Optikaren historia

Optika antzinako egiptoar eta mesopotamiarren lenteen garapenarekin hasi zen. Ondoren, antzinako greziar filosofoek argiari eta ikusmenari buruzko teoriak etorri ziren, eta baita optika geometrikoaren garapena ere, mundu greko-erromatarrean. Optika hitza greziar τα ὀπτικά (óptikos, ops, hau da, “ikusmena”-ren deribatua) hitzetik dator, "ikusmenaren zientzia" esan nahi duena. Optika nababarmenki erreformatua izan zen Erdi Aroko mundu Islamiarraren partetik, hala nola, optika fisiko eta fisiologikoen hastapenei dagokienez, eta baita ostera ere modu esanguratsuan Europa modernoaren hasieran, optika difraktiboak hasi zirelarik. Gaur egun, optikaren inguruko hasierako ikerketa hauek “optika klasikoa” bezala ezagutzen dira. "Optika modernoa" terminoak, berriz, gehienbat XX. mendean garatu ziren ikerketa optikoko eremuei egiten die erreferentzia, hala nola, uhin-optika eta optika kuantikoari.

 Lehen historia 
Antzinako Indian, Samkhya eta Vaisheshika eskola filosofikoek, K.a.  V.-VI. mende ingurukoak, argiari buruzko teoriak garatu zituzten. Samkhya eskolaren arabera, argia oinarrizko bost elementu "sotiletako" bat da (tanmatra), horietatik elementu zakarrak ateratzen direlarik.

Kontrara, Vaisheshika eskolak mundu fisikoaren teoria atomikoa ematen du eterraren, espazioaren eta denboraren oinarri ez-atomikoaren gainean (Ikus Indiako atomismoa). Oinarrizko atomoak hauek dira: lurra (prthivı), ura (apas), sua (tejas) eta airea (vayu), termino hauen ohiko esanahiarekin nahastu behar ez direnak. Atomo hauek molekula binarioak eratuz elkartzen dira, molekula handiagoak sortzeko konbinatzen direlarik. Mugimendua atomo fisikoen mugimenduaren arabera definitzen da. Argi izpiak tejas (sua) atomoen abiadura handiko korrontetzat hartzen dira. Argi partikulek ezaugarri ezberdinak erakuts ditzakete, tejas atomoen abiadura eta antolamenduaren arabera. K.a. I. mende inguruan, Vishnu Puranak eguzkiaren argiari "eguzkiaren zazpi izpiak" bezala egiten dio erreferentzia.

K.a. V. mendean, Empedoklesek, dena lau elementuz osatua zegoela postulatu zuen: sua, airea, lurra eta ura. Uste zuen Afroditak giza begia lau elementuetatik sortu zuela, eta ikusmena ahalbidetzen zuena honek begietatik distiratzen zuen sua piztu izana zela. Hori egia balitz, gauez egunez bezain ongi ikusi ahalko litzateke, beraz, Empedoklesek, eguzkia bezalako iturri batetik datozen izpien eta begien izpien arteko elkarrekintza postulatu zuen. Argiak abiadura mugatua duela baieztatu zuen. [2]

Aldi berean, antzinako Txinan ere garapen handiak lortu ziren optikan. [3]

Euklides matematiko greziarrak Optika liburuan aztertu zuenez, "Angelu handiago baten azpian ikusten diren gauzek handiagoak dirudite, eta angelu txikiago baten azpian daudenek, berriz, txikiagoak". Ondorengo 36 proposizioetan, Euklidesek objektu baten itxurazko tamaina eta begiarekiko distantzia erlazionatzen du, eta  zilindro eta konoen formak ikuspuntu desberdinetatik begiratuta nola eraldatzen diren aztertzen du. Pappus-ek emaitza hauek astronomian garrantzitsuak zirela uste zuen eta Euklidesen Optika, Phaenomenarekin batera, Astronomia Txikia liburuan sartu zituen, Ptolomeoren Syntaxis (Almagest) aurretik ikasi beharreko lan txikiagoen kompendiumean, alegia.

