Optikas vēsture

Optikas vēsture ir optikas (fizikas nozare, kura pēta visu, kas saistīts ar gaismu) hronoloģiskā attīstība.

Uzskati par gaismas dabu ir veidojušies vēsturiski līdz ar zinātnes attīstību; tie ir pilveidojušies, papildinājušies un pat diametrāli mainījušies. Vēl pat mūsdienās nevar uzskatīt, ka jautājums par gaismas dabu ir pilnībā noskaidrots, un tas joprojām ir viens no svarīgākajiem jautājumiem fizikā.

Īzaks Ņūtons

17. gadsimta 70. gados ģeniālais angļu zinātnieks Īzaks Ņūtons (1643-1727) deva pirmo plašāk izvērsto gaismas teoriju. Ņūtons izveidoja korpuskulāro gaismas teoriju, kuru pats nosauca par iztecēšanas teoriju. Saskaņā ar šo teoriju gaisma ir ļoti sīku, sevišķu daļiņu plūsma, ko emitē spīdošais ķermenis. Vislielākās daļiņas, nonākot acī, rada sarkanās gaismas sajūtu, vismazākās - violetās gaismas sajūtu. Baltā gaisma ir sajaukums no visu septiņu varavīksnes krāsu gaismām. Ar savu korpuskulāro teoriju Ņūtons izskaidroja daudzas tolaik zināmās parādības, piemēram, gaismas taisnvirziena izplatīšanās, gaismas atstarošanos un laušanu. Laušanas likumu $n={\frac {sin{\alpha }}{sin{\beta }}}\$, kur $n\$ - vides laušanas koeficients, $\alpha \$ un $\beta \$ - krišanas un laušanas leņķi, bija atklājis jau holandietis Villebrords Sneliuss (1611. gadā). No Ņūtona teorijas izrietēja, ka saskaņā ar šo likumu gaismai vielā ir jāizplatās daudz ātrāk nekā vakuumā. Tagad zināms, ka patiesībā ir otrādi; tolaik to vēl nezināja, jo gaismas ātrums vielās nebija vēl izmērīts. Ar iztecēšanas teoriju varēja izskaidrot arī gaismas dispersiju. Ņūtons mēģināja izskaidrot arī dubultlaušanu, t.i., viena gaismas stara sadalīšanos divos, kura novērojama daudzās kristāliskās vidēs, bet nesekmīgi. Ņūtona laikos bija pazīstama arī gaismas interference (pats Ņūtons atklāja tā sauktos Ņūtona gredzenus) un difrakcija. Ar korpuskulāro teoriju interferenci izskaidrot nevarēja.

Kristians Heigenss

Ņūtona laikabiedrs - Holandes fiziķis Kristiāns Heigenss (1629-1695) pretstatā korpuskulārai teorijai izvirzīja gaismas viļņu teoriju, saskaņā ar kuru gaismas viļņi ir pasaules ētera daļiņu gareniskās svārstības. Ēters ir gaismas viļņu nesējvide, kura piepilda visu tukšo telpu. Pats Heigenss gan vēl nerunāja par viļņiem kā laikā un telpā periodiskiem procesiem. Viņš aplūkoja tikai impulsu vai viļņu frontu izplatīšanos; Heigensa princips dod metodi, kā atrast šīs viļņu frontes. Galvenais Heigensa iebildums pret Ņūtona korpuskulāro teoriju bija tāds, ka, ejot vienam staram caur otru gaismas korpuskulām vajadzētu sadurties un staru virzienam mainīties, kas nekad nav novērots. Gaismas viļņu teorija, kuras izstrādāšanā piedalījās arī angļu zinātnieks Roberts Huks (1635-1703), tāpat kā gaismas korpuskulārā teorija, izskaidroja gaismas atstarošanos, laušanu un arī dubultlaušanu. Viļņu teorijā no gaismas laušanas likuma izrietēja, ka gaismas izplatīšanās ātrumam vielā ir jābūt mazākam nekā vakuumā (pretēji kā korpuskulārajā teorijā). Gaismas krāsainības izskaidrojumu, kā arī interferences un polarizācijas izskaidrojumu viļņu teorija nedeva. Liels viļņu teorijas trūkums bija tas, ka tā nevarēja izskaidrot gaismas taisnvirziena izplatīšanos, jo pēc Heigensa principa, viļņi apliecas ap šķēršļiem.

Leonards Eilers un Mihails Lomonosovs

Abas teorijas, kuras izvirzīja Ņūtons un Heigenss, diezgan apmierinoši izskaidroja tolaik pazīstamās parādības, bet abām bija arī trūkumi. Pret Ņūtona korpuskulāro gaismas teoriju uzstājās ievērojamais Šveices matmātiķis Leonards Eilers, kurš gaismas krāsu saistīja ar svārstību frekvenci, un ģeniālais krievu zinātnieks Mihails Lomonosovs, kurš uzskatīja, ka gaisma ir ētera svārstību kustība. Tomēr šiem zinātniekiem neizdevās kaut cik ievērojami satricināt iztecēšanas teorijas kundzību, jo milzīgās Ņūtona autoritātes dēļ gaismas korpuskulārā teorija gandrīz nedalīti valdīja zinātnē līdz pat 19. gadsimta sākumam, t.i., vairāk nekā simts gadus. Tas bija liels ļaunums zinātnei, jo šai periodā viļņu teorija un līdz ar to fizikālā optika gandrīz nemaz neattīstījās.

Tomass Jungs

19. gadsimtā strauji attīstījās fizika kā tehnikas progresa zinātniskais pamats. Šai laikā intensīvi vērsās plašumā rūpnieciskā ražošana, kurai bija nepieciešamas sarežģītas mašīnas, dzinēji u.c. 19. gadsimtā attīstījās mācība par enerģiju un tās pārvērtībām, tika formulēts enerģijas nezūdamības likums, izstrādāta vielas uzbūves atomārā teorija, kuru pēc tam pārnesa arī uz elektrību. Šai gadsimtā vispusīgi attīstījās zinātne par elektrību un magnētismu. Izcils notikums fizikas vēsturē bija viļņu teorijas uzvara. Liels nopelns te ir Tomasam Jungam (1773-1829), kurš pašā gadsimta sākumā pētīja interferenci un izskaidroja to ar viļņu pārklāšanos. Pirmo reizi tika izmērīts gaismas viļņa garums, izskaidrota plānu kārtiņu krāsa. Tomēr, tā kā Jungs nepareizi uzskatīja gaismu par garenvilni, tad citas parādības, piemēram, gaismas polarizāciju, viņam izskaidrot neizdevās.