Histoire de l'optique - History of optics

L'optique a commencé avec le développement des lentilles par les anciens Égyptiens et Mésopotamiens , suivi des théories sur la lumière et la vision développées par les philosophes grecs antiques , et le développement de l'optique géométrique dans le monde gréco-romain . Le mot optique est dérivé duterme grec τα ὀπτικά signifiant « apparence, regard ». L'optique a été considérablement réformée par les développements du monde islamique médiéval , tels que les débuts de l'optique physique et physiologique, puis a considérablement progressé au début de l'Europe moderne , où l' optique diffractive a commencé. Ces études antérieures sur l'optique sont maintenant connues sous le nom d'« optique classique ». Le terme « optique moderne » fait référence aux domaines de la recherche optique qui se sont largement développés au XXe siècle, tels que l'optique ondulatoire et l'optique quantique .

Histoire ancienne

Dans l'Inde ancienne , les écoles philosophiques de Samkhya et de Vaisheshika , du VIe au Ve siècle av. J.-C. environ, ont développé des théories sur la lumière. Selon l'école Samkhya, la lumière est l'un des cinq éléments fondamentaux « subtils » ( tanmatra ) d'où émergent les éléments grossiers.

En revanche, l'école Vaisheshika donne une théorie atomique du monde physique sur le terrain non atomique de l' éther , de l'espace et du temps. (Voir atomisme indien .) Les atomes de base sont ceux de la terre ( prthivı ), de l'eau ( apas ), du feu ( tejas ) et de l'air ( vayu ), qu'il ne faut pas confondre avec le sens ordinaire de ces termes. Ces atomes sont pris pour former des molécules binaires qui se combinent davantage pour former des molécules plus grosses. Le mouvement est défini en termes de mouvement des atomes physiques. Les rayons lumineux sont considérés comme un flux d' atomes de tejas (feu) à grande vitesse . Les particules de lumière peuvent présenter des caractéristiques différentes selon la vitesse et la disposition des atomes de tejas . Vers le premier siècle avant JC, le Vishnu Purana appelle la lumière du soleil « les sept rayons du soleil ».

Au Ve siècle avant J.-C., Empédocle postulait que tout était composé de quatre éléments ; le feu, l'air, la terre et l'eau. Il croyait qu'Aphrodite avait fait l'œil humain à partir des quatre éléments et qu'elle allumait le feu dans l'œil qui brillait de l'œil rendant la vue possible. Si cela était vrai, alors on pourrait voir aussi bien pendant la nuit que pendant la journée, aussi Empédocle a postulé une interaction entre les rayons des yeux et les rayons d'une source telle que le soleil. Il a déclaré que la lumière a une vitesse finie.

Des développements distincts et considérables en optique ont également été réalisés dans la Chine ancienne.

Dans son optique, le mathématicien grec Euclide a observé que « les choses vues sous un angle plus grand semblent plus grandes, et celles sous un angle inférieur moins, tandis que celles sous des angles égaux semblent égales ». Dans les 36 propositions qui suivent, Euclide relie la taille apparente d'un objet à sa distance de l'œil et étudie les formes apparentes des cylindres et des cônes vus sous différents angles. Pappus croyait que ces résultats étaient importants en astronomie et incluait l' Optique d'Euclide , avec ses Phénomènes , dans la Petite Astronomie , un recueil de plus petits travaux à étudier avant la Syntaxe ( Almageste ) de Ptolémée .

En 55 avant JC, Lucrèce , un atomiste romain , écrivait :

Car de quelque distance que ce soit, les feux peuvent nous projeter leur lumière et souffler leur chaleur sur nos membres, ils ne perdent rien du corps de leurs flammes à cause des interstices, leur feu n'est pas rétréci à la vue.

Dans sa Catoptrica , Héros d'Alexandrie montra par une méthode géométrique que le chemin réel emprunté par un rayon de lumière réfléchi par un miroir plan est plus court que tout autre chemin réfléchi qui pourrait être tracé entre la source et le point d'observation.

Au deuxième siècle Claudius Ptolémée , dans son Optique a entrepris des études de réflexion et de réfraction . Il a mesuré les angles de réfraction entre l'air, l'eau et le verre, et ses résultats publiés indiquent qu'il a ajusté ses mesures pour s'adapter à son hypothèse (incorrecte) selon laquelle l' angle de réfraction est proportionnel à l' angle d'incidence .

