تاریخ اپتیک از آینه های باستانی تا تلسکوپ های مدرن

سعی کردم در نوشته های گذشته درباره خیلی از پدیده های اپتیکی توضیح بدم در این نوشته یک بخش مختصری از تاریخ اپتیک رو میخوام بنویسم.

اپتیک علم نور و دیدن، قرن های متمادیست که توجه انسان رو به خود جلب کرده، از اولین باری که انسان انعکاس خود را روی سنگ صیقلی شده یا روی تالاب دید تا دیدن کهکشان های دوردست توسط تلسکوپ های پیشرفته، مسافت زیادی طی شده و پیشرفت های عظیمی بدست اومده. این سفر که از آینه های باستانی شروع و به تلسکوپ های مدرن ختم شده مسیری پر از اختراع و کنجکاوی و البته شکست هاست. در این نوشته ما در زمان سفر میکنیم که متوجه بشیم فهم ما از نور و قابلیت پیش بینی و تغییر رفتار آن چگونه به وجود امده است.

آینه های باستانی اولین قدم در شناخت تاریخ اپتیک

لنز های شیشه ای عکاسی و پرتوهای لیزر همه از یک وسیله ساده نشات میگیرن اولین وسیله اپتیکی بشر چیزی نبوده جز یک آینه.اولین آینه های شناخته شده از شیشه ساخته نشده بودن بلکه از صیقل دادن سنگ های آتش نشانی بدست میومدن.خیلی سال قبل حدود 6 تا 8 هزار سال قبل میلاد مسیح مردمی در آناتولیا یعنی ترکیه امروزی، در حال صیقل دادن ابسیدین (obsidian)  بودند که یک سنگ طبیعی است که از سرد شدن بسیار سریع گدازه آتشفشانی به وجود میاد. این سنگ فرصت تشکیل بلور را ندارد در نتیجه ساختارش شیشه ای، صاف و براق می شود. مردمان آناتولی سنگ را به شکل دایره و بیضی میشکستند و با شن و ماسه ریز،سطح را کاملا می سابیدند تا صاف و براق شود. محققیت معتقدند مردمان اون دوران آناتولی سطح سیاه آِنه را دروازه ای به جهان ارواح میدونستند و شمن ها از طریق دیدن روی آینه، آینده را پیش گویی میکردند.

تصور کنید که شما انعکاس چهره خودتون رو در یک سنگ سیاه براق ببینید این اولین باری بوده که اجداد ما نگاهی به خودشون انداختند. این آینه های ابسیدین بسیار گرون و کمیاب بودند و فقط افراد خاصی مثل شمن ها آن ها رو نگهداری می کردند.

با پیشرفت تمدن، فن آینه سازی نیز پیشرفت کرد. در حدود پنج هزار سال قبل صنعتگران مصر و چین شروع به درست کردن آینه از برنز و مس کردند.این آینه های فلزی به اندازه آینه ها امروزی شفاف و واضح نبودن و یک رنگ برنز را نیز چهره از طرف انعکاس میدادن اما کاربرد عملی داشتن و نشانه طبقه اجتماعی شخصیت میشدند.

اجداد ما حتی از آینه های بزرگ نیز استفاده می کردند یکی از مثال های استثنایی استفاده از فانوس دریایی آلکساندریاست که طبق گزارشات از یک آینه منحنی برای انعکاس نور به دریا استفاده میکردند تا شب ها کشتی ها بتونن به مسیر خود ادامه بدند.اینکه این فانوس دریایی واقعیست یا دروغ اهمیتی نداره چیزی که مهمه اینه که اجداد ما از ابتدا در تاریخ اپتیک بدنبال استفاده از نور بودند.

صحبت از آینه های باستانی بدون بازگویی آینه های سوزان ارشمیدس بی فایدست. ریاضیدان بزرگ یونانی ارشمیدس، طبق شایعات و گزارشات از شهر سیراکوز حدود 212 سال قبل مسیح، با استفاده از ردیفی از آینه ها مقاومت کرد طوری که که پرتو های خورشید را روی کشتی های دشمنان رومی متمرکز کرد تا باعث آتش گرفتن آن ها بشود.

