi apǎrǎtor al teoriei corpusculare este considerat, de obicei, Newton, deşi în celebra sa lucrare ,,Optica", aparută în 1704, el a
folosit atât concepţia corpusculară, cât şi cea ondulatorie. Newton considera că propagarea rectilinie a luminii reprezintă argumentul principal în sprijinul
teoriei corpusculare. În acelaşi timp însă el şi-a dat seama de dificultaţile pe care le întâmpină teoria corpusculară în încercările de a explica formarea la
marginea unei umbre a franjelor luminoase şi întunecate.
Adversarul teoriei corpusculare a fost Huygens. În cartea sa ,,Tratat despre lumină", apărută în 1690, el a scris că ,,lumina se propagă, ca şi
sunetul, prin suprafeţe şi unde sferice". Cu toate ca teoria lui Huygens a stabilit natura ondulatorie a luminii, ea nu conţinea încă destul de precis caracteristica
fundamentală a unui proces ondulatoriu: periodicitatea dublă, spaţială şi temporală. Huygens chiar nega periodicitatea undelor luminoase.
El a scris: ,,nu trebuie să ne închipuim că undele urmează una dupa alta la distanţe egale". Periodicitatea spaţială şi temporală a procesului luminos a
fost exprimată pentru prima oara într-o formă precisă de către L. Euler.
Studiul fenomenului de poalrizare a luminii şi de interferenţă a undelor polarizate (Fresnel şi Arago) a permis să se stabilească proprietaţile undelor
luminoase, explicate de către Young (1817) cu ajutorul ipotezei că undele luminoase sunt transversale, adică direcţia vibraţiilor este perpendiculară
pe directia de propagare.
Cum undele transversale nu sunt posibile decât într-un corp solid, a fost necesar să i se atribuie eterului proprietăţile unui corp solid elastic.
Pentru a explica vitezele diferite cu care se propagă lumina prin diversele corpuri, a trebuit să se admită că proprietăţile eterului sunt diferite

Mai târziu, în secolul al XIX- lea, Michelson şi Morley auf ăcut experimente optice care au contrazis teoriile mecanice existente. Albert Einstein. a fost cel
care a reuşit să rezolve această problemă formulând (în 1905) teoria relativităţii restrânse.
Anticii erau familiarizaţi cu unele fenomene optice - ei ştiau să folosească reflexia şi refracţia, confecţionau şi utilizau lentile.
In 1609 Hans Lippershey a construit primul telescop. La scurt timp după aceea Galileo a făcut un telescop cu care a observat sateliţii lui Jupiter,
planeta Venus, petele solare şi rotaţia soarelui.
Pe la mijlocul secolului al XVII- lea doi mari fizicieni realizau experimente cu lumină, ei ajungând la concluzii diferite privind natura acesteia.
Unul dintre ei era Newton - el reuşise să separe lumina albă în culorile sale componente şi era adeptul teoriei că lumina este formată din particule mici.
Celălalt era Christian Huygens, care a dezvoltat teoria ondulatorie a luminii (ceea ce i-a permis să explice multe fenomene).
Ulterior mulţi alţi fizicieni au făcut nenumărate experimente, încercând să aducă argumente în favoarea unei teorii sau alteia.
In jurul anului 1800 Thomas Young, căruia i s-a alăturat mai târziu (1817) Augustin - Jean Fresnel, au realizat experimente care studiau interferenţa luminii.
Rezultatele lor erau în favoarea teoriei ondulatorii. In perioada 1820 - 1850 Dominique - François Arago, Léon Foulcault şi Armand - Hippolyte Fizeau
au demonstrat că viteza luminii este mai mare în aer decât în apă. Acest lucru a reprezentat o reconfirmare a teoriei ondulatorii şi a convins o mare parte
dintre fizicieni că această teorie este cea adevărată. Totuşi, după aproximativ 100 de ani, teoria corpusculară a luminii a început să fie din nou acceptată.
Chiar înainte ca proprietăţile luminii să fie cunoscute, fizicienii au arătat că lumina este rezultatul activităţii electrice în atom (cunoaşterea electricităţii era
necesară pentru a înţelege comportamentul şi proprietăţile luminii). In 1800 Alessandro Volta anunţa realizarea unei baterii electrice care putea produce
un curent continuu. Oamenii de ştiinţă (precum Michael Faraday) au folosit această sursă pentru descoperirea de noi fenomene (cum ar fi electroliza sau
capacitatea câmpurilor electrice şi magnetice de a se genera reciproc).
In 1873 James Clerk Maxwell şi-a publicat lucrarea în care formula legile de bază ale electromagnetismului şi prevedea existenţa unor fenomene de
genul undelor radio (care străbat spaţiul cu viteza luminii şi care diferă de undele luminoase doar prin lungimea de undă) ;
în 1888 Heinrich Hertz a detectat asemenea unde. In timpul experimentelor făcute, Hertz a observat că lumina care cade pe un metal produce
"ruperea" unei sarcini negative (efectul fotoelectric). Experimentele ulterioare au sugerat că aceste sarcini ar putea fi nişte particule.

Unless otherwise stated, the content of this page is licensed under Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License