K.a. 55ean, Lukrezio atomista erromatarrak hau idatzi zuen:

“Suek, edozein distantziatatik jaurtitzen dutela ere beren argia guregana, beren berotasuna gure gorputzadarrtara, ez dute beren sugarrek gorpuztasunrik galtzen tarte horren ondorioz, beren sua ez da begiaren aurrean batere murrizten.”

Bere Katoptrikan, Hero Alexandriakoak erakutsi zuen, metodo geometriko baten bidez, ispilu lau batetik islaturiko argi-izpi batek hartzen duen benetako bidea laburragoa dela iturriaren eta behaketa-puntuaren artean eratu daitekeen beste edozein bide baino.

Bigarren mendean, Klaudio Ptolomeok, bere Optikan, islapena eta errefrakzioa ikertu zituen. Airearen, uraren eta kristalaren arteko errefrakzio angeluak neurtu zituen, eta argitaratu zituen emaitzek adierazten dute neurketak doitu zituela bere iritziz (oker) errefrakzio angelua intzidentzia angeluarekiko proportzionala dela erakusteko. [5] [6]

Indiako budistek, K.a. V. mendean Dignāga eta XII. mendean Dharmakirti kasu, atomismo mota bat garatu zuten, errealitateari buruzko filosofia moduan, bat-bateko argi edo energia distirak dituzten izaki atomikoek osatzen dutela ziotelarik. Argia energiaren baliokidea zen izaki atomiko bat zela ikusten zuten, fotoi kontzeptu modernoaren antzekoa, nahiz eta materia guztia partikula argi/energetiko hauek osatzen zutela ere ikusten zuten.

 Optika geometrikoa 
Hemen aipatzen diren lehen idazleek ikusmena gehiago tratatu zuten arazo geometriko gisa, arazo fisiko, fisiologiko edo psikologiko gisa baino. Optika geometrikoari buruzko tratatu baten lehen egile ezaguna Euklides geometra izan zen (K.a. 325-K.a. 265). Euklidesek optikaren azterketari ekin zion geometria aztertu izan zuen bezala, berez ageriko axioma multzo batekin.

 Lerroak edo izpi bisualak, lerro zuzen batean marraz daitezke objektuarekiko.
 Objektu baten gainean erortzen diren lerro horiek kono bat osatzen dute.
 Gauza horiek zeinetan lerroak erortzen diren, ikusi egiten dira.
 Angelu handiago baten pean ikusten diren gauza horiek handiagoak dirudite.
 Goikoagoko izpi baten pean ikusten diren gauza horiek gorago agertzen dira.
 Eskuineko eta ezkerreko izpiak eskuinean eta ezkerrean agertzen dira.
 Hainbat angelutatik ikusten diren gauzak argiago agertzen dira.

Euklidesek ez zuen izpi bisual horien izaera fisikoa definitu, baina, geometriaren printzipioak erabiliz, perspektibaren efektuak eta urrutitik ikusten diren gauzen borobiltzeaz hitz egin zituen.

Euklidesek bere analisia ikusmen zuzen soilera mugatu bazuen ere, Heron Alexandriakoak (K.a. AD 10-70) optika geometrikoaren printzipioak zabaldu zituen islapen-arazoak (katoptrika) kontuan hartzeko. Euklidesek ez bezala, Heronek noizean behin izpi bisualen izaera fisikoa aipatu zuen, begiak ikusten duen objektura abiadura handian joaten zirela zioelarik, baita gainazal leunetatik islatzen zirela ere, baina leundu gabeko gainazal porositateetan harrapatuta gera zitezkeela adieraziz. [1] Hau emisioen teoria bezala ezagutzen da gaur egun. [2]

Heronek intzidentzia eta islapen angeluen berdintasuna frogatu zuen, objektutik behatzailerako biderik motzena dela argudiatuta. Horretan oinarrituta, ispilu lau batean objektu baten eta bere irudiaren artean ematen den erlazio finkoa definitzeko gai izan zen. Zehazki, ispiluaren aurrean dagoen objektua ispiluaren baitan dagoen objektua bezain urrun agertzen da.