هرچند که تحقیقات انجام شده بر عملی بودن این آزمایش ارشمیدس شبهه انداختند اما این داستان نشان می دهد که آدم ها در آن دوران چقدر از قدرت انعکاس نور خورشید شگفت زده می شدند. پس جنگ اپتیکی یکی از اولین اتفاقات یا افسانه های ثبت شده در تاریخ اپتیک است.

به جز آینه، اجداد ما حتی با عدسی های اولیه نیز کار کردند. مردم بین النهرین و مصر لنز های ابتدایی از کریستالی صیقل خورده ساختن قدیمی ترین عدسی شناخته شده قطعه ای کوارتز صیقلی مرتبط به حدود 2000 سال پیش از میلاد مسیح است که در حال حاضر در موزه ای در یونان به نمایش گذاشته شده است.

یکی دیگر از کشفیات مهم لنز نمرود در آشور باستانیست که متعلق به 700 سال قبل از میلاد مسیح است. یک تکه سنگ  کریستالی زمینی که به عنوان ذره بین یا آتش افروز استفاده میشده. یونانی ها و رومی ها کشف کردند که یک کره شیشه ای که با آب پر شده میتونه اجسام ریز رو بزرگنمایی کنه.این کلک های اولیه اپتیکی که بیشتر برای متمرکز کردن نور خورشید و بزرگ نشان دادن اجسام ریز استفاده می شد راه را برای اتفاقات بزرگ پیش رو از دوربین شکاری تا تلسکوپ باز کرد.

تئوری های نور در فیزیک کلاسیک

در همان دوران که صنعتگران آینه ها را ضیقل میدادن فیلسوفای قدیم در حال ایده پردازی درباره نور و بینایی بودند.درباره نحوه بینایی انسان و درک نور و ماهیت نور قبلا مطالبی نوشتم اما به طور خلاصه دو دیدگاه متفاوت در ابتدا وجود داشته است فیلسوف های یونانی به این فکر می کردند که آیا دیدن شامل ورود چیزی به چشم یا خروج از آن است. به عبارت دیگر به این فکر میکردند ایا پرتویی از چشم ساطع میشه که باعث بینایی انسان میشه یا چشمان ما ذرات ریزی از اجسام مختلف را جذب میکنه؟

افلاطون بزرگ جز کسانی بود که فکر می کرد چشم انسان پرتویی از خود ساطع میکنه که دیدن را ممکن میسازه.ایده افلاطون این بود که آتش درونی چشم با نور محیط واکنش میده و بینایی را ایجاد میکنه. شاید در حال حاضر این ایده خیلی مضحک بیاد اما این جز منطقی ترین توضیحاتشون درباره دیدن آنی انسان بود.

در جبهه دیگر فیلسوفانی مثل دموکریتوس و اپیکوروس بودند که به ورود پرتو به داخل چشم اعتقاد داشتند. این نگاه به حقیقت نزدیک تر بود با اینحال همه این تئوری ها حدس و گمان بودن و دلیل مطنقی برای درستی هیچکدوم در دست نبود.

حدود 300 سال قبل از میلاد مسیح، اقلیدس هندسه دان معروف که در مصر اموزش دیده بود مقاله ای به اسم اپتیک نوشت که در آن بینایی را به عنوان هندسه بیان کرد. اقلیدس به مانند افلاطون معتقد به تئوری پرتو داخلی چشم بود اما به اینکه این پرتو ها چگونه کار میکنن متمرکز شد.

اقلیدس استدلال کرد که نور خطوط مستقیم رو طی میکنه و با استفاده از هندسه پرسپکتیو رو توضیح داد. اقلیدس همچنین انعکاس را نیز سعی کرد با استفاده از هندسه توضیح دهد و کمی نیز به سراغ پدیده انکسار یا شکست نور رفت هرچند نتوانست به طور کامل آن را توضیح دهد.

یک فیلسوف دیگر به اسم هرون اسکندریه که در قرن اول میلادی میزست بر ایده های اقلیدس تحقیق کرد و توانست انعکاس را توضیح داده و نشان دهد نور مسیر مستقیم را طی می کند.همچنین کشف کرد که زاویه برخورد با جسم با زاویه بازتاب یکیست هرون اسکندریه نیز معتقد به پدیده تشعشع بود اما نگاه بازتابی وی به پرتوهای نور تاثیر بزرگی در تاریخ اپتیک گذاشت.

