Lịch sử Quang học Phần 1 potx

Lịch sử Quanghọc -
Phần 1
Quanghọc là ngành khoahọc vậtlí nghiên cứu nguồn gốc và sự truyền của
ánh sáng, cách thứcnó biến đổi,nhữnghiệuứng mà nó gây ra, và những hiện
tượng khác đicùngvới nó. Cóhai ngành quanghọc. Ngành quang lí nghiêncứubản
chất vàcác tínhchấtcủa ánh sáng. Ngànhquanghình học khảo sát các nguyên lí
chi phối các tínhchấttạo ảnhcủa 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 Quanghọc”này trình bày sơ nétnhững sự kiện và những
pháttriển quan trọngtrongngành quang họctừ thời tiền sử cho đến đầu thế kỉ
thứ 21. Nó cũngđề cập tới những phát triển có liên quan trongnhững lĩnhvực
khác (thí dụ như sự phát triển củamáy tính điệntử) vàcác cộtmốc có liên quan
trong thế giới quan củanhân loại.
Từ thời tiền sử đến năm 999 sau Công nguyên
Những trải nghiệm sớmnhấtcủa loài người với ánh sáng và quanghọclà
thuộcvề thế giới tự nhiên:ánh sáng mặt trời, lửa, và cáctínhchất phản xạ và khúc
xạ (bẻ cong ánh sáng) của nước, các tinh thể, và mộtsố chất kháccó mặt trongtự
nhiên.Lửa là một trongnhững công cụ sớm nhất được tổ tiên của loài người hiện
đại sử dụng, có lẽ từ cách naykhoảng 1,4triệu năm, nhưng có khả năng nó không
được sử dụng để thắpsáng vào banđêm chođến cách nay 500.000năm. Hồi
15.000 năm về trước, loài người đã đốt chấtbéo vàdầu trongcác loại đèn để thắp
sáng bóng đêm, đó là nhữngdụngcụ nhân tạo đầu tiêndùng để tạo raánh sáng.
Đèn đốt dầu nguyên thủy làm từ vỏ động vật
Các kết quả khảo cổ từ những văn minh sơ khai,do AustenLayardthựchiện
hồi thế kỉ 19, cho thấy vào năm 3000trướcCông nguyên, loài người ở TrungĐông,
châu Phi,và châu Á đã ngày mộtquantâmhơn đến các hiện tượngquanghọc và đã
sử dụng chúng cho nhiềumụcđích khác nhau.Bóngcủa vật đã được sử dụng để
giảitrí trên sân khấu. Các kim loại và tinhthể đượccải tạovà địnhhìnhđể khai
thác các tính chất phảnxạ và khúcxạ của chúngdùng làm đồ trangtrí và trang sức.
Việc phát minhra thủy tinh vào khoảng thờigian này có lẽ đã được tiếp sức bởi

những tính chất quangnổi bật của nó. Những đồ tạo tác cổ nhất bằng thủytinh là
những chuỗihạt thủy tinh dĩ nhiên dùnglàm đồ trang sức.
Vào năm300trước Côngnguyên, cácvị học giả người Hi Lạp bắt đầu nghiên
cứu và thưởng ngoạncác hiện tượng quanghọc 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 thuyếttrong số đó hóa ra là không đúng, nhưng chúngthật sự đã khai sinh
ra ngànhquanghọc. Người ta tinrằng Plato là ngườiđầu tiên trìnhbày 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 mắtngười chiếu racác tiasáng, kiểu như đèn
flash, rọisángcác vật ở phía trước mắt. Khi có cái gìđó chặn mất “tia mắt”, thì kết
quả là bóngtối.
Ở phương tây, Euclidxứ Alexandriađã thực hiện nhữngquan sátđầu tiên
được ghinhận lại về quanghọc và ánh sáng.Ông đã viếtmột nghiên cứu có chiều
sâu về hiệntượng ánhsángnhìn thấy trong tácphẩm Optica của mình,trongđó
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 thànhvới líthuyết các tiaphát ra
từ mắt. Cũngtrong khoảng thời giannày, nhà toán học vĩ đại người Sicily,
Archimedes, đã nghiên cứu sự phản xạ vàkhúc xạ, nhưng tác phẩm củaông đã bị
thiêuhủy khi người La Mã đánhbại Syracuse.
Ý tưởng về buồng tối, tiềnthân củacamera,có khả năngnhất là phátsinh ở
Hi Lạp cổ đại.Về cơ bản nó là cửa sập trongđó ánh sáng có thể xuyênqua một cái
lỗ nhỏ và chiếu vào một căn phònghay mộtcái hộp tối, nói chung không có sự hỗ
trợ của thấu kính. Trong hàngtrăm năm trời, các nhà khoa học đã sử dụng buồng
tối đó để quansátnhật thực mà không gây hại cho mắt họ, và nóvẫn được các nhà
khoa họcnghiệp dư và công chúng sử dụngcho mụcđích đó trong thời đại ngày
nay.
NgườiLa Mã ít có sự tiến bộ về quang học, mặc dù Seneca,một vị gia sư và là
bạn thân củaHoàngđế La MãNero,đã để ýđếntác dụngphóng to ảnhcủa các chất
lỏng đựng trongbìnhtrongsuốt.Theo sử sách thì Nerođã từng sử dụng một thấu
kính ngọc lục nhẵn để quan sát các đấu sĩ đangchiến đấu.