Heronek bezala, Ptolomeok bere Optikan (arabiar bertsio akastun baten latinezko itzulpen moduan soilik gordea dagoena) izpi bisualak begitik ikusten den objektura zihoazela uste zuen, baina, Heronek ez bezala, ez zuen uste izpi bisualak marra zuzenean zihoaztenik, kono forma hartzen zutela baizik. Ptolomeok, ikusmenaren analisia zuzeneko eta islatutako ikusmenetik haratago zabaldu zuen; izpi errefraktiboen bidezko ikusmena ere ikertu zuen (dioptrika), objektuak dentsitate ezberdineko bi hedabideren arteko elkargunean zehar ikusten ditugunean. Esperimentuak egin zituen ikusmenaren bidea neurtzeko, airetik uretara, airetik beirara, uretik beirara begiratzen dugunean, eta izpi inzidenteen eta errefraktatutakoen arteko harremana sailkatu zuen.

Bere sailkatutako emaitzak ura eta airearen arteko elkargunea aztertzeko baliatu izan dira, eta oro har, lortu zituen balioek teoria modernoak emandako errefrakzio teorikoa islatzen dute. 

 Mundu islamiarrean 
Al-Kindi (c. 801 – 873) islamiar munduko idazle optiko garrantzitsuenetako bat izan zen. Mendebaldean De radiis stellarum bezala ezagutzen den lan batean, al-Kindik teoria bat garatu zuen: "Munduko gauza guztiek izpiak norabide guztietan txertatzen dituzte, mundu osoa betez."

Gerora, izpien botere aktiboaren teoria honek, Ibn al-Haytham, Robert Grosseteste eta Roger Bacon bezalako adituengan izan zuen eragina. 

Ibn Sahl, 980ko hamarkadan Bagdaden jardun zuen matematikaria izan zen , Ptolomeoren Optikari buruzko iruzkin bat osatu zuen lehen akademiko islamiarra da. Ispilu kurbatuak eta lenteak argia nola okertu eta nola bideratzen diren aztertzen du lanak. Ibn Sahl-ek Snell-en legearen baliokidea den errefrakzio-lege bat ere deskribatzen du. [2] Bere errefrakzio legea erabili zuen ardatzaren puntu bakarrean argia fokalizatzen duten lente eta ispiluen formak kalkulatzeko.

Ibn al-Haytham-ek (Mendebaldeko Europan Alhacen edo Alhazen izenez ezagutzen denak), 1010eko hamarkadan idatzi zuelarik, Ibn Sahl-en tratatua eta Ptolomeoren Optikaren arabierazko itzulpen partziala jaso zituen. Greziako teoria optikoen azterketa integrala eta sistematikoa egin zuen. [1] Ibn al-Haytham-ek lortutakoaren gakoa bikoitza izan zen: lehenik, azpimarratzea, Ptolomeoren iritziaren aurka, ikusmena begian sartzen ziren izpiengatik gertatzen dela; bigarrena, lehenagoko idazle optiko geometrikoek eztabaidatu zuten izpien izaera fisikoa definitzea izan zen, argiaren eta kolorearen formatzat hartuta. [2] Gero, izpi fisiko hauek optika geometrikoaren printzipioen arabera aztertu zituen. Optikari buruzko liburu asko idatzi zituen, nabarmenena Optikaren Liburua ( arabieraz Kitab al Manazir ), latinera De aspectibus edo Perspectiva gisa itzulia, bere ideiak Mendebaldeko Europara hedatu zituena eta eragin handia izan zuen optikaren geroko garapenetan. [1] [2] Ibn al-Haytham "optikaren aita modernoa" deitzen zioten. [3] [4]

Avizenak (980-1037) argiaren abiadura mugatua dela esan zuen Alhazenekin bat eginez, esan zuelarik argiaren pertzepzioa argi-iturri baten partikuen igorpenaren ondorioz gertatzen bada, argiaren abiadurak finitua izan behar duela. [1] Abū Rayhān al-Bīrūnī (973-1048) ere ados zegoen argiak abiadura mugatua duelaren ideiarekin, eta argiaren abiadura soinuaren abiadura baino askoz azkarragoa dela adierazi zuen. [2]

