We leggen uit wat optica is, de geschiedenis ervan, de impact op andere wetenschappen en hoe fysieke, geometrische en moderne optica verschillen.
Wat is optica?
Optica is een tak van de fysiek die zich toelegt op de studie van licht zichtbaar: zijn eigenschappen en zijn gedrag. Het analyseert ook de mogelijke toepassingen in het leven van de mens, evenals de constructie van instrumenten om het te detecteren of te gebruiken.
Licht is door de optica gedefinieerd als een band van elektromagnetische emissies, waarvan het gedrag vergelijkbaar is met dat van andere onzichtbare vormen (voor ons) van de elektromagnetisch spectrum, zoals ultraviolette of infrarode straling.
Dit betekent dat zijn gedrag kan worden beschreven volgens de mechanica van golven (behalve in zeer specifieke contexten waar licht fungeert als een deeltje) en de benaderingen van de klassieke elektrodynamica van licht.
Optica is een zeer belangrijk onderzoeksgebied dat hulpmiddelen biedt voor anderen Wetenschappen, vooral voor de astronomie, Engineering, Fotografie en geneeskunde (oogheelkunde en optometrie). Aan haar danken we het bestaan van spiegels, lenzen, telescopen, microscopen, lasers en systemen glasvezel.
Geschiedenis van de optica
Het gebied van optica is onderdeel van de zorgen van de mens sinds de oudheid. De vroegst bekende lenspogingen dateren uit het oude Egypte of het oude Mesopotamië, zoals de Nirmud-lens (700 voor Christus) gemaakt in Assyrië.
De oude Grieken hielden zich ook bezig met het begrijpen van de aard van licht, wat ze begrepen vanuit twee perspectieven: de ontvangst ervan of visie en de uitstoot ervan, aangezien de oud Grieks dacht dat objecten kopieën van zichzelf uitzenden door licht (genaamd eidola). Filosofen net als Deócritus, Epicurus, Plato en Aristoteles bestudeerden ze uitgebreid optica.
Deze geleerden werden vervangen door de alchemisten en islamitische wetenschappers tijdens de middeleeuwse tijden zoals Al-Kindi (ca. 801-873) en vooral Abu Ali-al-Hasan of Alhazén (965-1040), beschouwd als de vader van de optica voor zijn Optica boek (11e eeuw), waar hij de verschijnselen van breking en reflectie onderzoekt.
De Renaissance Europeaan bracht die kennis naar het Westen, vooral dankzij Roberto Grosseteste en Roger Bacon. De eerste praktische brillen werden rond 1286 in Italië vervaardigd. Sindsdien is de toepassing van optische lenzen voor verschillende wetenschappelijke doeleinden niet gestopt.
Dankzij de optica konden genieën van het formaat van Copernicus, Galileo Galilei en Johannes Kepler hun astronomische studies uitvoeren. Later, de eerste microscopen maakte de ontdekking van het leven mogelijk microbieel en het begin van de biologie en moderne geneeskunde. De Wetenschappelijke revolutie geheel is voor een groot deel te danken aan de bijdrage van de optica.
fysieke optica
Fysische optica is er een die licht beschouwt als een golf die zich voortplant in de ruimte. Het is de tak van de optica die het meest trouw is aan de principes en redeneringen van de natuurkunde, gebruikmakend van kennis vorige, zoals de vergelijkingen van Maxwell, om een belangrijk voorbeeld te noemen.
Op die manier maakt het zich zorgen over fysieke verschijnselen zoals interferentie, polarisatie of diffractie. Daarnaast stelt het voorspellende modellen voor om te weten hoe licht zich zal gedragen in bepaalde situaties of in bepaalde media, wanneer nietsystemen numerieke simulatie.
geometrische optica
Geometrische optica is geboren uit de geometrische toepassing van de wetten fenomenologisch rond breking en reflectie door Willebrord Snel van Royen (1580-1626), de Nederlandse wetenschapper die bekend staat als Snell.
Hiervoor gaat deze tak van optica uit van het bestaan van een lichtstraal, waarvan het gedrag wordt beschreven door de regels van de geometrie om formules te vinden voor lenzen, spiegels en dioptrieën. Op deze manier is het mogelijk om fenomenen te bestuderen zoals: Regenboog, de voortplanting van licht en prisma's. Dit alles met behulp van de taal van de wiskunde.
Moderne optica
De hedendaagse tak van de optica ontstaat met de kwantumfysica en de nieuwe kennisgebieden die deze laatste mogelijk heeft gemaakt, evenals de uiteindelijke toepassingen ervan in de techniek. De moderne optica omvat dus een enorme verscheidenheid aan nieuwe gebieden van Onderzoek met betrekking tot licht en zijn toepassingen, waaronder:
- De mechanismen van laser (versterking van licht door gesimuleerde emissie van straling).
- Foto-elektrische cellen, LED-verlichting en metamaterialen.
- Opto-elektronica, hand in hand met computergebruiken digitale beeldverwerking.
- Lichttechniek, met toepassingen in de Fotografie, de bioscoop en andere velden.
- Kwantumoptica en de natuurkundige studie van het foton als lichtdeeltje en tegelijk als lichtgolf.
- Atmosferische optica en begrip van atmosferische lichtprocessen.