Les bouddhistes indiens , tels que Dignāga au 5ème siècle et Dharmakirti au 7ème siècle, ont développé un type d' atomisme qui est une philosophie selon laquelle la réalité est composée d'entités atomiques qui sont des éclairs momentanés de lumière ou d'énergie. Ils considéraient la lumière comme une entité atomique équivalente à l'énergie, similaire au concept moderne de photons , bien qu'ils considéraient également que toute la matière était composée de ces particules de lumière/énergie.

Optique géométrique

Les premiers auteurs dont il est question ici traitaient la vision plus comme un problème géométrique que comme un problème physique, physiologique ou psychologique. Le premier auteur connu d'un traité d'optique géométrique était le géomètre Euclide (vers 325 av. J.-C.-265 av. J.-C.). Euclide a commencé son étude de l'optique comme il a commencé son étude de la géométrie, avec un ensemble d'axiomes évidents.

  1. Des lignes (ou rayons visuels) peuvent être tracées en ligne droite vers l'objet.
  2. Ces lignes tombant sur un objet forment un cône.
  3. Ces choses sur lesquelles tombent les lignes sont vues.
  4. Ces choses vues sous un angle plus large semblent plus grandes.
  5. Ces choses vues par un rayon supérieur semblent plus élevées.
  6. Les rayons droit et gauche apparaissent à droite et à gauche.
  7. Les choses vues sous plusieurs angles apparaissent plus claires.

Euclide n'a pas défini la nature physique de ces rayons visuels mais, utilisant les principes de la géométrie, il a discuté des effets de perspective et de l'arrondi des choses vues à distance.

Là où Euclide avait limité son analyse à la simple vision directe, Héro d'Alexandrie (vers 10-70 après JC) a étendu les principes de l'optique géométrique pour considérer les problèmes de réflexion (catoptrique). Contrairement à Euclide, Hero a parfois commenté la nature physique des rayons visuels, indiquant qu'ils se déplaçaient à grande vitesse de l'œil à l'objet vu et étaient réfléchis par des surfaces lisses mais pouvaient être piégés dans les porosités des surfaces non polies. C'est ce qu'on a appelé la théorie des émissions .

Hero a démontré l'égalité de l'angle d'incidence et de réflexion au motif que c'est le chemin le plus court de l'objet à l'observateur. Sur cette base, il a pu définir la relation fixe entre un objet et son image dans un miroir plan. Plus précisément, l'image semble être aussi loin derrière le miroir que l'objet est réellement devant le miroir.

Comme Hero, Ptolémée dans son Optique (conservée seulement sous la forme d'une traduction latine d'une version arabe gravement défectueuse) considérait les rayons visuels comme allant de l'œil à l'objet vu, mais, à la différence de Hero, considérait que les rayons visuels n'étaient pas lignes discrètes, mais formaient un cône continu. Ptolémée a étendu l'étude de la vision au-delà de la vision directe et réfléchie ; il a également étudié la vision par rayons réfractés (dioptrique), lorsque l'on voit des objets à travers l'interface entre deux milieux de densité différente. Il a mené des expériences pour mesurer le chemin de la vision lorsque nous regardons de l'air à l'eau, de l'air au verre et de l'eau au verre et a établi la relation entre les rayons incidents et réfractés.

Ses résultats tabulés ont été étudiés pour l'interface air-eau, et en général les valeurs qu'il a obtenues reflètent la réfraction théorique donnée par la théorie moderne, mais les valeurs aberrantes sont déformées pour représenter le modèle a priori de Ptolémée de la nature de la réfraction.

Dans le monde islamique

Reproduction d'une page du manuscrit d' Ibn Sahl montrant sa découverte de la loi de la réfraction, maintenant connue sous le nom de loi de Snell .

Al-Kindi (c. 801-873) était l'un des premiers écrivains optiques importants dans le monde islamique . Dans un ouvrage connu en Occident sous le nom de De radis stellarum , al-Kindi a développé une théorie « que tout dans le monde… émet des rayons dans toutes les directions, qui remplissent le monde entier ».

Cette théorie du pouvoir actif des rayons a eu une influence sur des savants ultérieurs tels que Ibn al-Haytham , Robert Grosseteste et Roger Bacon .