بطلمیوس در قرن دوم میلادی آزمایش های عملی با نور را شروع کرد و کتابی درباره اپتیک نوشت که بعدا بر متفکران مسلمان تاثیر زیادی گذاشت چرا که توانسته بود زاویه شکست نور را اندازه گیری کند و متوجه شود نور چقدر داخل هوا یا شیشه دچار شکست می شود. آزمایشات عملی بطلمیوس قدم مهمی در تاریخ اپتیک بود اما متاسفانه دید وی نسبت به پدیده شکست اشتباه بود چرا که فکر می کرد شکست نور وابسته به زاویه تابش است در حالی که انکسار ناشی از تفاوت سرعت نور در دو جسم است که میزان آن توسط قانون اسنل معین می شود..با اینحال بطلمیوس به علت تلاش برای اندازه گیری نور تاثیر زیادی در تاریخ اپتیک و نورشناخت داشته است.

به طور خلاصه فیلسوفان یونانی و رمی پایه اپتیک هندسی را چیدن و نور را به وسیله خطوط مستیم و زوایا توصیف کردند و همچنین مباحث مهمی درباره ماهیت نور و درک آن انجام دادند و برای اولین بار از لنز های اولیه و آینه ها برای آزمایش های اپتیکی استفاده کردند.

دوران طلایی تاریخ اپتیک در جهان اسلام

بین قرن هشت تا چهارده، تاریخ اپتیک با دانشمندان اسلامی پیش رفت. در دورانی که به دوران طلایی تاریخ علم شناخته می شود اپتیک جز موضوعاتی بود که بیشترین پیشرفت را داشته است.

یکی از اولین روشنفکران اسلامی که درباره اپتیک تحقیقات کرد کندی در قرن نهم بود که تئوری های یونان را پیش برد و خودش معتقد به پدیده تشعشع در چشم بود. اما فرد مهمتر از کندی، ابن سهل بود که در سال 984 میلادی در بغداد توانست قانون انکسار را به صورت ریاضی کشف کند. قانون اسنل که قبلا دربارش نوشتم در حقیقت توسط ابن سهل حدود 600 سال قبل کشف شده بود. ابن سهل متوجه شد که وقتی نور از محیط های مختلفی عبور می کند سینوس زوایا ورودی و خروجی نسبت یکسانی دارند هرچند که وی این رابطه را به صورت هندسی تبیین کرده بود.

ابن سهل از رابطه خود استفاده کرد و لنزی درست کرد که میتوانست نور را به طور دقیق متمرکز کند و توانست چیزی که امروزه آینه های سهموی و عدسی های آناکلاستیک شناخته می شوند را مطرح کند.

شگفت انگیزه که قبل از اختراع حساب دیفرانسیل، ابن سهل مسائل بهینه سازی شکل عدسی را حل کرده است متاسفانه کار وی در جهان آن طوری که باید شناخته نشد.

اما پادشاه این دوران در زمینه اپتیک کسی نیست جز ابن هیثم که در غرب به عنوان الحازن شناخته می شود.در اوایل قرن یازدهم حدود سال 1020، الحازن کتاب نورشناخت خود را نوشت که این کتاب تاریخ اپتیک را تغییر داد. ابن هیثم را به عنوان پدر اپتیک مدرن میشناسند چه که ایده تشعشع چشم را رد کرد و به طور قاطع ایده ورود نور به چشم را به عنوان تصویف درست بینایی انتخاب و تبیین کرد. برای تبیین این نظریه وی در اتاقک تاریک آزمایش های زیادی انجام داد و طریقه ثبت تصاویر را مشاهده کرد. او بدرستی تشخیص داد که هر نقطه بر جسم روشن پرتوهایی به همه جهات میفرستد. ابن هیثم بدرستی متوجه عملکرد شبکیه نشد اما نزدیک به شناخت هسته آن شد چرا که متوجه شد چشم نور را دریافت میکنه به جای اینکه اون رو ساطع کنه.