 Erdi aroko Europan 
Robert Grosseteste-k (c. 1175-1253), gai zientifiko orori buruz idatzi zuen, Erdi Aroko unibertsitatea sortu zen eta Aristotelesen obrak berreskuratzen ari ziren garaian. Grossetestek Erdi Aroko jakintzaren platonismoaren eta aristotelismo berriaren arteko trantsizio-aldi bat islatu zuen, bere idazki askotan matematika eta argiaren metafora platonikoa aplikatu zituelarik. Argia lau ikuspuntu desberdinetatik tratatu izanaz akreditatua da: argiaren epistemologia, argiaren metafisika edo kosmogonia, eta argiaren teologia. 

Epistemologia eta teologia gaiak alde batera utzita, Grossetesteren argiaren kosmogoniak unibertsoaren jatorria deskribatzen du lausoki Erdi Aroko "big bang" teoria gisa deskribatu daitekeen horretan. Bere bibliako iruzkinak, Hexaemeron (1230 x 35), eta On Light (1235 x 40) zientifikoa, Genesis 1:3-n hartu zuten inspirazioa, bertan esaten baita Jainkoak esan zuela: “izan bedi argia", eta ondorengo sorkuntza prozesua deskribatu zuten, hedatzen (eta uzkurtzen) ari den argi-esfera baten sortze-ahalmenetik sortutako prozesu fisiko natural gisa. [1]

Argiari buruzko bere kontsiderazio orokorragoa kausazio fisikoaren eragile nagusi gisa bere On Lines, Angles eta Figures obretan agertzen da, non baieztatzen duen agente natural batek bere ahalmena bere baitatik hartzailearengana zabaltzen duela eta, On the Nature of Places-en, non adierazten duen ekintza natural orok indar eta ahulezian desberdina duela lerro, angelu eta irudien figuren aldakortasunaren bidez. 

Roger Bacon frantziskotar ingelesarengan (K.a. 1214-1294) eragin handia izan zuten Grossetesteren argiaren garrantziari buruz idatzitakoek. Bere idazlan optikoetan ( Perspectiva, De multiplicatione specierum eta De speculis comburentibus ) itzuli berriak ziren obra optiko eta filosofiko ugari aipatu zituen, besteak beste, Alhazen, Aristoteles, Avizena, Averroes, Euklides, al-Kindi, Ptolomeo, Tideo eta Afrikako Konstantinorenak. Argiaren eta ikusmenaren azterketa matematikoa Alhazen idazle arabiarraren idatzietatik atera zuen. Baina horri kontzeptu neoplatonikoa gehitu zion, agian Grossetesteren obratik aterata, objektu orok botere (espezie) bat irradiatzen duela esanez, zeinaren bidez espezie horiek jasotzeko egokiak diren hurbileko objektuen gainean jarduten duen. [1] Kontuan izan Baconek "espezie" terminoaren erabilera optikoa nabarmen desberdintzen dela filosofia Aristotelikoan agertzen diren genero/espezie kategorietatik.

Geroagoko hainbat lanek, besteak beste, Limogeseko Pedroren (1240–1306) A Moral Treatise on the Eye ( latinez : Tractatus Moralis de Oculo ) eragin handikoak, Baconen idatzietan aurkitutako ideiak jendarteratzen eta zabaltzen lagundu zuten. [1

Beste ingeles frantziskotar bat, John Pecham (1292an hil zen), Baconen, Grossetesteren eta lehengo idazle askoren lanetan oinarritu zen Erdi Aroko Optikari buruzko testu-liburu erabiliena bihurtu zena ekoizteko, Perspectiva communis. Bere liburua ikusmenaren auzian zentratu zen, nola ikusten dugun, argiaren eta kolorearen izaeran baino. Pechamek Alhazenek ezarritako ereduari jarraitu zion, baina Roger Baconen moduan interpretatu zituen Alhazenen ideiak. [1]

