История оптики - History of optics

Оптика началось с разработки линзы посредством древние египтяне и Месопотамцы, а затем теории о свете и зрение разработан древнегреческие философы, и развитие геометрическая оптика в Греко-римский мир. Слово оптика происходит из Греческий срок τα ὀπτικά что означает «внешний вид, внешний вид».[1] Оптика была значительно реформирована благодаря развитию средневековый исламский мир, такие как начало физической и физиологической оптики, а затем значительно продвинулись в ранняя современная европа, куда дифракционная оптика началось. Эти более ранние исследования оптики теперь известны как «классическая оптика». Термин «современная оптика» относится к областям оптических исследований, которые в значительной степени развивались в 20 веке, таким как волновая оптика и квантовая оптика.

Ранняя история

В древняя Индия философские школы Санкхья и Вайшешика примерно с 6-го по 5-й век до н.э. развивал теории о свете. Согласно школе санкхьи, свет - один из пяти основных «тонких» элементов (Танматра), из которых возникают грубые элементы.

Напротив, школа Вайшешики дает атомная теория физического мира на неатомной основе эфир, пространство и время. (Видеть Индийский атомизм.) Базовый атомы те земные (пртхивы), воды (апас), Огонь (теджас) и воздух (ваю), что 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. Лучи света считаются потоком с высокой скоростью теджас (огонь) атомы. Частицы света могут иметь разные характеристики в зависимости от скорости и расположения теджас атомы. 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 четыре элемента; огонь, воздух, земля и вода. Он считал, что Афродита сделала человеческий глаз из четырех элементов и что она зажгла огонь в глазу, который светил 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]

В его Оптика 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. Паппус считал эти результаты важными в астрономии и включал в себя Евклидов Оптикавместе с его Феномены, в Маленькая астрономия, сборник небольших работ, которые нужно изучить перед Синтаксис (Альмагест) из Птолемей.

В 55 г. до н.э. Лукреций, а Римский атомщики, написал:

Ибо с любых расстояний огонь может пролить на нас свой свет и вдохнуть свое теплое тепло в наши конечности, они не теряют ничего из тела своего пламени из-за промежутков, их огонь ни на йоту не уменьшается для взгляда.[3]

В его Катоптрика, Герой Александрии с помощью геометрического метода показал, что фактический путь луча света, отраженного от плоского зеркала, короче любого другого отраженного пути, который может быть проведен между источником и точкой наблюдения.

Во втором веке Клавдий Птолемей, в его Оптика провел исследования отражение и преломление. Он измерил углы преломления между воздухом, водой и стеклом, и его опубликованные результаты показывают, что он скорректировал свои измерения, чтобы они соответствовали своему (неверному) предположению, что угол преломления пропорционально угол падения.[4][5]

Индийский Буддисты, Такие как Дигнага в 5 веке и Дхармакирти в 7 веке разработали тип атомизм это философия о том, что реальность состоит из атомарных сущностей, которые являются мгновенными вспышками света или энергии. Они рассматривали свет как атомную сущность, эквивалентную энергии, аналогичную современной концепции фотоны, хотя они также считали, что вся материя состоит из этих световых / энергетических частиц.

Геометрическая оптика

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 изучение оптики, как и геометрию, с набора самоочевидных аксиом.

  1. Линии (или визуальные лучи) могут быть проведены к объекту по прямой линии.
  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 высший 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.

Евклид ограничил свой анализ простым прямым видением, Герой Александрии (ок. 10–70 н. э.) распространил принципы геометрической оптики на рассмотрение проблем отражения (катоптрики). В отличие от Евклида, Герой время от времени 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.[6] Это стало известно как теория эмиссии.[7]

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 настолько же далеко, насколько объект действительно находится перед зеркалом.

Как герой, Птолемей в его Оптика (сохранившийся только в виде латинского перевода серьезно дефектной арабской версии) считал, что визуальные лучи исходят от глаза к видимому объекту, но, в отличие от Героя, считал, что визуальные лучи не были дискретными линиями, а образовывали непрерывные 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 проводил эксперименты по измерению пути зрения, когда мы смотрим от воздуха к воде, от воздуха к стеклу и от воды к стеклу, и составил таблицу отношений между падающими и преломленными лучами.[8]

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 результаты Птолемея. априори модель природы рефракции.[нужна цитата ]

В исламском мире

Воспроизведение страницы Ибн Сахл рукопись, показывающая его открытие закона преломления, теперь известного как Закон Снеллиуса.