ابن هیثم بر آزمایش و مشاهده به جای استدلال تاکید می کرد و ساختارمند انعکاس و انکسار را مطالعه کرد. برای مثال برای بررسی چشم، شروع به مطالعه انعکاس نور از آینه های منحنی کرد و تئوری را با آزمایش ترکیب کرد.کتاب اپتیک وی به اسم المناظر با 7 فصل، در سال 12000 به لاتین برگردانده شد و برای قرون متمادی تبدیل به کتاب اصلی علم اپتیک شد. کتاب ابن هیثم پایه های علمی رو چید که نیوتون و کپلر گسترش دادند.

دیگر دانشمندان اسلامی نیز نقش مهمی در تاریخ اپتیک ایفا کردند اسحاق کندی، ابن سینا و ابن رشد بر بینایی و نور نوشتند و فلسفه را با علم ترکیب کردند همچنین ابزار اپتیکی در این دوران گسترش پیدا کردند چرا که این افراد از عدسی های بزرگ نما استفاده می کردند و همچنین درباره رنگین کمان و آبی بودن آسمان بحث میکردند. در قرم سیزدهم دانش اپتیک به اروپا بازگشت و آن ها سردمدار این حوزه شدند.

اروپای سده های میانه، عینک ها و اختراعاتی که در راه بودند

اروپایی ها با استفاده از متون دانشمندان اسلامی سعی کردند اپتیک را گسترش بدند دانشمندانی مثل رابرت گروستست و راجر بیکن در انگلیس اندیشه های ابن هیثم را در قرن سیزدهم ترجمه و پخش کردند.

راجر بیکن به قدری شیفته اپتیک بود که با استفاده از عدسی ها توانست اختراع  تلسکوپ را پیش بینی کند و آزمایش های زیادی با تکه های کروی شیشه انجام داد تا پدیده انعکاس از اجسام را تبیین کند.

قرن سیزدهم پیشرفت های بیشتری در زمینه اپتیک نیز به وجود آورد آن هم اختراع عینک حدود سال 1285 در ایتالیا بود. صنعتگران اپتیک توانستند که عدسی ها را چجور تراش بدند که بتوان داخل قاب قرار داد و به بینایی انسان کمک کرد.اولین عینک یک عدسی محدب بود که افراد دوربین را برای خوندن  کمک کند. طبق گفته های تاریخ این اختراع توسط سالوینو دارماتی انجام شده است اما به طور قطع معلوم نیست اولین عینک را کی درست کرده است.ممکن است سازنده آن صنعتگری گمنام در پیزا یا فلورانس بوده باشد آنچه میدانیم خطبه ای از سال 1306 میلادیست که در آن راهبی با افتخار اشاره می کند عینک ها به تازگی حدود بیست سال پیش اختراع شده اند و با شگفتی می گوید که اکنون می توان حروف بسیار ریز را به راحتی بخواند. بنابراین تا سال 1286 میلادی، عینک های قابل استفاده روی صورت وجود داشته اند.

اختراع عینک بازی را در تاریخ اپتیک تغییر داد، به یکباره تقاضای ساخت عدسی زیاد شد که باعث ایجاد صنعت اپتیک در ونیز و فورانس شد. صنتعگران ماهر توانستند عدسی های مختلف برای نیاز های مختلف چشمی بتراشند البته بخش بزرگی از علم این افراد بر اساس آزمایش و خطا بدست آمد چرا که همچنان فهم تئوری ساخت عدسی همچنان بدست نیومده بود. با اینحال با تولید عدسی های بهتر، این اپتیک کاران ناخواسته صحنه را برای دو اختراع مهم در تاریخ اپتیک در اواخر قرن شونزدهم آماده کردند، میکروسکوپ و تلسکوپ.

در حدود سال 1590 میلادی، عینک ساز هلندی از خانواده یانسن چندین عدسی را روی هم قرار داد تا میکروسکوپ را درست کند تا افراد بتوانند اجسام خیلی ریز را ببینند. در سال 1608 در هلند، چند تا صنعتگر اپتیک توانستند با ترکیب عدسی ها تلسکوپ شکستی را اختراع کنند. طبق برخی روایات فردی به اسم هنس لپرشی به دنبال این بود که در سال 1608 تلسکوپ را ثبت اختراع کند. تلسکوپ هپرشی از عدسی محدب و یک چشمی مقعر استفاده می کرد گالیله که متوجه اختراع این فرد شده بود مدل بهینه شده خود را در سال 1609 طراحی کرد. تلسکوپ گالیله، حدود 20 برابر بزرگنمایی داشت و توانست با وسیله آن چاله های روی ماه و لکه های روی خورشید را ببیند همچنین گالیله با تلسکوپش توانست قمر های مشتری و و اهله  زهره را ببیند.

