Este documento proporciona un resumen histórico de los principales descubrimientos y contribuciones en el campo de la óptica desde la antigua Asiria hasta el siglo XX. Comienza con el uso temprano de lentes en Asiria en el siglo VII a.C. y luego describe las contribuciones de los griegos, árabes, europeos del Renacimiento como Da Vinci y Newton, y científicos del siglos XIX y XX en el desarrollo de la teoría ondulatoria de la luz y el descubrimiento del fotón

1. Temas de Óptica clásica y contemporánea CONGRESO DE LA ASOCIACIÓN DE PROFESORES DE FÍSICA DEL URUGUAY Septiembre 2009 – Piriápolis Ismael Núñez

2. BREVE HISTORIA DE LA ÓPTICA

3. Hacia el año 640 A.C, en Nínive, Asiria, se emplearon lentes talladas a partir de cristal de roca para hacer fuego y tal vez con un uso óptico. En el palacio de Asurnasirpal, un ejemplar de estas lentes, mide 3,5 X4 cm., tiene un grosor de 0,5 cm. y una distancia focal de 11,25 cm. y se supone que fue utilizado por el rey, ya que estudiada por un óptico, comprobó que corrigen un cierto grado de astigmatismo. (Fotos: Museo Británico) LOS ALBORES

4. LOS GRIEGOS Pitagóricos: los objetos “lanzan” sus imágenes hacia los ojos. Euclides y los platónicos: los ojos arrojan “haces oculares” hacia los objetos. Pitágoras (s. VI AC) Euclides (s. III AC)

5. Aristóteles: el medio es fundamental. Si está en reposo hay oscuridad. Si se agita por “el fuego” de los objetos se vuelve transparente. No aparece una entidad que viaje de un lado a otro. Aristóteles (s. IV AC)

6. Arquímedes: ¿construyó espejos cóncavos? Arquímedes (s. III AC) Pintura mural que representa la defensa de Siracusa hacia el 213 a.C. Giulio Parigi (1599-1600), Galleria degli Uffizi, Florencia, Italia.

7. Ptolomeo estudió la refracción. Descubrió que era más importante en los astros sobre el horizonte que en el cenit. Midió ángulos pero no llegó a la ley. Ptolomeo (s. II AC)

8. Imperio Romano y Edad Media Fundamentalmente se reconocen los aportes de los árabes (Al-Hazen) Distinguió entre la luz como fenómeno y el ojo como detector Fue el primero en estudiar la cámara oscura Calculó la altura de la atmósfera basado en la duración del crepúsculo. “ Intuyó” que la velocidad de propagación de la luz debía de ser finita. Estudió el ojo e inventó las palabras “retina”, “córnea”, “humor acuoso”, “humor vítreo”,… Al-Hazen (s. X)

9. Bacon leyó los trabajos de los árabes Puede haber sido el inventor de los anteojos Empirista. Fundador del “método científico” moderno. Roger Bacon (s. XIII)

10. El Renacimiento Leonardo da Vinci (s. XV-XVI) desarrolla la teoría de la visión y compara el ojo con la cámara oscura. Leeuwenhhoek (s. XVII) inventa el telescopio. Galileo Galilei (s. XVII) da uso científico al telescopio y le regala uno a J. Kepler

11. Johannes Kepler (s. XVII) se dedica un año a mejorar el telescopio de Galileo y publica el primer tratado de óptica llamado Dioptrice (1611) Willebrord van Roijen SNELL era conocido de Kepler y logró formular en forma precisa las leyes de la refracción y reflexión de la luz Christiaan Huygens (s. XVII) fue un teórico de la óptica (desarrolló la teoría ondulatoria: Traité de la Lumière, 1678 ) y un experimentador (fabricaba telescopios)

12. Olaf Römer (s. XVII) calculó por primera vez la velocidad de la luz con los satélites de Júpiter. Robert Hooke (s. XVII) inventó el microscopio compuesto y descubrió las células y los protozoarios. Isaac Newton (s. XVII) inventó (y fabricó) el telescopio reflector (a los 18 años), propuso la teoría corpuscular de la luz y demostró la descomposición de la luz blanca. Publicó su tratado Opticks que fue referente hasta el s. XIX

13. El siglo de las ondas (s. XIX) Thomas Young demuestra la existencia de la interferencia de la luz (1804) y mide la longitud de onda Agustin Fresnel desarrolla la teoría ondulatoria de la luz (1815) Hyppolite Fizeau mide la velocidad de la luz demostrando que es menor en la materia que en el vacío (1849). Termina de caer la teoría corpuscular de Newton.

14. Albert A. Michelson inventa el interferómetro y mide con gran precisión la velocidad de la luz (1879) James C. Maxell formula la teoría electromagnética en 1861, predice la posibilidad de radiación de ondas EM y muestra que la luz es una parte de las mismas.

15. El siglo XX Max Planck en 1901 propone que se debe asociar un “corpúsculo” de energía a las ondas luminosas para poder explicar el comportamiento de la radiación. Albert Einstein en 1905 retoma la idea de Planck para explicar la interacción de la luz con la materia e inventa el fotón .

16. Estos objetos podrían ser distinguidos solamente por un ojo humano “perfecto”. El diámetro D de la pupila del ojo es del orden de 5 mm. Con una longitud de onda media de la luz  del orden de 0.5  m, el mínimo ángulo  de separación es aproximadamente 50”. Este ángulo corresponde a : 1) La distancia entre dos cabellos humanos juntos vistos a 20 cm de distancia. 2) La distancia entre la cabeza y el abdomen de una hormiga a vista a 10 m de distancia. 3) La distancia entre los centros de dos pelotas de fútbol (una al lado de la otra) vistas a 800 m.

17. Aberración cromática

18. El fenómeno de la dispersión de la luz muestra que el índice de refracción, además de depender del vidrio, depende de la longitud de onda de la luz (el color). La luz de menor longitud de onda (el violeta) es la que se desvía más, y la de mayor longitud de onda (el rojo) es la que se desvía menos. Para clasificar los índices de refracción de los materiales, los ópticos eligieron la luz solar, que contiene un espectro de líneas bien definidas para ciertas longitudes de onda (el espectro de Fraunhöfer).

19. Elasto-óptica (Acusto-óptica) La variación del índice de refracción con la densidad (o la presión) permite utilizar la luz para observar campos de densidad o presión en el interior de medios transparentes a la luz utilizada.