Optiek

Werk in uitvoering! Aan dit artikel wordt de komende uren of dagen nog gewerkt. Belangrijk: Laat dit sjabloon niet langer staan dan nodig is, anders ontmoedig je anderen om het artikel te verbeteren. De maximale houdbaarheid van dit sjabloon is twee weken na de laatste bewerking aan het artikel. Kijk in de geschiedenis of je het artikel kunt bewerken zonder een bewerkingsconflict te veroorzaken.

Dit artikel is nog niet af.

Optiek of Optica is de tak van de natuurkunde die het gedrag en de eigenschappen van licht bestudeert, inclusief de interacties (uitwisselingen) met materie en de constructie van instrumenten die gebruik maken van licht of licht opmeten. Optiek kan ook een zienswijze (manier van kijken) betekenen. Hieronder lees je hoe de kijk op de werking van licht door de eeuwen heen veranderde.

Inleiding

Optiek beschrijft meestal het gedrag van zichtbaar, ultraviolet en infrarood licht. Omdat licht een elektromagnetische golf is, vertonen andere vormen van elektromagnetische straling zoals röntgenstralen, microgolven (van de magnetron) en radiogolven (van zend- en ontvangapperatuur) vergelijkbare eigenschappen.

De meeste optische verschijnselen kunnen worden verklaard door de klassieke elektromagnetische beschrijving van licht te gebruiken. Volledige elektromagnetische beschrijvingen van licht zijn in de praktijk echter vaak moeilijk toe te passen. Praktische optica wordt meestal gedaan met behulp van vereenvoudigde modellen. De meest voorkomende hiervan, geometrische optica , behandelt licht als een verzameling stralen die in rechte lijnen reizen en buigen wanneer ze door oppervlakken gaan of reflecteren. Fysieke optica is een uitgebreider model van licht, dat golfeffecten zoals diffractie en interferentie omvatdat kan niet worden verklaard in geometrische optica. Historisch gezien werd eerst het op stralen gebaseerde lichtmodel ontwikkeld, gevolgd door het golfmodel van licht. Vooruitgang in de elektromagnetische theorie in de 19e eeuw leidde tot de ontdekking dat lichtgolven in feite elektromagnetische straling waren.

Sommige verschijnselen zijn afhankelijk van licht dat zowel golfachtige als deeltjesachtige eigenschappen heeft. Verklaring van deze effecten kan gedaan worden met kwantummechanica. Bij het bestuderen van de deeltjesachtige eigenschappen van licht, wordt het licht gezien als een verzameling deeltjes die "fotonen" worden genoemd. Kwantumoptica houdt zich bezig met de toepassing van kwantummechanica op optische systemen (dat wat met licht werkt).

Optische wetenschap is belangrijk voor en wordt bestudeerd in veel gebieden die met licht te maken hebben, zoals astronomie, verschillende technische gebieden, fotografie en geneeskunde. Met name oogheelkunde en optometrie (het werk wat de opticien doet), waarin het fysiologische optiek (medische door de natuur bepaalde optiek) wordt genoemd. Praktische toepassingen van optiek zijn te vinden in een verscheidenheid aan technologieën en alledaagse voorwerpen, waaronder spiegels, lenzen, telescopen, microscopen, lasers, projectoren en glasvezel.

Geschiedenis

Optiek begon met de ontwikkeling van lenzen door de oude Egyptenaren en Mesopotamiërs. De vroegst bekende lenzen, gemaakt van gepolijst kristal, vaak kwarts, dateren al van 2000 v. Chr. op Kreta (Archeologisch Museum van Heraclion, Griekenland). Lenzen uit Rhodos dateren van rond 700 v. Chr., evenals Assyrische lenzen zoals de Nimrud-lens.  De oude Romeinen en Grieken vulden glazen bollen met water om lenzen te maken. Deze praktische ontwikkelingen werden gevolgd door de ontwikkeling van theorieën over licht en zicht door de oude Grieken en Indianen-filosofen, en de ontwikkeling van meetkundige optica in de Grieks-Romeinse wereld. Het woord optiek of optica komt van het oude Griekse woord ὀπτική ( optikē ), wat "uiterlijk, uiterlijk" betekent, wat ook met spiegels heeft te maken.

De werking van het oog en het licht werd toen al bestudeerd door wetenschappers als Democritus , Epicurus, en Aristoteles. Toen dacht met nog dat lichtstralen (emissie) uit het oog kwamen. Nu weten we dat het andersom is.