اروپا در قرون وسطی، اپتیک را در تئوری و عمل به کار برد از دانش دانشمندان اسلامی استفاده کرد در آزمایش آن ها را تایید کردند و با آزمایش و خطا عدسی های خوبی ساختند که نتیجه این اعمال سنگ بنای انقلاب اپتیکی قرن هیفدهم شد.

دانشمندان عصر رنسانس، اولین تلسکوپ ها

اواخر قرن شونزدهم و اوایل قرن هیفدهم در اروپا باعث ایجاد یک رشد گسترده در تاریخ اپتیک شد. اختراع تلسکوپ در سال 1608 یک اتفاق مهمی در صنعت اپتیک بود جالبه بدونید مخترعین اولیه تلسکوپ نمیدونستند که چرا تلسکوپ کار می کند فقط میدونستند یک شکل چیدن عدسی ها اجسام دور را نزدیک می آورد. توضیح نظری آن بعد ها بدست آمد.

گالیله مشاهدات خود را در سال 1610 منتشر کرد و مشاهدات تلسکوپی اش باعث ایده خورشید محور در کوپرنیک نیز شد چرا که کوپرنیک متوجه شد زهره نیز مانند ماه اهله های مختلف دارد که به این معناست دور خورشید می چرخد و نه زمین.

در همین دوران یوهان کپلر ریاضیدان آلمانی که به تبیین مدار سیارات مشهور است به تئوری عدسی ها علاقمند شد. در سال 1604 کپلر کتاب خود را نوشت که پایه های اپتیک مدرن را گذاشت. کپلر توضیح داد که چگونه تصاویر در شبکه تشکیل می شود. بعد از شنیدن درباره تلسکوپ گالیله، کپلر یک طراحی بهتر را در سال 1611 به اسم تلسکوپ کپلری  پیشنهاد داد که در این تلسکوپ از دو عدسی محدب برای بزرگنمایی و میدان دید بیشتر استفاده میشد.

تمام تلسکوپ شکستی مدرن، نوع کپلری هستند نکته اینه که طراحی کپلر تصویر را بر عکس می کند که البته در نجوم اهمیتی ندارد. پس در نتیجه کپلر اون تورویسینی بود که عملکرد تلسکوپ ها رو برای ما توضیح داد و مفهوم ساختاری آن ها را بهتر کرد.

یکی دیگر از قهرمانان ناشناخته هانس لپرشی ست که احتمالا اولین تلسکوپ را اختراع کرد هرچند گالیله این اختراع را معروف کرد. و طبق معمول نیوتن نقش مهمی نیز در تاریخ اپتیک داشته است.

تلسکوپ های اولیه یک مشکل جدی داشتند اگر چه معمولا با فاصله کانونی زیاد ساخته میشند اما تصاویر تار و کج و معوج با مشکلات رنگی به وجود میاوردند. این مشکلات نوری یا ابیراهی های نوری به این علت بود که یک لنز ساده نقش منشور رو بازی میکرد و نور رو به چند رنگ مختلف تقسیم می کرد که این نور های تقسیم شده در نهایت در یک نقطه جمع آوری نمی شدند. گالیه و دوستانش متوجه این خطا شدند اما راه حلی برای حل این مشکل نیافتند جز اینکه لنز هایی با فاصله کانونی بیشتر بسازند تا ابیراهی را کمتر کنند. در اواسط سال 1600 بعضی از ستاره شناسان از تلسکوپ های بسیار بلندی  که بعضا تا 30 متر طول می رسند استفاده می کردند تا به وسیله این لنز های بلند به تصاویر شفاف تری برسند.