Ibn Sahl , mathématicien actif à Bagdad dans les années 980, est le premier érudit islamique connu à avoir rédigé un commentaire sur l' optique de Ptolémée . Son traité Fī al-'āla al-muḥriqa « Sur les instruments brûlants » a été reconstitué à partir de manuscrits fragmentaires par Rashed (1993). Le travail porte sur la façon dont les miroirs et les lentilles incurvés se plient et concentrent la lumière. Ibn Sahl décrit également une loi de réfraction mathématiquement équivalente à la loi de Snell . Il a utilisé sa loi de réfraction pour calculer les formes des lentilles et des miroirs qui focalisent la lumière en un seul point de l'axe.

Alhazen (Ibn al-Haytham), "le père de l'optique"

Ibn al-Haytham (connu sous le nom d' Alhacen ou Alhazen en Europe occidentale), écrivant dans les années 1010, a reçu à la fois le traité d'Ibn Sahl et une traduction arabe partielle de l' optique de Ptolémée . Il a produit une analyse complète et systématique des théories optiques grecques. La réalisation clé d'Ibn al-Haytham était double : premièrement, insister, contre l'opinion de Ptolémée, que la vision se produisait à cause des rayons entrant dans l'œil ; la seconde était de définir la nature physique des rayons discutés par les auteurs optiques géométriques antérieurs, les considérant comme les formes de la lumière et de la couleur. Il a ensuite analysé ces rayons physiques selon les principes de l'optique géométrique. Il a écrit de nombreux livres sur l'optique, notamment le Livre d'optique ( Kitab al Manazir en arabe ), traduit en latin sous le nom de De aspectibus ou Perspectiva , qui a diffusé ses idées en Europe occidentale et a eu une grande influence sur les développements ultérieurs de l'optique. Ibn al-Haytham a été appelé « le père de l'optique moderne ».

Avicenne (980-1037) a convenu avec Alhazen que la vitesse de la lumière est finie, car il « a observé que si la perception de la lumière est due à l'émission d'une sorte de particules par une source lumineuse, la vitesse de la lumière doit être finie. " Abū Rayhān al-Bīrūnī (973-1048) a également convenu que la lumière a une vitesse finie et a déclaré que la vitesse de la lumière est beaucoup plus rapide que la vitesse du son .

Abu 'Abd Allah Muhammad ibn Ma'udh , qui a vécu à Al-Andalus pendant la seconde moitié du 11ème siècle, a écrit un ouvrage sur l'optique traduit plus tard en latin comme Liber de crepisculis , qui a été attribué à tort à Alhazen . Il s'agissait d'un "court ouvrage contenant une estimation de l'angle d'enfoncement du soleil au début du crépuscule du matin et à la fin du crépuscule du soir, et une tentative de calculer sur la base de ces données et d'autres la hauteur du l'humidité atmosphérique responsable de la réfraction des rayons du soleil." Grâce à ses expériences, il a obtenu la valeur de 18°, ce qui se rapproche de la valeur moderne.

À la fin du XIIIe et au début du XIVe siècle, Qutb al-Din al-Shirazi (1236-1311) et son élève Kamāl al-Dīn al-Fārisī (1260-1320) ont poursuivi les travaux d'Ibn al-Haytham, et ils faisaient partie des d'abord pour donner les explications correctes pour le phénomène arc-en - ciel . Al-Fārisī a publié ses découvertes dans son Kitab Tanqih al-Manazir ( La révision de l' optique [d'Ibn al-Haytham] ).

Dans l'Europe médiévale

L'évêque anglais Robert Grosseteste (c. 1175-1253) a écrit sur un large éventail de sujets scientifiques à l'époque de l'origine de l' université médiévale et de la récupération des œuvres d'Aristote. Grosseteste a reflété une période de transition entre le platonisme du début de l'apprentissage médiéval et le nouvel aristotélisme , c'est pourquoi il a eu tendance à appliquer les mathématiques et la métaphore platonicienne de la lumière dans plusieurs de ses écrits. Il a été crédité d'avoir discuté de la lumière sous quatre perspectives différentes : une épistémologie de la lumière, une métaphysique ou cosmogonie de la lumière, une étiologie ou physique de la lumière et une théologie de la lumière.

Laissant de côté les questions d'épistémologie et de théologie, la cosmogonie de la lumière de Grosseteste décrit l'origine de l'univers dans ce que l'on peut vaguement décrire comme une théorie médiévale du « big bang ». Son commentaire biblique, l' Hexaemeron (1230 x 35), et son scientifique Sur la lumière (1235 x 40), se sont inspirés de Genèse 1:3, "Dieu a dit, que la lumière soit", et ont décrit le processus de création ultérieur. comme un processus physique naturel résultant de la puissance génératrice d'une sphère de lumière en expansion (et en contraction).