De geleerde Plato formuleerde (beschreef) als eerste de emissietheorie, het idee dat visuele waarneming wordt bereikt door stralen die door de ogen worden uitgezonden. Hij gaf ook commentaar op de beeldomkering van spiegels zoals beschreven in Timaeus. Zo'n honderd jaar later schreef Euclides (4e-3e eeuw v. Chr) een verhandeling getiteld Optica, waarin hij kennis licht aan geometrie (meetkunde) verbond en zo de geometrische optica bedacht. Hij baseerde zijn werk op Plato's emissietheorie waarin hij de wiskundige regels van perspectief beschreef en de effecten van lichtbreking beschreef, hoewel hij zich afvroeg of een lichtstraal uit het oog onmiddellijk de sterren kon verlichten telkens als iemand met zijn ogen knipperde. Euclides verklaarde het principe van de kortste lichtbaan en beschouwde meerdere reflecties (weerkaatsingen) op platte en bolvormige spiegels.

De geleerde Ptolemaeus, schreef in zijn verhandeling Optics, dat de stralen (of flux) van het oog een kegel (vorm van een tovenaarshoed) vormde. Dit beschreef hij als de kijkhoek van het oog, en de basis die het gezichtsveld vormt. De stralen waren gevoelig en brachten informatie terug naar het verstand (De hersenen) van de waarnemer over de afstand en oriëntatie van oppervlakken. Ptolemaeus vatte veel van Euclides werk samen en beschreef vervolgens een manier om de brekingshoek (van de lichtbreking) te meten. Plutarchus (1e-2e eeuw na Chr.) beschreef meerdere weerkaatsingen op spiegels en besprak de vorming van vergrote en verkleinde beelden door holle en bolle spiegels (denk aan een lepel), zowel echte als denkbeeldige beelden.

Middeleeuwen

Tijdens de Middeleeuwen werden Griekse ideeën over optiek weer herontdekt en uitgebreid door schrijvers in de moslimwereld. Een van de vroegste hiervan was Al-Kindi (ca. 801-873) die schreef over de ontdekkingen en kennis van Aristotelische en Euclidische van optiek.

In 984 schreef de Perzische wiskundige Ibn Sahl de verhandeling "Over brandende spiegels en lenzen", waarin hij correct een brekingswet beschrijft die gelijk is aan de latere wet van Snellius. Hij gebruikte deze wet om beste vormen voor lenzen en gebogen spiegels te berekenen. In het begin van de 11e eeuw schreef Ibn al-Haytham, beter bekend als Alhazen, de Book of Optics (Kitab al-manazir) waarin hij reflectie (weerspiegeling) en breking van het licht onderzocht en een nieuw systeem voorstelde voor het verklaren van zien (visie) en licht op basis van bekijkend bestuderen (observeren) en uitproberen (experimenteren). Alhazen vond de "emissietheorie" Ptolemeus fout. De theorie van de Ptolemeïsche optica waarbij de stralen door het oog worden uitgezonden, en in plaats daarvan bracht hij het idee naar voren dat licht in alle richtingen in rechte lijnen van alle punten van de voorwerpen die werden bekeken en vervolgens het oog binnengingen, hoewel hij niet correct kon uitleggen hoe het oog de stralen opving. Het werk van Alhazen werd nauwelijks opgemerkt en genegeerd in de Arabische wereld, maar het werd rond 1200 na Chr. door een onbekende in het Latijn vertaald en verder samengevat en uitgebreid door de Poolse monnik Witelo. Die maakt hiermee dé standaardtekst over optiek in Europa voor de komende 400 jaar.

Roger Bacon, schreef veel over de optiek en hij was in staat om delen van glazen bollen als vergrootglazen te gebruiken om aan te tonen dat licht (zoals zonlicht en kaarslicht) van voorwerpen weerkaatst in plaats van dat het eruit komt.

Eerste echte bruikbare optische instrumenten

De eerste draagbare brillen werden rond 1286 in Italië uitgevonden. Dit was het begin van de optische industrie van het slijpen en polijsten van lenzen voor deze "brillen", eerst in Venetië en Florence in de dertiende eeuw.

Cornelis Drebbel en later Antonie van Leeuwenhoek doen baanbrekend werk met de microscoop. Het eerste record van een optisch brekende telescoop verscheen in Nederland rond 1608, toen een brillenmaker uit Middelburg, genaamd Hans Lippershey, tevergeefs probeerde er een te patenteren. Het nieuws over het patent verspreidde zich snel en Galileo Galilei, die toevallig in de maand mei 1609 in Venetië was, hoorde van de uitvinding, construeerde een eigen versie en paste deze toe bij het doen van astronomische ontdekkingen.