بریم سراغ ایزاک نیوتن که فقط فیزیک و ریاضیات را دگرگون نکرد بلکه تاثیر زیادی بر اپتیک نیز داشت اولین تاثیر بزرگ نیوتون در اپتیک همانطور که در نوشته های قبلی سایت بهش اشاره کرده بودم آزمایش منشور وی در سال 1665 بود که در این آزمایش نیوتن نشان داد که نور سفید در حقیقت ترکیب رنگ های مختلف هست. نیوتن با عبور دادن نور از منشور شیشه ای به طیف رنگی رسید و ثابت کرد که منشور رنگ ها را به وجود نمیاره بلکه فقط بر اساس طول موج آن ها را تقسیم می کنه.این آزمایش در کتاب Opticks که در سال 1704 نوشته شده تشریح شده ودر آنجا نیوتن دلیل ابیراهی های نوری لنز ها رو هم توضیح میده. نیوتن برای حل این مشکل پیشنهاد کرد که به جای استفاده از لنز از آینه استفاده کنند چرا که آینه تمام نور ها رو به یکسان منعکس میکنه و در نتیجه ابیراهی نوری باید به حداقل برسه.

در سال 1668 نیوتن اولین تلسکوپ بازتابی را که امروزه به تلسکوپ نیوتنی مشهور است ساخت که در آن به جای استفاده از لنز های بزرگ از آینه محدب برای جمع آوری و متمرکز کردن نور و همچنین از آینه ی دیگری برای فرستادن تصویر به چشمی استفاده کرد نتیجه تلسکوپی بدون ابیراهی نوری و بسیار جمع و جور بود حتی اولین تلسکوپ بازتابی نیوتن با اینکه در حدود 16 سانت بود توانست قمر های مشتری را نشان بده اختراعی که در سال 1671 شگفتی و تشویق قشر اشرافی لندن رو به همراه داشت.

همانطور که احتمالا میدونید نیوتن طرفدار نظریه ذره ای نور بود همان دیدگاه هایی که نور را تشکیل شده از ذرات ریز یا کورپوسکل ها میدانست.او با برخی هم عصرانش از جمله کریستیان هویگنس که از نظریه موجی نور دفاع می کرد اختلاف نظر جدی داشت.در زمان نیوتن نگاه او دست بالا را پیدا کرد تا اینکه حدود یک قرن بعد که نظریه موجی دوباره با آزمایش دو شکاف توماس یانگ در سال 1801 و کارهای آگوستن فرنل در دهه 1810 جان گرفت اما در قرن هیفدهم تا حد زیادی زیر سایه نیوتن علم اپتیک بیشتر با پرتو ها، ذرات، منشورها و تلسکوپ هیا بازتابی شناخته می شد.

برای جمع بندی دوران رنسانس، ما در این عصر به تلسکوپ ها رسیدیم و توانستیم نگاهی به اعماق منظومه شمسی داشته باشیم تلسکوپ های شکستی گالیله آسمان ها را باز کردن و نیوتن بر خطاهای نوری غلبه کرد و علم اپتیک به بلوغ خود رسید. نوشته های کپلر و نیوتن فهم مدرن ما از عملکرد لنز ها، آینه ها و رفتار نور را تشکیل دادند و با شروع قرن هیجدهم هرکسی میتوانست با خوندن کتاب اپتیک درباره انعکاس، انکسار، طیف و حتی انجام آزمایش های اپتیکی اطلاعات کسب کند.

بهینه شدن علم اپتیک، پیشرفت های قرن هیجده و نوزدهم

بعد از نیوتن علم اپتیک هم در بحث تئوری هم عملی پیشرفت کرد. در قرن هیجدهم دانشمندان به سراغ حل مسئله ای رفتند که نیوتن فکر میکرد غیر قابل حل کردنه و آن هم اعوجاج رنگی در لنز های شکستی بود اما در سال 1758 یک اپتیک دان انگلیسی به نام جان دولاند راه حل طلایی برای حل مشکل ابیراهی پیدا کرد.

جان دولاند برای حل مشکل ابیراهی نوری یک راه حل طلایی پیدا کرد و با ترکیب دو لنز از دو جنس مختلف یکی از جنس شیشه کرون و دیگری شیشه فلینت توانست یک لنز آکروماتیک بسازد که میتوانست دو رنگ آبی و قرمز را در یک نقطه متمرکز کند که همین اثر به طرز اعجاب انگیری توانست مشکل پراکندگی نوری لنز های شکستی را کمتر  و نظریه نیوتن مبنی بر بی ارزش بودن لنز های شکستی را باطل کرد.