Аль-Кинди (ок. 801–873) был одним из первых важных писателей-оптиков в Исламский мир. В произведении, известном на Западе как De radiis stellarumАль-Кинди разработал теорию, «что все в мире ... излучает лучи во всех направлениях, которые наполняют весь мир».[9]

В Теорема Ибн Хайтама

Эта теория активной мощности лучей оказала влияние на более поздних ученых, таких как Ибн аль-Хайсам, Роберт Гроссетест и Роджер Бэкон.[10]

Ибн Сахл, математик, работавший в Багдаде в течение 980-х годов, является первым исламским ученым, который, как известно, составил комментарий к Птолемея Оптика. Его трактат Фи аль-'ала аль-Мухрика "О горящих инструментах" реконструирован по отрывочным рукописям Рашедом (1993).[11] Работа посвящена тому, как изогнутые зеркала и линзы изгиб и фокус света. Ибн Сахль также описывает закон преломление математически эквивалентен Закон Снеллиуса.[12] Он использовал свой закон преломления для вычисления формы линз и зеркал, которые фокусируют свет в одной точке на оси.

Альхазен (Ибн аль-Хайтам), «отец оптики»[13]

Ибн аль-Хайсам (известный как Alhacen или же Альхазен в Западной Европе), писавший в 1010-х годах, получил как трактат Ибн Сала, так и частичный арабский перевод сочинения Птолемея. Оптика. Он произвел всесторонний и систематический анализ греческих оптических теорий.[14] Ключевое достижение Ибн аль-Хайсама было двояким: во-первых, он, вопреки мнению Птолемея, настаивал на том, что видение произошло из-за попадания лучей в глаз; второй - определить физическую природу лучей, обсуждавшуюся более ранними авторами геометрической оптики, рассматривая их как формы света и цвета.[15] Затем он проанализировал эти физические лучи в соответствии с принципами геометрической оптики. Он написал много книг по оптике, особенно Книга оптики (Китаб аль-Маназир в арабский ), переведенный на латинский как De aspectibus или же Перспектива, который распространил его идеи в Западной Европе и оказал большое влияние на последующее развитие оптики.[16][7] Ибн аль-Хайсам назывался «отцом современной оптики».[17][18]

Авиценна (980-1037) согласился с Альхазеном, 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».[19] Абу Райхан аль-Бируни (973-1048) также согласились с тем, что свет имеет конечную скорость, и заявили, что скорость света намного выше, чем скорость звука.[20]

Абу Абдаллах Мухаммад ибн Мауд, который жил в Аль-Андалус во второй половине XI века написал работу по оптике, позже переведенную на латынь как Liber de crepisculis, который был ошибочно отнесен к Альхазен. Это был небольшой труд, содержащий оценку угла падения солнца в начале утра. сумерки и в конце вечерних сумерек, и попытка вычислить на основе этих и других данных высоту атмосферной влаги, ответственной за преломление солнечных лучей ». В ходе своих экспериментов он получил значение 18 °, что близко к современной стоимости.[21]

В конце 13 - начале 14 вв. 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 одними из первых, кто дал правильные объяснения радуга явление. Аль-Фариси опубликовал свои выводы в своем Китаб Танких аль-Маназир (Пересмотр [Ибн аль-Хайсам] Оптика).[22]

В средневековой Европе

Английский епископ, Роберт Гроссетест (ок. 1175–1253), писал по широкому кругу научных тем во времена зарождения средневековой Университет и восстановление работ Аристотеля. Гроссетест отразил переходный период между платонизмом раннего средневековья и новым Аристотелизм поэтому он стремился применять математику и платоновскую метафору света во многих своих работах. Ему приписывают обсуждение света с четырех разных точек зрения: эпистемология света, метафизика или же космогония света, этиология или же физика света, и богословие света.[23]