Schéma optique montrant la lumière réfractée par un récipient en verre sphérique rempli d'eau. (de Roger Bacon, De multiplicatione specierum )

Sa considération plus générale de la lumière en tant qu'agent principal de causalité physique apparaît dans ses On Lines, Angles, and Figures où il affirme qu'« un agent naturel propage son pouvoir de lui-même au destinataire » et dans On the Nature of Places où il note que "chaque action naturelle est variée en force et en faiblesse par la variation de lignes, d'angles et de figures."

Les Anglais franciscain , Roger Bacon (c. 1214-1294) a été fortement influencée par les écrits de Grosseteste sur l'importance de la lumière. Dans ses écrits optiques (le Perspectiva , le De multiplicatione specierum et le De speculis comburentibus ), il cite un large éventail d'ouvrages optiques et philosophiques récemment traduits, dont ceux d' Alhacen , Aristote , Avicenne , Averroès , Euclide , al-Kindi , Ptolémée. , Tideus et Constantin l'Africain . Bien qu'il ne soit pas un imitateur servile, il tire son analyse mathématique de la lumière et de la vision des écrits de l'écrivain arabe Alhacen. Mais il a ajouté à cela le concept néoplatonicien, peut-être tiré de Grosseteste, selon lequel chaque objet irradie un pouvoir ( espèce ) par lequel il agit sur les objets proches aptes à recevoir ces espèces . Notez que l'utilisation optique du terme « espèce » par Bacon diffère considérablement des catégories genre/espèce trouvées dans la philosophie aristotélicienne.

Plusieurs ouvrages ultérieurs, dont l'influent A Moral Treatise on the Eye (latin : Tractatus Moralis de Oculo ) de Pierre de Limoges (1240-1306), ont contribué à populariser et à diffuser les idées trouvées dans les écrits de Bacon.

Un autre franciscain anglais, John Pecham (mort en 1292) s'est appuyé sur les travaux de Bacon, Grosseteste et d'un large éventail d'écrivains antérieurs pour produire ce qui est devenu le manuel le plus utilisé sur l'optique du Moyen Âge, la Perspectiva communis . Son livre était centré sur la question de la vision, sur la façon dont nous voyons, plutôt que sur la nature de la lumière et de la couleur. Pecham a suivi le modèle énoncé par Alhacen, mais a interprété les idées d'Alhacen à la manière de Roger Bacon.

Comme ses prédécesseurs, Witelo (né vers 1230, mort entre 1280 et 1314) s'est appuyé sur le vaste corpus d'œuvres optiques récemment traduites du grec et de l'arabe pour produire une présentation massive du sujet intitulée la Perspectiva . Sa théorie de la vision suit Alhacen et il ne considère pas le concept d' espèce de Bacon , bien que des passages de son travail démontrent qu'il a été influencé par les idées de Bacon. À en juger par le nombre de manuscrits survivants, son travail n'était pas aussi influent que ceux de Pecham et Bacon, mais son importance, et celle de Pecham, a grandi avec l'invention de l'imprimerie.

Théodoric de Freiberg (ca. 1250–ca. 1310) a été parmi les premiers en Europe à fournir l'explication scientifique correcte du phénomène arc-en - ciel , ainsi que Qutb al-Din al-Shirazi (1236–1311) et son élève Kamāl al- Dīn al-Fārisī (1260-1320) mentionné ci-dessus.

Renaissance et début de l'époque moderne

Johannes Kepler (1571-1630) a repris l'enquête sur les lois de l'optique de son essai lunaire de 1600. Les éclipses lunaires et solaires présentaient des phénomènes inexpliqués, tels que des tailles d'ombre inattendues, la couleur rouge d'une éclipse lunaire totale et la prétendue lumière inhabituelle entourant une éclipse solaire totale. Problèmes connexes de réfraction atmosphérique appliqués à toutes les observations astronomiques. Pendant la majeure partie de 1603, Kepler suspendit ses autres travaux pour se concentrer sur la théorie optique ; le manuscrit résultant, présenté à l'empereur le 1er janvier 1604, fut publié sous le titre Astronomiae Pars Optica ( La partie optique de l'astronomie ). Dans ce document, Kepler a décrit la loi du carré inverse régissant l'intensité de la lumière, la réflexion par les miroirs plats et incurvés, et les principes des caméras à sténopé , ainsi que les implications astronomiques de l'optique telles que la parallaxe et les tailles apparentes des corps célestes. Astronomiae Pars Optica est généralement reconnu comme le fondement de l'optique moderne (bien que la loi de la réfraction soit manifestement absente).