شیشه کرون یکی از پرکاربرد ترین شیشه های اپتیکیست که به دلیل شفافیت بالا در بسیاری از عدسی ها و ابزار های نوری استفاده می شود این شیشه معمولا از ترکیب سیلیس و اکسید سدیم و اکسید کلسیم ساخته شده و ضریب شکست نسبتا پایین دارد.از طرف دیگر شیشه فلینت نوع دیگری از شیشه های اپتیکیست که بر خلاف شیشه کرون، دارای ضریب شکست بالا و پراکندگی رنگی زیاد است که در گذشته این شیشه با افزودن مقدار قابل توجهی اکسید سرب تولید می شود.

با کشف دولاند، لنز های شکستی به بازی برگشتند و تلسکوپ ها  با استفاده از طراحی آکروماتیک دولاند، کوتاهتر و قوی تر و با حداقل خطاهای نوری شدند و راه را برای دوربین و لنز های امروزی باز کردند.

در بخش تئوری، اوایل قرن نوزدهم بالاخره مسئله ماهیت نور را حل کرد. نظریه ذره ای نیوتن جای خود را به نظریه موجی تداخل و پراش داد. آگوست فرنل  و یانگ نشان دادند که نور میتوان خود را ضعیف و تقویت کند چیزی که ذرات قادر به انجامش نیستند بعد از این ها جیمز کلرک مکسول در دهه 1860 توانست نور را با الکترومغناطیس پیوند داده و آن ها در یک ساختار واحد تعریف کند.

علم اپتیک در این دوران یک ساختار فیزیکی قوی داشت، پرتو ها برای کار عملی، امواج برای فهم پدیده هایی مثل پولاریزاسیون و در آخر فوتون در قرن بیستم برای مدل سازی بخش کوانتومی.

در همین دوران صنعت گران در حال طراحی و ساخت ابزار های بزرگ تر و بهتر اپتیکی بودند در قرن هیجدهم بزرگترین تلسکوپ توسط ویلیام هرشل ساخته شد که حدود 12 متر بود و عدسی ورودی بیش از یک متری داشت. هرشل با استفاده از این تلسکوپ توانست سیاره اورانوس و قمر های جدیدی در منظومه شمسی کشف کند هرچند که آینه فلزی آن که از فلز اسپکولوم ترکیب دو سوم مس و یک سوم قلع ساخته شده بود خیلی زود لکه دار شد و نگهداری این تلسکوپ را مشکل دار کرد.

قرن نوزدهم حتی محدودیت ها رو کمتر کرد در سال 1845، در ایرلند تسلکوپ  180 سانتی به اسم لویاتان ساخته شد که برای دهه ها لقب بزرگترین تلسکوپ ساخته شده را داشت که با استفاده از این تلسکوپ توانستند کهکشان های دور که بعدا سحابی نامیده شدند را ببینند. تلسکوپ های بازتابی بار دیگر دست بالا رو به علت دیافراگم های باز پیدا کرده بود قبلا در نوشته دیافراگم براتون توضیح دادم که هرچقدر دیافراگم بازتر باشد قابلیت جمع آوری نوری توسط لنز بیشتر شده و می تواند در نتیجه اجسام دورتری را ببیند.

مسابقه تلسکوپ های بزرگتر با عدسی 100 سانتی متری شکستی رصد خانه یرکس در آمریکا به اوج رسید که همچنان بزرگترین تلسکوپ شکستی دنیاست.

در این دوران اختراعات اپتیکی دیگری نیز بدست امدن مثل فیلتر های پلاریزه و همچنین اختراع عکاسی توسط داگر و تالبوت. عکاسی باعث انقلاب گسترده ای در اپتیک شد چرا که حالا تلسکوپ ها میتوانستند عکس ها را بر روی فیلم ثبت کنند و فقط روی چشمی نشان ندهند.