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». Оба его библейских комментария, Гексаэмерон (1230 x 35) и его научный На свете (1235 x 40), черпали вдохновение из Бытие 1: 3, «Бог сказал: да будет свет», и описал последующий процесс творения как естественный физический процесс, возникающий из порождающей силы расширяющейся (и сжимающейся) сферы света.[24]

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

Его более общее рассмотрение света как первичного агента физической причинности появляется в его На линиях, углах и фигурах где он утверждает, что «естественный агент передает свою силу от 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».[25]

Английский Францисканский, Роджер Бэкон (ок. 1214–1294) находился под сильным влиянием работ Гроссетеста о важности света. В своих оптических работах ( Перспектива, то De multiplicatione specierum, а De speculis comburentibus) он процитировал широкий спектр недавно переведенных оптических и философских работ, в том числе Alhacen, Аристотель, Авиценна, Аверроэс, Евклид, аль-Кинди, Птолемей, Тидеус и Константин Африканский. Хотя он не был рабским подражателем, математический анализ света и зрения он черпал из трудов арабского писателя Альхасена. Но он добавил к этому неоплатоническую концепцию, возможно, взятую из Гроссетеста, что каждый объект излучает силу (разновидность), с помощью которого он воздействует на близлежащие объекты, подходящие для приема этих разновидность.[26] Обратите внимание, что оптическое использование Бэконом термина "разновидность"существенно отличается от род / вид категории, найденные в философии Аристотеля.

Несколько более поздних работ, в том числе влиятельные Моральный трактат для глаз (Латинский: Tractatus Moralis de Oculo) к Петр Лиможский (1240–1306), помог популяризировать и распространить идеи, содержащиеся в трудах Бэкона.[27]

Другой английский францисканец, Джон Печам (умер в 1292 г.), основанный на трудах Бэкона, Гроссетеста и различных ранних писателей, чтобы создать 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, изложенной Альхасеном, но интерпретировал идеи Альхасена в манере Роджера Бэкона.[28]

Как и его предшественники, Witelo (родился около 1230 года, умер между 1280 и 1314 годами) обратился к обширным оптическим работам, недавно переведенным с греческого и арабского языков, чтобы произвести обширную презентацию предмета под названием Перспектива. Его теория зрения следует за Альхасеном, и он не принимает во внимание концепцию Бэкона. разновидность, хотя отрывки из его работ показывают, 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, равно как и важность Печама, возросла с изобретением книгопечатания.[29]

Теодорих Фрайбергский (ок. 1250 - ок. 1310) был одним из первых в Европе, кто дал правильное научное объяснение радуга явление[нужна цитата ] а также Кутб ад-Дин аль-Ширази (1236–1311) и его ученик Камал ад-Дин аль-Фариси (1260–1320), упомянутые выше.

Ренессанс и ранний модерн

Иоганн Кеплер (1571–1630) взял исследование законов оптики из своего исследования Луны 1600 года.[7] И лунный, и солнечные затмения представили необъяснимые явления, такие как неожиданные размеры тени, красный цвет полного лунного затмения и необычный свет, окружающий полное солнечное затмение. Связанные вопросы атмосферная рефракция применяется ко всем астрономическим наблюдениям. На протяжении большей части 1603 года Кеплер приостанавливал свои другие работы, чтобы сосредоточиться на оптической теории; получившаяся 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 камеры-обскуры, а также астрономические аспекты оптики, такие как параллакс и видимые размеры небесных тел. Astronomiae Pars Optica считается основой современной оптики (хотя закон преломления заметно отсутствует).[30]

Виллеброрд Снеллиус (1580–1626) открыл математический закон преломление, теперь известный как Закон Снеллиуса, в 1621 году. Рене Декарт (1596–1650) с помощью геометрического построения и закона преломления (также известного как закон Декарта) показали, что угловой радиус радуги составляет 42 ° (т. Е. Угол, который образует край радуги и центр радуги 42 °).[31] Он также независимо открыл закон отражения и его очерк по оптике был первым опубликованным упоминанием этого закона.[32]