Willebrord Snellius (1580-1626) a trouvé la loi mathématique de la réfraction , maintenant connue sous le nom de loi de Snell , en 1621. Par la suite, René Descartes (1596-1650) a montré, en utilisant la construction géométrique et la loi de la réfraction (également connue sous le nom de loi de Descartes ), que le rayon angulaire d'un arc-en-ciel est de 42° (c'est-à-dire que l'angle sous-tendu à l'œil par le bord de l'arc-en-ciel et le centre de l'arc-en-ciel est de 42°). Il a également découvert indépendamment la loi de la réflexion , et son essai sur l'optique a été la première mention publiée de cette loi.

Christiaan Huygens (1629-1695) a écrit plusieurs ouvrages dans le domaine de l'optique. Ceux-ci comprenaient l' Opera reliqua (également connu sous le nom de Christiani Hugenii Zuilichemii, dum viveret Zelhemii toparchae, opuscula posthuma ) et le Traité de la lumière .

Isaac Newton (1643-1727) a étudié la réfraction de la lumière, démontrant qu'un prisme pouvait décomposer la lumière blanche en un spectre de couleurs, et qu'une lentille et un second prisme pouvaient recomposer le spectre multicolore en lumière blanche. Il a également montré que la lumière colorée ne change pas ses propriétés en séparant un faisceau coloré et en le faisant briller sur divers objets. Newton a noté qu'indépendamment du fait qu'il soit réfléchi, diffusé ou transmis, il restait de la même couleur. Ainsi, il a observé que la couleur est le résultat d'objets interagissant avec une lumière déjà colorée plutôt que d'objets générant eux-mêmes la couleur. C'est ce qu'on appelle la théorie de la couleur de Newton . De ce travail, il a conclu que tout télescope réfracteur souffrirait de la dispersion de la lumière en couleurs, et a inventé un télescope à réflexion (aujourd'hui connu sous le nom de télescope newtonien ) pour contourner ce problème. En meulant ses propres miroirs, en utilisant les anneaux de Newton pour juger de la qualité de l'optique de ses télescopes, il a pu produire un instrument supérieur au télescope réfracteur, principalement en raison du diamètre plus large du miroir. En 1671, la Royal Society a demandé une démonstration de son télescope à réflexion. Leur intérêt l'a encouragé à publier ses notes sur la couleur , qu'il a ensuite développées dans ses Opticks . Newton a soutenu que la lumière est composée de particules ou de corpuscules et a été réfractée en accélérant vers le milieu plus dense, mais il a dû les associer à des ondes pour expliquer la diffraction de la lumière ( Opticks Bk. II, Props. XII-L). Les physiciens ultérieurs ont plutôt préféré une explication purement ondulatoire de la lumière pour tenir compte de la diffraction. La mécanique quantique d'aujourd'hui , les photons et l'idée de la dualité onde-particule n'ont qu'une ressemblance mineure avec la compréhension de Newton de la lumière.

Dans son Hypothèse de la lumière de 1675, Newton a posé l'existence de l' éther pour transmettre les forces entre les particules. En 1704, Newton publie Opticks , dans lequel il expose sa théorie corpusculaire de la lumière. Il considérait que la lumière était constituée de corpuscules extrêmement subtils, que la matière ordinaire était constituée de corpuscules plus grossiers et spéculait que par une sorte de transmutation alchimique « les corps grossiers et la lumière ne sont-ils pas convertibles l'un dans l'autre, ... et les corps ne peuvent pas recevoir beaucoup de leur Activité à partir des Particules de Lumière qui entrent dans leur Composition ?"