Trongthế kỉ thứ haisau Côngnguyên, Ptolemy, mộtnhà thiên văn học ở xứ
Alexandria, Ai Cập, đã nghiên cứu và viết lách về nhiều chủ đề khoahọc. Đángchú
ý nhất là sự phát triển của ôngvề thuyết địatâm của hệ mặt trời, lí thuyết thắng
thế trong hơnmột nghìn năm sauđó.Ôngđã cho in năm cuốn sách về quang học,
nhưng chỉ có một quyển còn lưu lại đến thời hiện đại. Loạt sách này dành riêngcho
nghiêncứu màu sắc, sự phảnxạ, khúc xạ, và cácgương có hình dạng khác nhau.
Việc thiết lập líthuyết bằng thínghiệm, thường được hậu thuẫn bởiviệc xây dựng
các thiết bị đặc biệt, làđặc điểm nổi trội nhất của tác phẩm Quang học của
Ptolemy.
Trướcnăm 1000sauCôngnguyên, lịch sử còn chứng kiếnmột số tiến bộ
quanghọc khác nữa. Vị học giả người Arbabtên là Abu Ali HasanIbn al-Haitham
đã thực hiệnnghiên cứu nghiêm túcđầu tiên về các thấu kính ở Basra(Iraq).Ông
đã nghiên cứu sự khúc xạ ở các thấu kính, bác bỏ định luật khúcxạ của Ptolemy, và
còn tiến hành nghiêncứu về sự phản xạ từ gương cầu và gươngparabol. Các tác
phẩm củaônglà nhữngtác phẩmđầu tiên giải thích sự nhìn mộtcách đúng đắn, là
một hiện tượngánhsáng đivào mắt, chứ không phải các tia sáng domắtphátra.
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 vănhóa TrungĐông và Châu Ábắt đầu
nghiêncứu ánhsángvà bóng đổ và có khả năng khai
thác các tính chất của chúng để giải trí. Các nền văn
minh châu Á đã sảnxuất và sử dụng gương.

900 –
600 tCN
NgườiBabylonchế tạo thấu kínhlồi từ các tinh
thể, nhưng vì chúng cóchất lượng phóng tokhông tốt,
cho nên có lẽ chủ yếu chúng được sử dụng làm đồ trang
trí hoặcvì hiếu kì.
423 tCN Tác gia người Hi Lạp Aristophanesviếtmột vở hài
kịch, Các đámmây, trong đó một nhânvật sử dụng một
vậtlàm phảnxạ và tập trungcáctia sángmặt trời, làm
tan chảy một tờ giấynợ ghi trên miếng sáp.
400 –
300 tCN
Các họcgiả Hi Lạp tranhluận về ánh sáng và
quanghọc:
Plato đề xuất rằng linhhồn là nguồn gốc củasự
nhìn, với cáctia sángphát ratừ mắt và rọi sáng các vật.
Democritusthực hiệnnỗ lực đầu tiên nhằm giải
thích sự cảmnhận và màu sắc theo hình dạng, kích
thước,và “độ gồ ghề” của các nguyên tử.
Euclidcôngbố quyểnOptica, trongđó ông trình
bày địnhluậtphản xạ vàphát biểu rằng ánhsáng truyền
đi theođường thẳng.
Aristotletranh luận về sự cảmnhận màu sắc,
nhưng ôngkhông chấp nhậnlí thuyết về sự nhìn của
con người dướidạngcác tiasáng phát ratừ mắt.
280 tCN NgườiAi Cập hoàn thành công trình xây dựng
ngọnhải đăngđầu tiên của thế giới, ngọn Pharosthành
Alexandria, một trongbảy kì quancủathế giới và là
nguyênmẫu của mọi ngọnhải đăng saunày.
250