Bere aurrekoek bezala, Witelok (1230 inguruan jaioa, 1280 eta 1314 artean hil zen) grekotik eta arabieratik itzuli berriak ziren obra optikoen multzoa baliatu zuen Perspectiva izeneko gaiaren aurkezpen zabala egiteko. Bere ikusmenaren teoriak Alhazenen jarraitzen du eta ez du kontuan hartzen Baconen espeziearen kontzeptua, nahiz eta bere laneko pasarteek Baconen ideien eragina izan zuela frogatzen duten. Bizirik dirauten eskuizkribuen kopurua ikusita, bere lanak ez zuen Pechamenak eta Baconenak bezain eragin handia izan, baina bere garrantzia, Pechamenarekin batera, inprenta asmatzearekin batera hazi zen. [1]

Freibergeko Teodoriko (1250-1310 inguru) Europan ortzadarraren fenomenoari azalpen zientifiko zuzena ematen lehenetakoa izan zen, [1] baita Qutb al-Din al-Shirazi (1236-1311) eta lehango aipatutako Kamāl al-Dīn al-Fārisī (1260–1320) bere ikaslea ere.

 Pizkundea eta aro moderno goiztiarra 
Johannes Kepler-ek (1571 – 1630) 1600. urtean egindako ilargiaren inguruko saiakeran ikertutako optikaren legeak berhartu zituen. Bai ilargi eta eguzki eklipseak azalpenik gabeko fenomenoak zekartzaten, hala nola, itzalen tamaina desproportzionalak, ilargi-eklipse baten kolore gorria eta eguzki eklipse bat inguratzen duen ezohiko argia. Errefrakzio  atmosferikoari buruzko gaiak behaketa astronomiko guztiei aplikatzen ziren. 1603. urtearen gehienean zehar, Keplerrek bere bestelako lanak eten zuen teoria optikoan zentratzeko; 1604ko urtarrilaren 1ean Enperadoreari aurkeztu zitzaion eskuizkribua Astronomiae Pars Optica (Astronomiaren atal/aspektu optikoa) bezala argitaratu zen. Obra hau, oro har, optika modernoaren funts bezala hartzen da (nahiz eta bertan errefrakzioaren legea lantzea nabarmenki falta den).

Willebrord Snelliusek (1580–1626) 1621ean aurkitu zuen errefrakzio-lege matematikoa, gaur egun Snell-en legea izenez ezagutzen dena. Gero, René Descartesek (1596–1650) erakutsi zuen, eraikuntza geometrikoa eta errefrakzio legea erabiliz (Descartesen legea bezala ere ezagutzen dena), ortzadarraren erradio angeluarra 42°-koa dela. [1] Era berean , islapenaren legea deskubritu zuen, eta optikari buruzko bere saiakera izan zen lege honen lehen aipamen argitaratua. [2]

Christiaan Huygensek (1629–1695) optikaren alorrean hainbat lan idatzi zituen. Horien artean, Opera reliqua ( Christiani Hugenii Zuilichemii, dum viveret Zelhemii toparchae, opuscula posthuma izenez ere ezaguna) eta Traité de la lumière izan ziren.

 Optika difraktiboa 
Argiaren difrakzioaren efektuak arretaz behatu eta ezaugarritu zituen Francesco Maria Grimaldik, zeinak difrakzio terminoa ere asmatu zuen, latinezko diffringere-tik, 'zatitan hautsi', argia norabide ezberdinetan apurtzeari erreferentzia eginez.Grimaldiren behaketen emaitzak hil ostean argitaratu ziren 1665ean.   Isaac Newtonek efektu hauek aztertu zituen eta argi izpien inflexioari egotzi zizkion. James Gregoryk (1638 – 1675) txori-luma batek eragindako difrakzio patroiak behatu zituen, hau zelarik, hain zuzen ere, lehen sare difraktiboa. 1803an Thomas Young-ek bere esperimentu famatua egin zuen bere zirrikitu bikoitzeko interferometroan hurbil dauden bi zirrikituren interferentziak behatuz. Bere emaitzak bi zirrikitu ezberdinetatik irteten diren uhinen interferentziaz azalduz, argia uhin gisa hedatzen dela ondorioztatu zuen.