Optique diffractive

Croquis de Thomas Young de diffraction à deux fentes, qu'il a présenté à la Royal Society en 1803

Les effets de la diffraction de la lumière ont été soigneusement observés et caractérisés par Francesco Maria Grimaldi , qui a également inventé le terme diffraction , du latin diffringere , « briser en morceaux », se référant à la lumière qui se brise dans différentes directions. Les résultats des observations de Grimaldi furent publiés à titre posthume en 1665. Isaac Newton étudia ces effets et les attribua à l' inflexion des rayons lumineux. James Gregory (1638-1675) a observé les motifs de diffraction causés par une plume d'oiseau, qui était effectivement le premier réseau de diffraction . En 1803, Thomas Young fit sa célèbre expérience en observant l'interférence de deux fentes rapprochées dans son interféromètre à double fente . Expliquant ses résultats par interférence des ondes émanant des deux fentes différentes, il en déduit que la lumière doit se propager sous forme d'ondes. Augustin-Jean Fresnel a fait des études et des calculs de diffraction plus définitifs, publiés en 1815 et 1818, et a ainsi apporté un grand soutien à la théorie ondulatoire de la lumière qui avait été avancée par Christiaan Huygens et revigorée par Young, contre la théorie des particules de Newton.

Lentilles et fabrication de lentilles

Il existe des preuves archéologiques contestées de l'utilisation de lentilles dans l'antiquité, couvrant plusieurs millénaires. Il a été suggéré que les couvertures oculaires en verre des hiéroglyphes de l' Ancien Empire d'Égypte (vers 2686-2181 av. J.-C.) étaient de simples lentilles de ménisque en verre fonctionnelles. De même, la soi-disant lentille de Nimrud , un artefact en cristal de roche daté du 7ème siècle avant JC, peut avoir été utilisée comme loupe ou peut avoir été une décoration.

La première trace écrite de grossissement remonte au 1er siècle après JC, lorsque Sénèque le Jeune , un tuteur de l'empereur Néron , écrivit : "Les lettres, aussi petites et indistinctes soient-elles, sont vues agrandies et plus clairement à travers un globe ou un verre rempli d'eau" . L'empereur Néron aurait également regardé les jeux de gladiateurs en utilisant une émeraude comme verre correcteur.

Ibn al-Haytham (Alhacen) a écrit sur les effets du sténopé , des lentilles concaves et des loupes dans son livre d'optique de 1021 après JC . Les travaux écrits du frère anglais Roger Bacon dans les années 1260 ou 1270 sur l'optique, en partie basés sur les travaux d'écrivains arabes, décrivaient la fonction des verres correcteurs pour la vision et des lunettes brûlantes. Ces volumes étaient les grandes lignes d'une publication plus importante qui n'a jamais été produite, de sorte que ses idées n'ont jamais été diffusées en masse.

Entre le XIe et le XIIIe siècle, les « pierres à lire » ont été inventées. Souvent utilisées par les moines pour aider à éclairer les manuscrits, il s'agissait de lentilles primitives plan-convexes initialement fabriquées en coupant une sphère de verre en deux. Au fur et à mesure que les pierres étaient expérimentées, il a été lentement compris que les lentilles moins profondes grossissaient plus efficacement. Vers 1286, peut-être à Pise, en Italie, la première paire de lunettes a été fabriquée, bien qu'on ne sache pas qui en était l'inventeur.

Les premiers télescopes de travail connus étaient les télescopes à réfraction qui sont apparus aux Pays - Bas en 1608. Leur inventeur est inconnu : Hans Lippershey a déposé le premier brevet cette année-là, suivi d'une demande de brevet par Jacob Metius d' Alkmaar deux semaines plus tard (aucun n'a été accordé puisque des exemples de l'appareil semblaient nombreux à l'époque). Galilée a grandement amélioré ces conceptions l'année suivante. Isaac Newton est crédité de la construction du premier télescope réflecteur fonctionnel en 1668, son réflecteur newtonien .

Les premiers exemples connus de microscopes composés, qui combinent une lentille d'objectif près du spécimen avec un oculaire pour visualiser une image réelle , sont apparus en Europe vers 1620. La conception est très similaire au télescope et, comme cet appareil, son inventeur est inconnu. Encore une fois, les allégations tournent autour des centres de fabrication de lunettes aux Pays - Bas, y compris les allégations selon lesquelles il a été inventé en 1590 par Zacharias Janssen et/ou son père, Hans Martens, prétend qu'il a été inventé par le fabricant de lunettes rival, Hans Lippershey, et prétend qu'il a été inventé par l' expatrié Cornelis Drebbel qui a été noté pour avoir une version à Londres en 1619. Galileo Galilei (également parfois cité comme inventeur de microscope composé) semble avoir découvert après 1609 qu'il pouvait fermer la mise au point de son télescope pour voir de petits objets et, après avoir vu un microscope composé construit par Drebbel exposé à Rome en 1624, construit sa propre version améliorée. Le nom "microscope" a été inventé par Giovanni Faber , qui a donné ce nom au microscope composé de Galileo Galilei en 1625.

