Lịch sử Quang học - Phần 1

Quang học là ngành khoa học vật lí nghiên cứu nguồn gốc và sự truyền của ánh sáng, cách thức nó biến đổi, những hiệu ứng mà nó gây ra, và những hiện tượng khác đi cùng với nó. Có hai ngành quang học. Ngành quang lí nghiên cứu bản chất và các tính chất của ánh sáng. Ngành quang hình học khảo sát các nguyên lí chi phối các tính chất tạo ảnh của thấu kính, của gương, và các dụng cụ khác, thí dụ như các bộ xử lí dữ liệu quang học.

Thấu kính Layard

Tài liệu “Lịch sử Quang học” này trình bày sơ nét những sự kiện và những phát triển quan trọng trong ngành quang học từ thời tiền sử cho đến đầu thế kỉ thứ 21. Nó cũng đề cập tới những phát triển có liên quan trong những lĩnh vực khác (thí dụ như sự phát triển của máy tính điện tử) và các cột mốc có liên quan trong thế giới quan của nhân loại.

T thi tin s đến năm 999 sau Công nguyên

Những trải nghiệm sớm nhất của loài người với ánh sáng và quang học là thuộc về thế giới tự nhiên: ánh sáng mặt trời, lửa, và các tính chất phản xạ và khúc xạ (bẻ cong ánh sáng) của nước, các tinh thể, và một số chất khác có mặt trong tự nhiên. Lửa là một trong những công cụ sớm nhất được tổ tiên của loài người hiện đại sử dụng, có lẽ từ cách nay khoảng 1,4 triệu năm, nhưng có khả năng nó không được sử dụng để thắp sáng vào ban đêm cho đến cách nay 500.000 năm. Hồi 15.000 năm về trước, loài người đã đốt chất béo và dầu trong các loại đèn để thắp sáng bóng đêm, đó là những dụng cụ nhân tạo đầu tiên dùng để tạo ra ánh sáng.

Đèn đốt dầu nguyên thủy làm từ vỏ động vật

Các kết quả khảo cổ từ những văn minh sơ khai, do Austen Layard thực hiện hồi thế kỉ 19, cho thấy vào năm 3000 trước Công nguyên, loài người ở Trung Đông, châu Phi, và châu Á đã ngày một quan tâm hơn đến các hiện tượng quang học và đã sử dụng chúng cho nhiều mục đích khác nhau. Bóng của vật đã được sử dụng để giải trí trên sân khấu. Các kim loại và tinh thể được cải tạo và định hình để khai thác các tính chất phản xạ và khúc xạ của chúng dùng làm đồ trang trí và trang sức. Việc phát minh ra thủy tinh vào khoảng thời gian này có lẽ đã được tiếp sức bởi những tính chất quang nổi bật của nó. Những đồ tạo tác cổ nhất bằng thủy tinh là những chuỗi hạt thủy tinh dĩ nhiên dùng làm đồ trang sức.

Vào năm 300 trước Công nguyên, các vị học giả người Hi Lạp bắt đầu nghiên cứu và thưởng ngoạn các hiện tượng quang học một cách nghiêm túc, họ đề xuất các lí thuyết giải thích sự nhìn, màu sắc, ánh sáng, và các hiện tượng thiên văn. Nhiều lí thuyết trong số đó hóa ra là không đúng, nhưng chúng thật sự đã khai sinh ra ngành quang học. Người ta tin rằng Plato là người đầu tiên trình bày rõ ràng lí thuyết phát xạ của sự nhìn. Lí thuyết này đã chiếm ưu thế cho đến thiên niên kỉ thứ hai sau Công nguyên. Nó cho rằng mắt người chiếu ra các tia sáng, kiểu như đèn flash, rọi sáng các vật ở phía trước mắt. Khi có cái gì đó chặn mất “tia mắt”, thì kết quả là bóng tối.

Ở phương tây, Euclid xứ Alexandria đã thực hiện những quan sát đầu tiên được ghi nhận lại về quang học và ánh sáng. Ông đã viết một nghiên cứu có chiều sâu về hiện tượng ánh sáng nhìn thấy trong tác phẩm Optica của mình, trong đó ông nêu rõ định luật phản xạ ánh sáng từ các bề mặt nhẵn. Aristotle còn nghiên cứu bản chất của sự nhìn, nhưng ông không tán thành với lí thuyết các tia phát ra từ mắt. Cũng trong khoảng thời gian này, nhà toán học vĩ đại người Sicily, Archimedes, đã nghiên cứu sự phản xạ và khúc xạ, nhưng tác phẩm của ông đã bị thiêu hủy khi người La Mã đánh bại Syracuse.

Ý tưởng về buồng tối, tiền thân của camera, có khả năng nhất là phát sinh ở Hi Lạp cổ đại. Về cơ bản nó là cửa sập trong đó ánh sáng có thể xuyên qua một cái lỗ nhỏ và chiếu vào một căn phòng hay một cái hộp tối, nói chung không có sự hỗ trợ của thấu kính. Trong hàng trăm năm trời, các nhà khoa học đã sử dụng buồng tối đó để quan sát nhật thực mà không gây hại cho mắt họ, và nó vẫn được các nhà khoa học nghiệp dư và công chúng sử dụng cho mục đích đó trong thời đại ngày nay.