tCN – 100sCN
Có lẽ ngườiTrung Quốc làngười đầu tiên sử dụng
các thấu kínhquangvà trườnghợp đầu tiên sử dụng
thấukính sửatật củamắt đượcghi nhận xảy ratrong
khoảng thời giannày.Đạosĩ Shao Ong phát minhra
“kịch bóng”,trongđó bóng của cáccon rối chiếu đổ lên
trên các màn ảnh mỏng.Vở kịch bóng La Mã đầu tiên do
nhà thơ vànhà tự nhiên học Lucretiussángtácvào
khoảng năm 65 tCN.
Nhà triết học LaMãSeneca mô tả sự phóngđại
của cácvật nhìnqua các quả cầu trong suốtchứa đầy
nước.
Nero Claudius Caesar, Hoàng đế La Mã, sử dụng
một viên ngọc lục bảo mài nhẵn mặtđể khắc phụctật
cận thị của ông và quan sátcác đấusĩ đang chiếnđấu.
Các khai quật saunày ở Pompeii và Herculaneumthu
lượm được mộtsố thấu kínhtinh thể thủy tinh của thời
kì này.
Hero (Alexandria)xuất bản một tác phẩmmang
tựa đề Catoptrica (Sự phản xạ) và chứng minhrằng góc
phản xạ bằngvới góc tới.
100 –
950
Claudius Ptolemy (Alexandria) làngười đầutiên,
theo sử liệu, thu thậpvà công bố dữ liệu thực nghiệm về
quanghọc.Ông quảng bá quanđiểm cho rằng sự nhìn
phátsinh từ mắt vàMặt trời quay xungquanh trái đất.
Nhà khoahọc ngườiTrung Quốc TingHuankhám
phá ra sự chuyển độngbiểu kiến nhìn qua các dòng đối
lưu củakhôngkhí nóng do một ngọn đèn tạo ravào

khoảng năm 180,và nhà vậtlí người HiLạpGalen bắt
đầu nghiên cứu sự nhìn hai mắt trong cùngkhoảng thời
gian này.
Năm 525,vị học giả và nhàtoán họcngười La Mã,
AnicusBoethius,cố gắng xác định tốcđộ của ánh sáng,
nhưng ôngđã bị chém đầuvì nhữngnỗ lực của ôngbị
kết ánphản quốc và mathuật.
Nhà giả kimthuật người ArbabGerberquansát
tác dụnglàm đen của ánh sángđối với bạc nitratevào
khoảng năm 750.Trong200 năm tiếp sau đó,các nhà
khoa họcArabvà TrungQuốc đều quansát nhật nguyệt
thực qua hiệu ứng buồng tối.Vào thế kỉ thứ 10,YuChao
Lungđã cho xây những ngọn tháp nhỏ để quan sát ảnh
qualỗ nhỏ chiếu lên trênmột màn hứng, chứng minhsự
phân kìcủa chùm tia sáng saukhi đi qua một lỗ nhỏ.
999 Alhazen, còn gọi là Abu AliHasan Ibn al-Haitham
(Iraqngày nay), sử dụng gươngcầu và gương parabol
để nghiên cứuquang saicầu và manglại lời giải thích
chínhxác đầutiên của sự nhìn – mắt cảmnhận ánh
sáng,chứ không phát ra ánh sáng. Alhazen còn nghiên
cứu sự phóng đại thu được từ sự khúcxạ khí quyển và
viết về sự giải phẫu củamắt người vàmô tả thấu kính
tạo ra ảnh như thế nào trên võng mạc trong tác phẩm
quanghọc nổi tiếngcủa ông, "Opticae Thesaurus" (Từ
điển Quanghọc), sự đóng góp thật sự đầu tiên của
ngành quang học trongthiên niên kỉ thứ nhất. Ôngđã sử
dụnghiệu ứng buồngtối trongnghiên cứu nhật nguyệt
thực,và để ý rằng ảnh sẽ xuất hiện rõ ràng hơnkhikích
thướclỗ nhỏ hơn.