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

Исаак Ньютон (1643–1727) исследовал преломление света, демонстрируя, что призма может разложить белый свет на спектр цветов, и что линза а вторая призма могла преобразовать 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 является результатом взаимодействия объектов с уже окрашенным светом, а не объектов, сами генерирующих цвет. Это известно как Теория цвета Ньютона. Из этой работы он пришел к выводу, что любое преломление телескоп пострадает от разброс света в цвета и изобрел отражающий телескоп (сегодня известный как Ньютоновский телескоп ), чтобы обойти эту проблему. Шлифуя свои зеркала, используя Кольца Ньютона Судя по качеству оптики для своих телескопов, он смог создать инструмент, превосходящий преломляющий телескоп, 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, который он позже расширил в Opticks. Ньютон утверждал, что свет состоит из частиц или тельца и преломлялись ускорением в сторону более плотной среды, но ему пришлось связать их с волны объяснить дифракция света (Opticks Кн. II, Реквизит. XII-L). Позже физики вместо этого предпочли чисто волнообразное объяснение света для объяснения дифракции. Сегодняшний квантовая механика, фотоны и идея волновая дуальность имеют лишь незначительное сходство с пониманием света Ньютоном.

В его Гипотеза света 1675 г., Ньютон положено существование эфир для передачи сил между частицами. В 1704 году Ньютон опубликовал Opticks, в которой он 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? "[33]

Дифракционная оптика

Набросок двухщелевой дифракции Томаса Янга, который он представил Королевское общество в 1803 г.

Эффекты дифракция света тщательно наблюдались и характеризовались Франческо Мария Гримальди, который также ввел термин дифракция, от латинского различать, «разбиться на части», имея в виду свет, рассеивающийся в разные стороны. Результаты наблюдений Гримальди были опубликованы посмертно в 1665 году.[34][35] Исаак Ньютон изучили эти эффекты и приписали их перегиб световых лучей. Джеймс Грегори (1638–1675) наблюдал дифракционные картины, вызванные птичьим пером, которое, по сути, было первым дифракционная решетка. В 1803 г. Томас Янг сделал свой знаменитый эксперимент, наблюдая интерференцию из двух близко расположенных щелей в его двухщелевой интерферометр. 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 Кристиан Гюйгенс и усилен Янгом против теории частиц Ньютона.

Линзы и производство линз

Смотрите также: Хронология телескопических технологий

Существуют спорные археологические свидетельства использования линз в древности, охватывающие несколько тысячелетий.[36] Было высказано предположение, что стеклянные крышки глаз в иероглифы от Древнее царство Египта (ок. 2686–2181 до н.э.) были функциональными простыми линзами из стеклянного мениска.[37] Аналогичным образом так называемые Линза Нимруда, артефакт из горного хрусталя, датируемый 7 веком до нашей эры, возможно, использовался как увеличительное стекло или, возможно, был украшением.[38][39][40][41][42]

Самое раннее письменное упоминание об увеличении датируется I веком нашей эры, когда Сенека Младший, наставник императора Неро, писал: «Буквы, какими бы маленькими и нечеткими они ни были, видны увеличенными и более отчетливыми через шар или стакан, наполненный водой».[43] Говорят также, что император Нерон наблюдал гладиаторские игры используя изумруд как корректирующая линза.[44]

Ибн аль-Хайсам (Альхасен) писал о влиянии точечное отверстие, вогнутые линзы, и увеличительные стекла в 1021 году нашей эры Книга оптики.[43][45][46] Английский монах Роджер Бэкон В письменных работах по оптике 1260 или 1270 годов, частично основанных на работах арабских писателей, описывалась функция корректирующих линз для зрения и горящих очков. Эти тома были набросками для более крупной публикации, которая так и не была выпущена, поэтому его идеи не получили массового распространения.[47]

Между 11 и 13 веками "камни для чтения "были изобретены. Часто использовались монахи помочь в освещающий рукописи, это были примитивные плоско-выпуклые линзы Первоначально делался путем разрезания стеклянного шара пополам. По мере экспериментов с камнями постепенно стало понятно, что более мелкие линзы увеличенный более эффективно. Примерно в 1286 году, возможно, в Пизе, Италия, была изготовлена ​​первая пара очков, хотя неясно, кто был изобретателем.[48]