Người La Mã ít có sự tiến bộ về quang học, mặc dù Seneca, một vị gia sư và là bạn thân của Hoàng đế La Mã Nero, đã để ý đến tác dụng phóng to ảnh của các chất lỏng đựng trong bình trong suốt. Theo sử sách thì Nero đã từng sử dụng một thấu kính ngọc lục nhẵn để quan sát các đấu sĩ đang chiến đấu.

Trong thế kỉ thứ hai sau Công nguyên, Ptolemy, một nhà thiên văn học ở xứ Alexandria, Ai Cập, đã nghiên cứu và viết lách về nhiều chủ đề khoa học. Đáng chú ý nhất là sự phát triển của ông về thuyết địa tâm của hệ mặt trời, lí thuyết thắng thế trong hơn một nghìn năm sau đó. Ông đã cho in năm cuốn sách về quang học, nhưng chỉ có một quyển còn lưu lại đến thời hiện đại. Loạt sách này dành riêng cho nghiên cứu màu sắc, sự phản xạ, khúc xạ, và các gương có hình dạng khác nhau. Việc thiết lập lí thuyết bằng thí nghiệm, thường được hậu thuẫn bởi việc xây dựng các thiết bị đặc biệt, là đặc điểm nổi trội nhất của tác phẩm Quang học của Ptolemy.

Trước năm 1000 sau Công nguyên, lịch sử còn chứng kiến một số tiến bộ quang học khác nữa. Vị học giả người Arbab tên là Abu Ali Hasan Ibn al-Haitham đã thực hiện nghiên cứu nghiêm túc đầu tiên về các thấu kính ở Basra (Iraq). Ông đã nghiên cứu sự khúc xạ ở các thấu kính, bác bỏ định luật khúc xạ của Ptolemy, và còn tiến hành nghiên cứu về sự phản xạ từ gương cầu và gương parabol. Các tác phẩm của ông là những tác phẩm đầu tiên giải thích sự nhìn một cách đúng đắn, là một hiện tượng ánh sáng đi vào mắt, chứ không phải các tia sáng do mắt phát ra.

Từ thời tiền sử đến năm 999 sau Công nguyên

1,4 triệu năm tCN

Bằng chứng sớm nhất cho việc sử dụng lửa có điều khiển của người tiền sử.

12 000 năm tCN

Những ngọn đèn đốt dầu đầu tiên.

3 000 năm tCN

Các nền văn hóa Trung Đông và Châu Á bắt đầu nghiên cứu ánh sáng và bóng đổ và có khả năng khai thác các tính chất của chúng để giải trí. Các nền văn minh châu Á đã sản xuất và sử dụng gương.

900 – 600 tCN

Người Babylon chế tạo thấu kính lồi từ các tinh thể, nhưng vì chúng có chất lượng phóng to không tốt, cho nên có lẽ chủ yếu chúng được sử dụng làm đồ trang trí hoặc vì hiếu kì.

423 tCN

Tác gia người Hi Lạp Aristophanes viết một vở hài kịch, Các đám mây, trong đó một nhân vật sử dụng một vật làm phản xạ và tập trung các tia sáng mặt trời, làm tan chảy một tờ giấy nợ ghi trên miếng sáp.

400 – 300 tCN

Các học giả Hi Lạp tranh luận về ánh sáng và quang học:

Plato đề xuất rằng linh hồn là nguồn gốc của sự nhìn, với các tia sáng phát ra từ mắt và rọi sáng các vật.

Democritus thực hiện nỗ lực đầu tiên nhằm giải thích sự cảm nhận và màu sắc theo hình dạng, kích thước, và “độ gồ ghề” của các nguyên tử.

Euclid công bố quyển Optica, trong đó ông trình bày định luật phản xạ và phát biểu rằng ánh sáng truyền đi theo đường thẳng.

Aristotle tranh luận về sự cảm nhận màu sắc, nhưng ông không chấp nhận lí thuyết về sự nhìn của con người dưới dạng các tia sáng phát ra từ mắt.

280 tCN

Người Ai Cập hoàn thành công trình xây dựng ngọn hải đăng đầu tiên của thế giới, ngọn Pharos thành Alexandria, một trong bảy kì quan của thế giới và là nguyên mẫu của mọi ngọn hải đăng sau này.

250 tCN – 100 sCN

Có lẽ người Trung Quốc là người đầu tiên sử dụng các thấu kính quang và trường hợp đầu tiên sử dụng thấu kính sửa tật của mắt được ghi nhận xảy ra trong khoảng thời gian này. Đạo sĩ Shao Ong phát minh ra “kịch bóng”, trong đó bóng của các con rối chiếu đổ lên trên các màn ảnh mỏng. Vở kịch bóng La Mã đầu tiên do nhà thơ và nhà tự nhiên học Lucretius sáng tác vào khoảng năm 65 tCN.

