История и методология физики

ИСТОРИЯ ОПТИКИ 
Слово «оптика» в переводе с греческого означает «наука о зрительных 
восприятиях». Оптикой называют раздел физики, который изучает свойства и 
физическую природу света, процессы его распространения и его взаимодействие с 
веществом. При этом под светом понимают не только видимый свет, но и 
примыкающие к нему широкие области спектра электромагнитного излучения - от 
рентгеновских лучей до радиоизлучения микроволнового диапазона. По современным 
представлениям оптика является составной частью электродинамики, однако долгое 
время оптические явления рассматривались совершенно отдельно от электрических и 
магнитных явлений и считались независимыми от них. Согласно традиции оптику 
разделяют на геометрическую, физическую и физиологическую. 
Еще в древнем мире мыслители изучали закономерности зрения и поведения 
световых лучей. Великий мыслитель древности Платон создал первую теорию зрения. 
О явлении преломления света было известно Аристотелю. Начало геометрической 
оптике положил древнегреческий ученый Евклид, который, как и Платон, развивал 
теорию зрительных лучей - прямых линий. В этой теории предполагалось, что «лучи 
зрения» испускаются из глаз. Естественный вопрос о том, почему тогда человек не 
видит в темноте, Платон разъяснял так: зрение возникает лишь при соединении двух 
видов огня: «огонь, устремляющийся изнутри, сталкивается с внешним потоком 
света,... внутренний и внешний огонь вступают в общение и сливаются воедино...».
Евклид сформулировал закон прямолинейного распространения света и закон 
отражения от плоских и сферических зеркал. Закон прямолинейного распространения 
непосредственно доказывается наблюдениями над резкими тенями, даваемыми 
малыми источниками света. Соотношение между контуром освещаемого предмета и 
его тенью соответствует геометрическому проектированию с помощью прямых линий. 
Вероятно, само понятие о прямой линии возникло из оптических наблюдений. Гео-
метрическое понятие прямой как линии кратчайшего расстояния между двумя 
точками, представляет собой понятие о линии, по которой распространяется свет в 
однородной среде. Этим с незапамятных времен пользовались на практике для 
контроля прямолинейности лекала или изделия по лучу зрения. 
Наблюдались также явления преломления света (диоптрика). В I - II вв. н.э. 
Клавдий Птолемей экспериментально исследовал явление преломления света и 
впервые ввел поправку на атмосферную рефракцию. Он проводил измерения 
относительно небольших углов и пришел к неправильному выводу, что угол 
преломления пропорционален углу падения. 
Первые исследования по физиологической оптике проводил арабский физик 
средневековья Абу Али Хайсам (Альхазен). Опираясь на данные древнеримского врача 

---

Галена (около 131-211), Альхазен описал строение глаза. С помощью опытов он 
доказал, что представления о свете Платона и Евклида являются ошибочными. 
Альхазен развил свою теорию света, по которой «естественный свет и цветные лучи 
влияют на глаз» и «зрительный образ получается при помощи лучей, которые 
испускаются видимыми телами и попадают в глаз». Он считал, что каждой точке 
наблюдаемого предмета соответствует некоторая воспринимающая точка глаза, и дал 
правильное объяснение видения двумя глазами. Исследуя отражение и преломление 
света, он впервые установил, что нормаль к поверхности зеркала, падающий и 
отраженный лучи лежат в одной плоскости. Альхазен обнаружил, что отношение 
углов падения и преломления не остается постоянным, но установить правильный 
закон преломления ему не удалось. Он высказал предположение, что свет 
распространяется с конечной скоростью.
В XIII в. английский философ Роджер Бэкон измерил фокусное расстояние 
сферического зеркала и открыл сферическую аберрацию. Он высказал идею 
зрительной трубы, один из первых рассматривал линзы в качестве научных приборов. 
В XIII в. появились очки. В конце XVI в. голландские мастера изобрели зрительную 
трубу и микроскоп, построение которых связывают с именем Захария Янсена. 
Несколько позднее (1610-1614) микроскопы конструировал Галилей. Создание 
оптических приборов играло важную роль в развитии оптики как науки. 
Сконструировав в 1609 г. зрительную трубу (трубу с вогнутым окуляром), Галилей 
использовал ее как телескоп для астрономических наблюдений, и сразу же «...вещи 
казались через него почти в тысячу раз крупнее и более чем в 30 раз приближенными, 
чем при рассмотрении естественным путем». 
Очень важным было открытие закона преломления света. Этот закон нашел 
опытным путем (около 1621 г.) голландский ученый Снеллиус. В своем сочинении, 
которое осталось неопубликованным, он указал, что отношение косекансов углов 
падения и преломления остается постоянным. В 1637 г. Рене Декарт в труде 
«Диоптрика» теоретически доказал этот закон и дал ему формулировку, которая 
принята в современной оптике. Для объяснения законов распространения света Декарт 
ввел особую среду - эфир, наделенную механическими свойствами. В 1665 г. уже 
после смерти профессора коллегии ордена иезуитов в Болонье Франческо Гримальди 
был опубликован его труд «Физико-математический трактат о свете, цветах и 
радуге». В этом труде он сообщил о своем наблюдении нового явления - явления 
дифракции (отклонения) света. Гримальди наблюдал тени, которые отбрасывают 
разные тела, освещенные через небольшое отверстие. Он заметил, что свет не всегда 
распространяется прямолинейно. По его наблюдениям при прохождении света через 
узкую щель часть лучей попадает в область, где по закону прямолинейного 
распространения света должна быть тень. Это явление он и назвал дифракцией 
(«разбиением»).

---

Накопленные экспериментальные факты требовали теоретического осмысления 
и обобщения для построения представлений о свете и формирования методов 
теоретического и экспериментального исследования оптических явлений.