Самыми ранними известными работающими телескопами были преломляющие телескопы который появился в Нидерланды в 1608 г. Их изобретатель неизвестен: Ганс Липперши подал заявку на первый патент в этом году, после чего подала заявку на патент Яков Метий из Алкмар две недели спустя (ни то, ни другое не было предоставлено, поскольку в то время казалось, что примеров устройства было множество). Галилео значительно улучшили эти конструкции в следующем году. Исаак Ньютон принадлежит построение первого функционала отражающий телескоп в 1668 г. его Ньютоновский отражатель.

Самые ранние известные примеры составных микроскопов, сочетающих объектив возле образца с окуляр для просмотра реальное изображение, появился в Европе около 1620 г.[49] Конструкция очень похожа на телескоп, и, как и этот прибор, его изобретатель неизвестен. И снова претензии вращаются вокруг центров создания зрелищ в Нидерланды включая утверждения, что он был изобретен в 1590 году Захариас Янссен и / или его отец, Ханс Мартенс,[50][51][52] утверждает, что он был изобретен конкурирующим производителем очков Хансом Липперши,[53] и утверждает, что это было изобретено экспатриант Корнелис Дреббель у которого была отмечена версия в Лондоне в 1619 году.[54][55] Галилео Галилей (также иногда упоминается как изобретатель составного микроскопа), кажется, после 1609 года обнаружил, что он может близко сфокусировать свой телескоп для просмотра мелких объектов, и, увидев составной микроскоп, построенный Дреббелем, выставленный в Риме в 1624 году, построил свою собственную улучшенную версию.[56][57][58] Название «микроскоп» придумал Джованни Фабер, который дал это имя Галилео Галилей Составной микроскоп 1625 г.[59]

Квантовая оптика

Основная статья: Квантовая оптика

Свет состоит из частиц, называемых фотоны и, следовательно, по своей сути квантуется. Квантовая оптика - это изучение природы и эффектов света как квантованных фотонов. Первое указание на то, что свет можно квантовать, пришло от Макс Планк в 1899 году, когда он правильно моделировал излучение черного тела Предполагая, что обмен энергией между светом и веществом происходит только в дискретных количествах, он назвал квантами. Было неизвестно, источником этой дискретности был материя или свет.[60]:231–236 В 1905 г. Альберт Эйнштейн опубликовал теорию фотоэлектрический эффект. Оказалось, что единственное возможное объяснение эффекта - это квантование самого света. Потом, Нильс Бор показали, что атомы могут излучать только дискретное количество энергии. Понимание взаимодействия света и иметь значение следующие из этих достижений не только легли в основу квантовой оптики, но и сыграли решающую роль в развитии 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 говорилось о атомная физика и квантовая электроника.

Это изменилось с изобретением мазер в 1953 г. и лазер в 1960 г. Лазерная наука - исследование принципов, конструкции и применения этих устройств - стало важной областью, и квантовая механика, лежащая в основе принципов лазера, теперь изучалась с большим акцентом на свойствах света, и название квантовая оптика стало обычным явлением.

Поскольку лазерная наука нуждалась в хороших теоретических основах, а также потому, что их исследования вскоре оказались очень плодотворными, интерес к квантовой оптике вырос. Следуя за работой Дирак в квантовая теория поля, Георгий Сударшан, Рой Дж. Глаубер, и Леонард Мандель применил квантовую теорию к электромагнитному полю в 1950-х и 1960-х годах, чтобы получить более подробное понимание фотодетектирования и статистика света (см. степень согласованности ). Это привело к появлению когерентное состояние как квантовое описание лазерного света и осознание того, что некоторые состояния света не могут быть описаны с помощью классических волн. В 1977 г. Kimble и другие. продемонстрировал первый источник света, требующий квантового описания: одиночный атом, испускающий по одному фотону за раз. Еще одно квантовое состояние света с определенными преимуществами перед любым классическим состоянием, сжатый свет, вскоре было предложено. В то же время развитие коротких и ультракороткий лазерные импульсы - созданные Q-переключение и синхронизация мод техники - открыли путь к изучению невообразимо быстрых ("сверхбыстрый ") процессы. Приложения для исследования твердого тела (например, Рамановская спектроскопия ), и изучены механические силы света на материю. Последнее привело к левитации и размещению облаков атомов или даже небольших биологических образцов в оптическая ловушка или же оптический пинцет лазерным лучом. Это вместе с Доплеровское охлаждение была важнейшей технологией, необходимой для достижения знаменитого Конденсация Бозе – Эйнштейна.