Nhà triết học La Mã Seneca mô tả sự phóng đại của các vật nhìn qua các quả cầu trong suốt chứa đầy nước.

Nero Claudius Caesar, Hoàng đế La Mã, sử dụng một viên ngọc lục bảo mài nhẵn mặt để khắc phục tật cận thị của ông và quan sát các đấu sĩ đang chiến đấu. Các khai quật sau này ở Pompeii và Herculaneum thu lượm được một số thấu kính tinh thể thủy tinh của thời kì này.

Hero (Alexandria) xuất bản một tác phẩm mang tựa đề Catoptrica (Sự phản xạ) và chứng minh rằng góc phản xạ bằng với góc tới.

100 – 950

Claudius Ptolemy (Alexandria) là người đầu tiên, theo sử liệu, thu thập và công bố dữ liệu thực nghiệm về quang học. Ông quảng bá quan điểm cho rằng sự nhìn phát sinh từ mắt và Mặt trời quay xung quanh Trái đất.

Nhà khoa học người Trung Quốc Ting Huan khám phá ra sự chuyển động biểu kiến nhìn qua các dòng đối lưu của không khí nóng do một ngọn đèn tạo ra vào khoảng năm 180, và nhà vật lí người Hi Lạp Galen bắt đầu nghiên cứu sự nhìn hai mắt trong cùng khoảng thời gian này.

Năm 525, vị học giả và nhà toán học người La Mã, Anicus Boethius, cố gắng xác định tốc độ của ánh sáng, nhưng ông đã bị chém đầu vì những nỗ lực của ông bị kết án phản quốc và ma thuật.

Nhà giả kim thuật người Arbab Gerber quan sát tác dụng làm đen của ánh sáng đối với bạc nitrate vào khoảng năm 750. Trong 200 năm tiếp sau đó, các nhà khoa học Arab và Trung Quốc đều quan sát nhật nguyệt thực qua hiệu ứng buồng tối. Vào thế kỉ thứ 10, Yu Chao Lung đã cho xây những ngọn tháp nhỏ để quan sát ảnh qua lỗ nhỏ chiếu lên trên một màn hứng, chứng minh sự phân kì của chùm tia sáng sau khi đi qua một lỗ nhỏ.

999

Alhazen, còn gọi là Abu Ali Hasan Ibn al-Haitham (Iraq ngày nay), sử dụng gương cầu và gương parabol để nghiên cứu quang sai cầu và mang lại lời giải thích chính xác đầu tiên của sự nhìn – mắt cảm nhận ánh sáng, chứ không phát ra ánh sáng. Alhazen còn nghiên cứu sự phóng đại thu được từ sự khúc xạ khí quyển và viết về sự giải phẫu của mắt người và mô tả thấu kính tạo ra ảnh như thế nào trên võng mạc trong tác phẩm quang học nổi tiếng của ông, "Opticae Thesaurus" (Từ điển Quang học), sự đóng góp thật sự đầu tiên của ngành quang học trong thiên niên kỉ thứ nhất. Ông đã sử dụng hiệu ứng buồng tối trong nghiên cứu nhật nguyệt thực, và để ý rằng ảnh sẽ xuất hiện rõ ràng hơn khi kích thước lỗ nhỏ hơn.

Phần tiếp theo >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 6)
17/10/2017
hadron (hadros + on) Người đặt tên: Lev Okun, 1962 Thuật ngữ “hadron” được đặt ra tại Hội nghị Quốc tế về Vật lí Năng
Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 5)
17/10/2017
boson W (weak + boson) Người đặt tên: Lý Chính Đạo và Dương Chấn Ninh, 1960 Là hạt mang lực yếu có mặt trong các tương tác
Chúng ta đã tìm thấy một nửa vũ trụ
15/10/2017
Một nửa lượng vật chất bình thường trong vũ trụ trước đây vắng mặt trong các quan sát mà không ai lí giải được, nay
Giải Nobel Vật Lý 2017 được trao cho việc dò tìm sóng hấp dẫn
09/10/2017
Rainner Weiss, Barry Barish và Kip Thorne chia nhau giải thưởng cho đóng góp của họ ở LIGO. DIVIDE CASTELVECCHI - Nature Ba nhà vật
Làm thế nào tạo ra á kim không chứa kim loại?
22/09/2017
Một loại vật liệu mới gọi là “á kim thung lũng spin” vừa được các nhà vật lí ở Nga, Nhật Bản và Mĩ dự đoán dựa
Thiên văn học là gì?
20/09/2017
Loài người từ lâu đã hướng mắt lên bầu trời, tìm cách thiết đặt ý nghĩa và trật tự cho vũ trụ xung quanh mình. Mặc dù
Một số thông tin thú vị về Mặt trăng
16/09/2017
Mặt trăng là vật thể dễ tìm thấy nhất trên bầu trời đêm – khi nó hiện diện ở đó. Vệ tinh thiên nhiên duy nhất của
Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 4)
27/08/2017
boson (Bose + on) Người đặt tên: Paul Dirac, 1945 Boson được đặt theo tên nhà vật lí Satyendra Nath Bose. Cùng với Albert Einstein,
Vui Lòng Đợi

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com