Geschiedenis van de optica

Door E.G.J. Engelaar

De geschiedenis van de optica begint bij de oude Grieken. Aristophanes (400 BC) schrijft over de zonnestralen die worden weerkaatst. Democritus (400 BC) hield zich bezig met hoe het komt dat er verschillende kleuren bestaan. Aristotoles (250 BC) richtte zich vooral op hoe het oog werkt. Hij dacht dat er straling uit de ogen komt en je hiermee de omgeving af tast.

Ook de Romeinen waren bezig met optica. Seneca (0) merkte op dat voorwerpen onder water anders worden waargenomen. Nero (50 AD) was de eerste die een soort van verrekijker gebruikte om door het Colosseum te kijken. En Ptolemeus (100 AD) onderzocht breking van licht door water en andere vloeistoffen.

In Perzië was er een zekere Alhazan (1000 AD) die de breking en weerkaatsing van licht beschreef. Hij was de eerste persoon die geloofde dat het oog voorwerpen waarneemt doordat er licht via het voorwerp in het oog komt.

De eerste lenzen worden gemaakt rond 1250 AD. Bacon deed toen al veel experimenten met lenzen om de breking en weerkaatsing van licht te beschrijven. De werking ervan wordt pas in 1600 AD verklaard door Kepler.

De Nederlander Lippershey is de uitvinder van de telescoop (1608 AD). Toen Galileo hoorde van deze uitvinding van Lippershey liet hij een voor die tijd zeer grote telescoop bouwen en gebruikte de telescoop om naar de maan en de planeten te kijken. Hieruit bleek dat de aarde niet het midden was van het heelal.

Newton had onderzoek verricht naar licht en kwam tot de conclusie dat licht bestond uit deeltjes. Hierdoor was hij ervan overtuigd dat je geen kleurloze lenzen kon maken, daarom maakte Newton een telescoop met een spiegel erin i.p.v. een lens.

Jansen is een Nederlander die rond 1600 AD de eerste microscoop bouwt. Gauss beschreef de werking van lenzen met wiskundige formules. Dankzij de beschrijvingen van Gauss konden lenzen veel makkelijker gemaakt worden. Dit betekende een grote stap voor de ontwikkelingen van de telescoop en de microscoop. Voordien was het namelijk altijd een groot probleem om lenzen te fabriceren die de juiste sterkte en grote hadden.

Een belangrijke ontdekking voor de optica gebeurde door de Nederlander Snell in 1621 AD. De wet van Snell werd wiskundig uitgewerkt door Descartes. Deze wet was volgens wetenschappers niet belangrijk totdat Huygens de wet van Snell opnam in zijn werk. Dit gebeurde pas 70 jaar nadat Snell de wet had opgesteld.

Newton deed onderzoek naar afbuiging van licht en kwam in 1672 AD op zijn theorie van kleuren. Newton was er van overtuigd dat licht is opgebouwd uit deeltjes, maar toch was hij de eerste die een optisch periodiek fenomeen zag (De ringen van Newton). Huygens zocht naar een mechanische theorie voor licht. Zijn uitleg (1690 AD) voor de weerkaatsing en afbuiging van licht waren helemaal gebaseerd op het golfkarakter van licht. Er zijn op dit moment dus twee gedachten over licht. Sommige beweren dat licht is opgebouwd uit deeltjes terwijl andere zeggen dat licht bestaat uit golven. Vanwegen de reputatie van Newton (en ook het feit dat licht een eindige snelheid heeft) hielden de meeste wetenschappers zich bij de deeltjestheorie over licht.

Euler was een van de weinige die de theorie van Newton over licht niet geloofde. Euler baseerde zijn theorie van licht (1768 AD) op de golven net als de golven die te zien zijn in een vloeistof.

In 1801 was het Young die ontdekte dat twee puntvormige lichtbronnen een interferentie patroon vormen. Young stelde een golftheorie op van licht. Bij verschillende wetenschappers werd dit geaccepteerd. Maar grote namen als Fourier, Laplace en Poisson bleven voorstander van de deeltjes theorie van Newton.

In 1808 AD ontdekte Malus polarisatie van licht door weerkaatsing. Fresnel verklaarde dit verschijnsel m.b.v. de golftheorie van Young. Volgens zijn theorie moest er in een het midden van de schaduw van een circel een lichter puntje te zien zijn. Hierdoor werd de theorie niet meteen geaccepteerd, maar toen Fresnel dit plekje experimenteel liet zien werd hem een excuses aangeboden en werd zijn theorie algemeen geaccepteerd. Het laatste bewijs van de golftheorie kwam toen aangetoond werd dat de lichtsnelheid afneemt als de dichtheid van het medium groter wordt. Volgens de theorie van licht als deeltjes moest dit namelijk precies andersom zijn. De relatieve snelheid van licht werd pas in 1849 AD gemeten en toen was er dus een bewijs dat licht een golfkarakter heeft. Mede dankzij de verscheidene pogingen om deze relatieve snelheid te meten kwam Einstein in 1905 AD met zijn relativiteitstheorie. In ditzelfde jaar publiceerde hij ook de theorie van het foto-elektrisch effect. Einstein was in zijn tijd nog een van de weinigen die geloofde in het deeltjes karakter van licht.

In 1848 AD werd voor het eerst elektromagnetisme vergeleken met de optica. Dit kwam ten eerste door de vergelijkingen van Maxwell, waaruit bleek dat elektromagnetische golven de snelheid van het licht hebben. Een tweede oorzaak was Hertz. Hij beweerde dat elektromagnetische golven weerkaatsen en afbuigen net als licht.

Bohr was de eerste die zei dat licht zowel een golf- als deeltjeskarakter heeft in 1928 AD.

In 1960 AD was de uitvinding van de laser. Vanaf dit moment ging het heel hard met de ontwikkeling van optische communicatie, holografie, optische data opslag en optische processors. Al deze uitvindingen waren al velen jaren eerder gedaan, maar met de komst van de laser werd alles veel makkelijker en werd het veelvuldig gebruikt.