Другими замечательными результатами являются демонстрация квантовой запутанности, квантовая телепортация, и (недавно, в 1995 г.) квантовые логические ворота. Последние представляют большой интерес в квантовая теория информации, предмет, который частично возник из квантовой оптики, частично из теоретических Информатика.

Сегодняшние области интересов исследователей квантовой оптики включают: параметрическое преобразование с понижением частоты, параметрическое колебание, даже более короткие (аттосекундные) световые импульсы, использование квантовой оптики для квантовая информация, манипулирование отдельными атомами и Конденсаты Бозе – Эйнштейна, их применение и способы управления ими (подполе, часто называемое атомная оптика ).

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Т. Ф. Хоад (1996). Краткий Оксфордский словарь английской этимологии. ISBN  0-19-283098-8.
  2. ^ Сартон, Г. (1993). Древняя наука в золотой век Греции. Курьер Дувр. п. 248. ISBN  978-0-486-27495-9.
  3. ^ Лукреций, 1910. О природе вещей, Bok V ll 561-591, перевод Сирила Бейли, Oxford University Press.
  4. ^ Ллойд, G.E.R. (1973). Греческая наука после Аристотеля. Нью-Йорк: W.W. Нортон. стр.131–135. ISBN  0-393-04371-1.
  5. ^ «Краткая история оптики». Архивировано из оригинал на 2013-11-11. Получено 2008-11-03.
  6. ^ Д. К. Линдберг, Теории видения от аль-Кинди до Кеплера(Чикаго: Университет Чикаго, 1976), стр. 14-15.
  7. ^ а б c Гварниери, М. (2015). «Два тысячелетия света: долгий путь к волнам Максвелла». Журнал IEEE Industrial Electronics Magazine. 9 (2): 54–56+60. Дои:10.1109 / MIE.2015.2421754.
  8. ^ Д. К. Линдберг, Теории видения от аль-Кинди до Кеплера(Чикаго: Университет Чикаго, 1976), стр. 16; А. М. Смит, Поиск Птолемеем закона преломления: тематическое исследование классической методологии «сохранения видимости» и ее ограничений, Arch. Hist. Точная наука. 26 (1982), 221-240; Процедура Птолемея описана в пятой главе его Оптика.
  9. ^ Цитируется по Д. К. Линдбергу, Теории видения от аль-Кинди до Кеплера(Чикаго: Университет Чикаго, 1976), стр. 19.
  10. ^ Линдберг, Дэвид К. (зима 1971), "Критика Алькинди теории зрения Евклида", Исида, 62 (4): 469–489 [471], Дои:10.1086/350790
  11. ^ Рашед Р., Géométrie et dioptrique au Xe siècle: Ibn Sahl, al-Quhi et Ibn al-Haytham. Париж: Les Belles Lettres, 1993
  12. ^ Рашед Р. (1990). «Пионер анакластики: Ибн Саль о горящих зеркалах и линзах». Исида. 81: 464–91. Дои:10.1086/355456.
  13. ^ Верма, Р.Л. (1969), Аль-Хазен: отец современной оптики
  14. ^ Линдберг, Д. К. (1967). «Теория зрения Альхазена и ее восприятие на Западе». Исида. 58: 322. Дои:10.1086/350266. PMID  4867472.
  15. ^ «Как свет проходит через прозрачные тела? Свет проходит через прозрачные тела только по прямым линиям ... Мы исчерпывающе объяснили это в нашей статье. Книга оптики. Но давайте теперь упомянем кое-что, чтобы убедительно это доказать: тот факт, что свет распространяется по прямым линиям, ясно наблюдается в источниках света, которые проникают в темные комнаты через отверстия ... [T] Входящий свет будет отчетливо наблюдаться в пыли, которая наполняет воздух "- Альхазен, Трактат о свете (رسالة في الضوء), переведено на английский с немецкого М. Шварцем, с "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