Augustin-Jean Fresnel-ek difrakzioaren azterketa eta kalkulu zehatzagoak egin zituen, 1815ean eta 1818an argitaratu zituenak, eta, horrela, indar handia eman zion Christiaan Huygensek aurreratutako eta Young-ek indarberritutako argiaren uhin-teoriari, Newtonen partikulen teoriaren aurka.

 Lenteak eta lentegintza 
Antzinako lenteen erabilerari buruzko ebidentzia arkeologiko eztabaidatuak daude, hainbat milurtekoetan zehar jasoak. Egiptoko Erresuma Zaharreko (K.a. 2686-2181) hieroglifoetako kristalezko begi-estalkiak beirazko menisko lente funtzionalak zirela iradoki izan da. Era berean, Nimrud lens deritzona, BCko 7. mendeari datxekion harri kristal bat, lupa handigarri bezala erabilia izan daiteke, edo dekorazio bat izan daiteke. Era berean, Nimrud lentea deritzona, K.a. VII. mendean datatutako kristalezko harri artefaktua, lupa gisa edo apaingarri gisa erabilia izan zela uste da.     

Magnifikazioari buruz idatzitako lehen dokumentazioa K.a. 1. mendean kokatzen da, Seneka-k, Neron emperadorearen tutoreak, zera idatzi zuenean, letrak, naiz txikiak edo ulertezinak izan, handiago eta argiago ikusten diela globo batetik edo urez betetako edalontzi batetik zehar. Esaten da Neron enperadoreak gladiadore jokoak ikusteko esmeralda bat lente zuzentzaile bezala erabiltzen omen zuela. 

 Optika kuantikoa 
Argia fotoi izeneko partikulaz osatuta dago eta, ondorioz, kuantifikatuta dago. Optika kuantikoa fotoi kuantizatu gisa argiaren izaera eta efektuak aztertzea da. 

Argia kuantifikatu zitekeelaren lehen zantzua Max Planck -ek izan zuen 1899an gorputz beltzaren erradiazioa behar bezala modelatu zuenean, argiaren eta materiaren arteko energia-trukea “quanta” izendatu zuen kantitate diskretuetan bakarrik gertatzen zela suposatuz. Ezezaguna zen ea diskrezio horren iturria materia ala argia zen. [1] :231–2361905ean, Albert Einsteinek efektu fotoelektrikoaren teoria argitaratu zuen. Efektuaren azalpen posible bakarra argiaren kuantizazioa bera zela ematen zuen. Geroago, Niels Bohrrek erakutsi zuen atomoek energia kantitate diskretuak soilik igor ditzaketela. Garapen hauen ondorioz argiaren eta materiaren arteko elkarrekintza ulertzea optika kuantikoaren oinarria ez ezik, funtsezkoa izan zen mekanika kuantikoaren garapenerako. 

Hala eta guztiz ere, materia-argiaren elkarrekintzaz arduratzen diren mekanika kuantikoaren azpiesparruak materiaren inguruko ikerketa gisa hartzen ziren batez ere argiaren ingurukoak baino, eta, beraz, atomoen fisika eta elektronika kuantikoaz hitz egiten zen. 

Hau aldatu egin zen 1953an maserra eta 1960an laserra asmatzean. Laser zientzia —gailu horien printzipioen, diseinuaren eta aplikazioaren ikerketa— alor garrantzitsu bat bihurtu zen, eta laserren printzipioen azpian zegoen mekanika kuantikoa aztertzen zen orain argiaren propietateetan arreta gehiago jarriz, eta optika kuantiko izena ohikoa bihurtu zen.

https://desocuparlapieza.files.wordpress.com/2016/02/corominas-joan-breve-diccionario-etimolc3b3gico-de-la-lengua-castellana.pdf - corominas (optico)

 Kanpo estekak 

Kategoria:Optika
Kategoria:Fisikaren historia