אנו מסבירים מהי אופטיקה, ההיסטוריה שלה, השפעתה על מדעים אחרים וכיצד שונה האופטיקה הפיזיקלית, הגיאומטרית והמודרנית.
מהי אופטיקה?
אופטיקה היא ענף של גוּפָנִי המוקדש ללימוד של אוֹר גלוי: תכונותיו והתנהגותו. זה גם מנתח את היישומים האפשריים שלו בחייו של בן אדם, כמו גם בניית מכשירים כדי לזהות או להשתמש בו.
האור הוגדר על ידי האופטיקה כרצועה של פליטות אלקטרומגנטיות, שהתנהגותן דומה לזו של צורות בלתי נראות אחרות (עבורנו) של הספקטרום האלקטרומגנטי, כגון קרינה אולטרה סגולה או אינפרא אדומה.
המשמעות היא שניתן לתאר את התנהגותו על פי המכניקה של גלים (למעט בהקשרים מאוד ספציפיים שבהם האור פועל כמו א חֶלְקִיק) והגישות של אלקטרודינמיקה קלאסית של אור.
אופטיקה היא תחום מחקר חשוב מאוד המספק כלים לאחרים מדעים, במיוחד ל אַסטרוֹנוֹמִיָה, הנדסה, צילום ורפואה (אופטלמולוגיה ואופטומטריה). לה אנו חבים את קיומן של מראות, עדשות, טלסקופים, מיקרוסקופים, לייזרים ומערכות סיב אופטי.
היסטוריה של אופטיקה
תחום האופטיקה היה חלק מהדאגות של בן אדם מאז ימי קדם. ניסיונות העדשה המוקדמים ביותר הידועים מתוארכים למצרים העתיקה או לעתיקה אֲרַם נַהֲרַיִם, כגון עדשת נירמוד (700 לפנה"ס) מתוצרת אשור.
היוונים הקדמונים עסקו גם בהבנת טבעו של האור, שאותו הם הבינו על סמך שתי נקודות מבט: הקבלה שלו או נוף ופליטתו, מאז ה יוונים עתיקים חשבו שאובייקטים פולטים עותקים של עצמם דרך האור (נקרא eidola). פילוסופים כמו דאוקריטוס, אפיקורוס, אפלטון ואריסטו, הם למדו אופטיקה רבות.
חוקרים אלה הוחלפו ב- אלכימאים ומדענים איסלאמיים במהלך ימי הביניים כגון אל-קינדי (801-873 לערך) ובמיוחד אבו עלי-אל-חסן או אלחזן (965-1040), הנחשב לאבי האופטיקה עבורו ספר אופטיקה (המאה ה-11), שם הוא חוקר את תופעות השבירה וההשתקפות.
ה רֵנֵסַנס אירופאי הביא את הידע הזה למערב, במיוחד בזכות רוברטו גרוסטסטה ורוג'ר בייקון. המשקפיים המעשיים הראשונים יוצרו באיטליה בסביבות שנת 1286. מאז, היישום של עדשות אופטיות למטרות מדעיות שונות לא פסק.
הודות לאופטיקה, גאונים בקומה של קופרניקוס, גלילאו גליליי ויוהנס קפלר הצליחו לבצע את מחקריהם האסטרונומיים. מאוחר יותר, הראשון מיקרוסקופים אפשרו את גילוי החיים מיקרוביאלי וההתחלה של ה ביולוגיה ורפואה מודרנית. ה מהפכה מדעית כולו נובע, במידה רבה, מתרומת האופטיקה.
אופטיקה פיזית
אופטיקה פיזיקלית היא כזו שמחשיבה את האור כגל המתפשט ב מֶרחָב. ענף האופטיקה הוא הנאמן ביותר לעקרונות ו נימוקים של פיזיקה, תוך שימוש ב יֶדַע קודמים כמו משוואות מקסוול, כדי להביא דוגמה חשובה.
בדרך זו, הוא מודאג לגבי תופעות פיזיקליות כמו הפרעות, קיטוב או עקיפה. בנוסף, הוא מציע מודלים חיזויים כדי לדעת כיצד האור יתנהג במצבים מסוימים או במדיה מסוימת, כאשר לאמערכות סימולציה מספרית.
אופטיקה גיאומטרית
אופטיקה גיאומטרית נולדה מהיישום הגיאומטרי של החוקים פנומנולוגי סביב שבירה והשתקפות מאת Willebrord Snel van Royen (1580-1626), המדען ההולנדי הידוע בשם Snell.
לשם כך, ענף זה של אופטיקה מתחיל מקיומה של קרן אור, שהתנהגותה מתוארת על ידי כללי הגיאומטריה למציאת נוסחאות לעדשות, מראות ודיופטריות. באופן זה ניתן ללמוד תופעות כגון קשת בענן, התפשטות האור והמנסרות. כל זה באמצעות ה שפה של ה מתמטיקה.
אופטיקה מודרנית
הענף העכשווי של האופטיקה מתעורר עם הפיזיקה הקוונטית ותחומי הידע החדשים שהאחרונים אפשרו, כמו גם יישומיה בסופו של דבר בהנדסה. לפיכך, אופטיקה מודרנית מקיפה מגוון עצום של תחומים חדשים של מחקר לגבי אור ויישומיו, לרבות:
- מנגנוני הלייזר (הגברת האור על ידי פליטת קרינה מדומה).
- תאים פוטו-אלקטריים, נורות לד ומטא-חומרים.
- אופטואלקטרוניקה, יד ביד עם מחשוב, ועיבוד תמונה דיגיטלי.
- הנדסת תאורה, עם יישומים ב צילום, ה אולם קולנוע ותחומים נוספים.
- אופטיקה קוונטית והמחקר הפיזיקלי של הפוטון כחלקיק אור וגל אור בו זמנית.
- אופטיקה אטמוספרית והבנת תהליכי אור אטמוספרי.