  16. ^ Д. К. Линдберг, Теории видения от аль-Кинди до Кеплера(Чикаго: Университет Чикаго, 1976), стр. 58-86; Надер Эль-Бизри «Философский взгляд на оптику Альхазена», «Арабские науки и философия» 15 (2005), 189–218.
  17. ^ «Международный год света: Ибн аль-Хайтам, пионер современной оптики, отмечается в ЮНЕСКО». ЮНЕСКО. Получено 2 июн 2018.
  18. ^ "Первый настоящий ученый'". 2009. Получено 2 июн 2018.
  19. ^ Джордж Сартон, Введение в историю науки, Vol. 1, стр. 710.
  20. ^ О'Коннор, Джон Дж.; Робертсон, Эдмунд Ф., «Аль-Бируни», Архив истории математики MacTutor, Сент-Эндрюсский университет.
  21. ^ Сабра, А.И. (Весна 1967), "Авторство Liber de crepusculis, работы одиннадцатого века по атмосферной рефракции", Исида, 58 (1): 77–85 [77], Дои:10.1086/350185
  22. ^ Дж. Дж. О'Коннор и Э. Ф. Робертсон, История математики MacTutor: Камаль ад-Дин Абу'л Хасан Мухаммад аль-Фариси, "Открытие теории предположительно следует приписать аль-Ширази, ее разработку - аль-Фариси. «—C Boyer, Радуга: от мифа к математике (Нью-Йорк, 1959), 127–129.
  23. ^ Д. К. Линдберг, Теории видения от аль-Кинди до Кеплера(Чикаго: Университет Чикаго, 1976), стр. 94-99.
  24. ^ Р. У. Южный, Роберт Гроссетест: рост английского ума в средневековой Европе(Oxford: Clarendon Press, 1986), стр. 136-9, 205-6.
  25. ^ А. К. Кромби, Роберт Гроссетест и истоки экспериментальной науки(Oxford: Clarendon Press, 1971), стр. 110
  26. ^ Д. К. Линдберг, «Роджер Бэкон о свете, видении и универсальном эманации силы», стр. 243-275 в издании Jeremiah Hackett, Роджер Бэкон и науки: памятные очерки(Leiden: Brill, 1997), стр. 245-250; Теории видения от аль-Кинди до Кеплера(Чикаго: Университет Чикаго, 1976), стр. 107-18; Начало западной науки, (Чикаго: Университет Чикаго, 1992, стр. 313.
  27. ^ Даллас Дж. Денери II (2005). Видеть и быть увиденным в мире позднего средневековья: оптика, теология и религиозная жизнь. Издательство Кембриджского университета. С. 75–80. ISBN  9781139443814.
  28. ^ Д. К. Линдберг, Джон Печам и наука об оптике: Perspectiva communis (Мэдисон, Университет штата Висконсин, 1970), стр. 12-32; Теории видения от аль-Кинди до Кеплера(Чикаго: Университет Чикаго, 1976), стр. 116-18.
  29. ^ Д. К. Линдберг, Теории видения от аль-Кинди до Кеплера(Чикаго: Университет Чикаго, 1976), стр. 118-20.
  30. ^ Каспар, Кеплер, стр 142–146
  31. ^ Типлер, П. А. и Г. Моска (2004), Физика для ученых и инженеров, В. Х. Фриман, стр. 1068, г. ISBN  0-7167-4389-2, OCLC  51095685
  32. ^ «Рене Декарт», Encarta, Microsoft, 2008, архивировано с оригинал на 2009-10-29, получено 2007-08-15
  33. ^ Доббс, Дж. (Декабрь 1982 г.), «Алхимия Ньютона и его теория материи», Исида, 73 (4): 523, Дои:10.1086/353114 цитирование Opticks
  34. ^ Жан Луи Обер (1760), Memoires pour l'histoire des Sciences et des beaux arts, Париж: показ. de S. A. S; Chez E. Ganeau, стр. 149
