Quang học

context: Quang học bắt đầu với sự phát triển thấu kính của người Ai Cập cổ đại và Lưỡng Hà. Thấu kính sớm nhất được biết tới, làm từ các tinh thể được mài bóng, thường là thạch anh, có niên đại vào khoảng năm 700 trước Công nguyên ở Assyria như thấu kính Layard/Nimrud. Người La Mã và Hy Lạp cổ đại đã đổ đầy các quả cầu kính bằng nước để tạo ra thấu kính. Những cách làm này sau đó được các nhà triết học Hy Lạp và Ấn Độ phát triển thành lý thuyết ánh sáng và sự nhìn, cũng như người La Mã phát triển lý thuyết quang hình học. Từ optics xuất phát từ tiếng Hy Lạp cổ đại ὀπτική, có nghĩa là "biểu hiện, nhìn nhận".Triết học Hy Lạp chia quang học ra thành hai lý thuyết đối lập dựa trên cách miêu tả làm sao mắt con người nhìn được, "lý thuyết mắt phát ra tia sáng" và "lý thuyết mắt thu nhận tia sáng". Lý thuyết mắt thu nhận tia sáng cho rằng con người nhìn thấy sự vật là do các vật phát ra những bản sao giống y hệt chúng (gọi là eidola) mà mắt người thu nhận được. Với sủng hộ của nhiều triết gia như Democritus, Epicurus, Aristotle và các môn đệ, lý thuyết này dường như đã có nét giống với lý thuyết hiện đại về thị giác, nhưng nó vẫn chỉ là các tiên đoán mà thiếu đi các thí nghiệm kiểm tra.
qas: question: Ai chịu trách nhiệm phát triển các ống kính đầu tiên?
answers: text: người Ai Cập cổ đại và Lưỡng Hà

context: Lý thuyết về quang học tiến triển trong giữa thế kỷ 17 với công trình của nhà bác học René Descartes, ông giải thích nhiều hiện tượng quang học khác nhau như phản xạ và khúc xạ bằng giả sử ánh sáng được phát ra từ vật tạo ra nó. Điều này khác cơ bản so với quan điểm lý thuyết phát xạ của người Hy Lạp cổ đại. Cuối thập kỷ 1660 và 1670, Newton đã mở rộng ý tưởng của Descartes thành lý thuyết hạt ánh sáng, và ông nổi tiếng với công trình xác định được ánh sáng trắng là tập hợp của các tia sáng đơn sắc mà có thể tách được nhờ một lăng kính. Năm 1690, Christiaan Huygens nêu ra lý thuyết sóng ánh sáng dựa trên đề xuất do Robert Hooke nêu ra vào năm 1664. Chính Hooke đã phê bình lý thuyết của Newton về hạt ánh sáng và sự phản đối giữa hai người kéo dài cho tới tận khi Hooke qua đời. Năm 1704, Newton xuất bản cuốn Opticks và ở thời điểm đó nó đã khá thành công cũng một phần nhờ sự nổi tiếng của Newton trong lĩnh vực vật lý học. Cuộc tranh luận giữa hai người về bản chất của ánh sáng dường như có phần thắng thuộc về Newton thời đó.Quang học Newton được chấp nhận rộng rãi cho tới đầu thế kỷ 19 khi Thomas Young và Augustin-Jean Fresnel thực hiện các thí nghiệm chứng tỏ sự giao thoa của ánh sáng cho thấy bản chất sóng của ánh sáng. Thí nghiệm nổi tiếng của Young chỉ ra ánh sáng tuân theo nguyên lý chồng chập, một tính chất của các dạng sóng mà lý thuyết hạt ánh sáng của Newton không giải thích được. Thí nghiệm này dẫn tới sự ra đời của kỹ thuật nhiễu xạ ánh sáng và mở ra một lĩnh vực mới trong quang học vật lý. Quang học sóng đã được thống nhất thành công với lý thuyết điện từ bởi James Clerk Maxwell trong thập kỷ 1860.Dấu mốc phát triển tiếp theo của quang học là vào năm 1899 khi Max Planck miêu tả đúng mô hình bức xạ vật đen khi giả sử sự trao đổi năng lượng giữa ánh sáng và vật chất chỉ xảy ra dưới những gói rời rạc mà ông gọi là quanta - lượng tử]. Năm 1905 Albert Einstein công bố lý thuyết giải thích hiệu ứng quang điện củng cố thêm cho tính chất lượng tử của ánh sáng. Năm 1913 Niels Bohr chỉ ra rằng các nguyên tử chỉ có thể phát ra lượng năng lượng rời rạc, do vậy ông giải thích được những vạch rời rạc trong quang phổ phát xạ và quang phổ hấp thụ. Hiểu biết về tương tác giữa ánh sáng và vật chất đi theo sự phát triển mới này không những là cơ sở cho ngành quang học lượng tử mà còn có vai trò quan trọng trong sự phát triển của cơ học lượng tử. Lý thuyết điện động lực học lượng tử giải thích mọi hiện tượng và quá trình quang học nói chung là kết quả của sự trao đổi các photon ảo và photon thực.Quang học lượng tử có được ứng dụng thực tiễn quang trọng kể từ khi phát minh ra maser vào năm 1953 và laser vào năm 1960. Phát triển từ công trình của Paul Dirac về lý thuyết trường lượng tử, George Sudarshan, Roy J. Glauber, và Leonard Mandel đã áp dụng lý thuyết lượng tử cho trường điện từ vào các thập niên 1950 và 1960 và thu được sự hiểu biết sâu sắc hơn về sự tách sóng quang và đặc tính thống kê của ánh sáng.
qas: question: Có thể sử dụng cái gì để tách màu ra khỏi ánh sáng trắng?
answers: text: lăng kính.