Optique quantique

La lumière est composée de particules appelées photons et est donc intrinsèquement quantifiée. L'optique quantique est l'étude de la nature et des effets de la lumière sous forme de photons quantifiés. La première indication que la lumière pourrait être quantifiée est venue de Max Planck en 1899 lorsqu'il a correctement modélisé le rayonnement du corps noir en supposant que l'échange d'énergie entre la lumière et la matière ne se produisait que dans des quantités discrètes qu'il a appelées quanta. On ignorait si la source de cette discrétion était la matière ou la lumière. En 1905, Albert Einstein publie la théorie de l' effet photoélectrique . Il est apparu que la seule explication possible de l'effet était la quantification de la lumière elle-même. Plus tard, Niels Bohr montra que les atomes ne pouvaient émettre que des quantités discrètes d'énergie. La compréhension de l'interaction entre la lumière et la matière résultant de ces développements a non seulement formé la base de l'optique quantique, mais a également été cruciale pour le développement de la mécanique quantique dans son ensemble. Cependant, les sous-domaines de la mécanique quantique traitant de l'interaction matière-lumière étaient principalement considérés comme des recherches sur la matière plutôt que sur la lumière et, par conséquent, on parlait plutôt de physique des atomes et d' électronique quantique .

Cela a changé avec l'invention du maser en 1953 et du laser en 1960. La science du laser - la recherche sur les principes, la conception et l'application de ces dispositifs - est devenue un domaine important, et la mécanique quantique sous-jacente aux principes du laser a été étudiée maintenant avec plus d'accent sur les propriétés de la lumière et le nom d' optique quantique sont devenus courants.

Comme la science des lasers avait besoin de bonnes bases théoriques, et aussi parce que les recherches sur celles-ci se sont rapidement révélées très fructueuses, l'intérêt pour l'optique quantique a augmenté. Suite aux travaux de Dirac sur la théorie quantique des champs , George Sudarshan , Roy J. Glauber et Leonard Mandel ont appliqué la théorie quantique au champ électromagnétique dans les années 1950 et 1960 pour mieux comprendre la photodétection et les statistiques de la lumière (voir degré de cohérence ). Cela a conduit à l'introduction de l' état cohérent comme description quantique de la lumière laser et à la prise de conscience que certains états de la lumière ne pouvaient pas être décrits avec des ondes classiques. En 1977, Kimble et al. a démontré la première source de lumière qui nécessitait une description quantique : un seul atome qui émettait un photon à la fois. Un autre état quantique de la lumière avec certains avantages par rapport à tout état classique, la lumière comprimée , fut bientôt proposé. Dans le même temps, le développement d' impulsions laser courtes et ultracourtes, créées par des techniques de commutation Q et de verrouillage de mode, a ouvert la voie à l'étude de processus incroyablement rapides (« ultrarapides »). Des applications pour la recherche sur l'état solide (par exemple la spectroscopie Raman ) ont été trouvées et les forces mécaniques de la lumière sur la matière ont été étudiées. Ce dernier a conduit à faire léviter et positionner des nuages ​​d'atomes ou même de petits échantillons biologiques dans un piège optique ou des pincettes optiques par faisceau laser. Ceci, avec le refroidissement Doppler, était la technologie cruciale nécessaire pour atteindre la célèbre condensation de Bose-Einstein .

D'autres résultats remarquables sont la démonstration de l'intrication quantique , de la téléportation quantique et (récemment, en 1995) des portes logiques quantiques . Ces derniers sont d'un grand intérêt pour la théorie de l'information quantique , un sujet qui a émergé en partie de l'optique quantique, en partie de l' informatique théorique .

Les champs d'aujourd'hui d'intérêt parmi les chercheurs quantiques comprennent une conversion descendante paramétrique , oscillation paramétrique , même des impulsions lumineuses plus courtes (attoseconde), l' utilisation de l' optique quantique pour l' information quantique , la manipulation des atomes et des condensats de Bose-Einstein , leur application, et comment manipuler eux (un sous-domaine souvent appelé optique atomique ).

Voir également

Remarques

Les références