  35. ^ Сэр Дэвид Брюстер (1831 г.), Трактат по оптике, Лондон: Лонгман, Рис, Орм, Браун и Грин и Джон Тейлор, стр. 95
  36. ^ Синиш, Джордж; Сакелларакис, Яннис А. (1987). «Линзы в древности». Американский журнал археологии. 91 (2): 191–196. Дои:10.2307/505216. JSTOR  505216.
  37. ^ 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]
  38. ^ Белый дом, Дэвид (1 июля 1999 г.). "Самый старый телескоп в мире?". Новости BBC. Получено 10 мая 2008.
  39. ^ "Линза Нимруда / Линза Лаярда". База данных коллекции. Британский музей. Получено 25 ноября 2012.
  40. ^ Д. Брюстер (1852 г.). «Из-за линзы из горного хрусталя и разложившегося стекла, найденного в Нинивехе». Die Fortschritte der Physik (на немецком). Deutsche Physikalische Gesellschaft. п. 355.
  41. ^ История телескопа Генри К. Кинг, издательство Harold Spencer Jones Publisher Courier Dover Publications, 2003 г., стр. 25–27 ISBN  0-486-43265-3, 978-0-486-43265-6
  42. ^ Барделл, Дэвид (май 2004 г.). «Изобретение микроскопа». BIOS. 75 (2): 78–84. Дои:10.1893 / 0005-3155 (2004) 75 <78: tiotm> 2.0.co; 2. JSTOR  4608700.
  43. ^ а б Крисс, Тимоти С .; Крисс, Весна Мартич (апрель 1998 г.), "История операционного микроскопа: от увеличительного стекла до микронейрохирургии", Нейрохирургия, 42 (4): 899–907, Дои:10.1097/00006123-199804000-00116, PMID  9574655
  44. ^ Плиний Старший. "Естественная история". Получено 2008-04-27.
  45. ^ (Уэйд и Фингер 2001 )
  46. ^ (Эллиотт 1966 ):Глава 1
  47. ^ Изобретение очков, Как и где очки могли начаться, Колледж оптометристов, college-optometrists.org
  48. ^ Иларди, Винсент (01.01.2007). Видение эпохи Возрождения от очков до телескопов. Американское философское общество. стр.4 –6. ISBN  9780871692597.
  49. ^ Мерфи, Дуглас Б.; Дэвидсон, Майкл В. (2011). Основы световой микроскопии и электронной визуализации (2-е изд.). Оксфорд: Wiley-Blackwell. ISBN  978-0471692140.
  50. ^ требование сына Захариаса Янссена в 1655 году
  51. ^ Сэр Норман Локьер. Том 14 Природа.
  52. ^ Альберт Ван Хелден; Свен Дюпре; Роб ван Гент (2010). Истоки телескопа. Издательство Амстердамского университета. С. 32–36, 43. ISBN  978-90-6984-615-6.
  53. ^ "Кто изобрел микроскоп?". Получено 31 марта 2017.
  54. ^ Эрик Джоринк. Чтение книги природы в голландский золотой век, 1575-1715 гг..
  55. ^ Уильям Розенталь, Очки и другие вспомогательные средства зрения: история и руководство по коллекционированию, Norman Publishing, 1996, стр. 391 - 392
  56. ^ Раймонд Дж. Сигер, Люди-физики: Галилео Галилей, его жизнь и работы, Elsevier - 2016, стр. 24
  57. ^ Дж. Уильям Розенталь, Очки и другие вспомогательные средства зрения: история и руководство по коллекционированию, Norman Publishing, 1996, стр. 391
  58. ^ uoregon.edu, Галилео Галилей (отрывок из Британской энциклопедии)
  59. ^ Стивен Джей Гулд (2000). Лежащие камни Марракеша, глава 2 «Зоркая рысь, обманутая природой». Лондон: мыс Джонатон. ISBN  0-224-05044-3
  60. ^ Уильям Х. Кроппер (2004). Великие физики: жизнь и времена ведущих физиков от Галилея до Хокинга. Издательство Оксфордского университета. ISBN  978-0-19-517324-6.

Рекомендации