context: Định luật phản xạ và khúc xạ có thể rút ra từ nguyên lý Fermat: đường đi giữa hai điểm của tia sáng là đường mà ánh sáng có thời gian ít nhất để truyền giữa hai điểm.
qas: question: Theo định luật Fermat, con đường nào ngắn nhất?
answers: text: đường đi giữa hai điểm của tia sáng

context: Có hai loại tế bào nhận kích thích ánh áng, đó là tế bào hình nón và tế bào hình que, chúng có độ nhạy khác nhau đối với các loại ánh sáng khác nhau. Tế bào hình que nhạy đối với cường độ ánh sáng trong phạm vi rộng của tần số, do vậy chịu trách nhiệm đối với thị giác đen và trắng (nhìn ban đêm). Tế bào hình que không có tại điểm vàng, vùng võng mạc chịu trách nhiệm cho thị giác trung tâm, và không đáp ứng được đối với sự thay đổi về không gian và thời gian của ánh sáng như tế bào hình nó. Tuy nhiên, số lượng tế bào hình que nhiều hơn 20 lần tế bào hình nón trong võng mạc bởi vì tế bào hình que phân bố trên phạm vi rộng hơn. Nhờ phân bố rộng hơn, tế bào hình que chịu trách nhiệm cho thị giác ngoại biên (peripheral vision).Ngược lại, các tế bào hình nón ít nhạy sáng hơn, nhưng chúng nhạy chủ yếu đối với ba loại dải tần số ánh sáng khác nhau và do đó có chức năng cảm nhận màu sắc và độ chói (photopic vision). Tế bào hình nón tập trung chủ yếu ở điểm vàng và rất nhạy với độ tinh của màu sắc do đó chúng cho phép phân biệt không gian tốt hơn so với tế bào hình que. Vì tế bào hình nón không nhạy đối với ánh sáng mờ tối bằng tế bào hình que, phần lớn khả năng nhìn ban đêm là ở tế bào hình que. Mặt khác, do các tế bào hình nón tập trung ở điểm vàng, thị giác trung tâm (bao gồm khả năng nhìn để đọc, để thấy các chi tiết nhỏ như xâu kim, hoặc kiểm tra vật thể) là do các tế bào hình nón.Cơ mi bao xung quanh thủy tinh thể cho phép sự tập trung ánh sáng của mắt có thể điều chỉnh được, hay quá trình điều tiết. Điểm gần và điểm xa xác định khoảng cách gần nhất và xa nhất từ mắt mà ảnh một vật thể hiện rõ nét trên võng mạc. Đối với một người có khả năng nhìn thông thường, điểm xa nằm ở vô tận. Vị trí của điểm gần phụ thuộc vào khả năng cơ mi có thể làm tăng độ cong của thủy tinh thể, và độ đàn hồi của thủy tinh thể ảnh hưởng bởi tuổi tác. Các bác sĩ chuyên khoa mắt (optometrist), nhà khoa học nhãn khoa (ophthalmologist), và nhà quang học thường coi một điểm gần là điểm nằm gần hơn khoảng cách mà mắt có thể đọc một cách bình thường—xấp xỉ bằng 25 cm.Thị lực có thể giải thích nhờ các nguyên lý quang học. Khi con người trở lên già đi, thủy tinh thể trở lên kém đàn hồi và điểm gần dần lùi xa khỏi mắt, một tật gọi là lão thị. Tương tự, những người mắc chứng viễn thị không thể giảm tiêu cự của thủy tinh thể cho phép thu được ảnh các vật ở gần trên võng mạc của họ. Ngược lại, những người không thể làm tăng tiêu cự thủy tinh thể đủ để ảnh của các vật ở xa tập trung rõ tại võng mạc hay họ mắc chứng cận thị và điểm xa có khoảng cách hữu hạn hơn là khoảng cách vô hạn đối với mắt bình thường. Một tật khác đó là loạn thị khi giác mạc không có dạng cầu nhưng bị cong nhiều hơn về một hướng. Điều này khiến cho những vật có bề ngang lớn bị tập trung trên nhiều phần khác nhau của võng mạc so với những vật có kích thước ngang hẹp, và kết quả là ảnh của vật bị méo mó.Những tật về mắt kể trên có thể khắc phục bằng cách sử dụng dụng cụ thấu kính hiệu chỉnh (corrective lens). Đối với viễn thị và lão thị, kính mắt dạng thấu kính hội tụ giúp điểm gần nằm gần hơn về mắt trong khi thấu kính phân kỳ giúp mắt cận thị đưa điểm xa trở thành điểm nằm ở vô tận. Người loạn thị được đeo kính có bề mặt hình trụ giúp bù lại sự không đồng đều của sự phân bố tia sáng trên võng mạc.Công suất quang học của kính hiệu chỉnh được đo bằng đi ốp (diopter), giá trị bằng nghịch đảo của tiêu cự đo theo đơn vị mét; với giá trị dương tương ứng với thấu kính hội tụ và giá trị âm tương ứng với thấu kính phân kỳ. Đối với kính dùng cho người loạn thị, có ba thông số cho mắt kính: một cho công suất hình cầu, một cho công suất hình trụ, và một cho góc của hướng loạn thị.
qas: question: cái gì hiện diện ở vùng rộng hơn?
answers: text: tế bào hình que