یکی دیگر از اختراعات مهم این دوران کشف طیف سنجی بود نیوتن نشان داده بود که نور از رنگ های مختلف تشکیل شده است در اوایل این قرن فرانهوفر و دیگران خطوط سیاسی در طیف خورشیدی یافتند که باعث شد به خصلت شیمیایی عناصر تشکیل دهنده خورشید پی ببرند. با استفاده از منشور و  توری های پراش که به تلسکوپ متصل شده بودند دانشمندان توانستند اپتیک را به وسیله ای برای شیمی تبدیل کنند و مواد تشکیل دهنده ستاره ها را با استفاده از طیف سنجی تعیین کنند. این کشف تلسکوپ ها را از وسیله ای برای دیدن تبدیل به ابزار اندازه گیری برای فیزیک کرد.

به طور خلاصه قرن هیجده و نوزده علم اپتیک را به بلوغ خود در همه وجهه ها رسوند.

تلسکوپ های مدرن و جبهه های جدید در علم اپتیک

تلسکوپ های جدید، شگفتگی های مهندسی هستند و دانش ما را در عمق کیهان به طرز اعجاب انگیزی گسترش داده اند. قرن بیستم و بیست و یکم تلسکوپ هایی معرفی کردند که فقط نور مرئی را نشان نمی دهد بلکه امواج رادیویی، فروسرخ، ماورای بنفش، ایکس ری و سایر طیف الکترومغناطیسی را نیز بررسی می کند.

در اوایل قرن بیستم،  آینه های بازتابی  پیشرو در تلسکوپ های بزرگ بودند تلسکوپ 250 سانتی هوکر در کوه ویلسن کالیفرنیا، در سال 1917 تکمیل شد و به ادوین هابل این امکان را داد که انبساط کیهان را کشف کند. بعد از این تلسکوپ با دهنه 5 متری هال در کوهستان پالومار آمد تلسکوپی که برای سال ها بزرگترین تلسکوپ بازتابی دنیا بود. این تلسکوپ باعث کشف اختروش و نقشه برداری کهکشان ها شد.

امروزه ما تلسکوپ های بزرگ با آینه های بخش بخش با مواد بسیار سبک تولید می کنیم برای مثال تلسکوپ بزرگ کاناری در اسپانیا با دهنه بیش از 10 متر از آینه های تکه تکه تشکیل شده است و دو تلسکوپ کک (Keck) در هاوایی هرکدام دارای آینه های قطعه قطعه به قطر 10 متر هستند اما همه این ها با ساخت تلسکوپ فوق العاده بزرگ (ELT) در شیلی تحت الشعاع قرار خواهند گرفت.

آینه اصلی ELT قطری برابر با 39 متر داد این آینه از 798 قطعه شش ضلعی تشکیل شده و 15 برابر بیشتر از تلسکوپ های کلاس 10 متری نور جمع آوری می کند.

رصد خانه های امروزی از فناوری اپتیک تطبیقی استفاده می کنند تا اثر تاری ناشی از جو زمین را کاهش دهند.در این روش آینه های انعطاف پذیر با کمک لیزر و رایانه به طور لحظه ای شکل خود را تغییر می دهند و تصاویری بسیار شفاف نزدیک به کیفیت تلسکوپ های فضایی ثبت می کند.

با این حال بهترین راه برای رهایی کامل از تاثیر جو، قراردادن تلسکوپ در فضاستتلسکوپ فضایی هابل که در سال 1990 پرتاب شد با وجود آینه ای 2.4 متری به دلیل قرار گرفتن خارج از جو، تصاویری خیره کننده از کهکشان ها و سحابی ها ثبت کرد و نقش مهمی در شناخت سن جهان و سیاه چاله های مرکزی کهکشان ها داشت.

جانشین آن، تلسکوپ فضایی جیمز ول در سال 2021 به فضا فرستاده شد این تلسکوپ با آینه ی طلایی 6.5 متری و توانایی رصد در نورفرسرخ عمیق ترین تصاویر از جهان و اطلاعات ارزشمندی درباره جو سیارات فراخورشیدی ارائه کرده است. طراحی آینه تاشوی آن نیز یکی از شاهکار های مهندسی اپتیک به شمار می رود.

کاربرد های اپتیک فقط به تلسکوپ محدود نیست. میکروسکوپ ها، فیبرهای نوری، لیزره ا و فناوری های نوینی مانند اپتیک کوانتومی نیز بر پایخ شناخت رفتار توسعه یافته اند و امروزه بخش جدایی ناپذیر زندگی بشر هستند..

نتیجه گیری

داستان اپتیک از نخستین آینه های سنگی تا پیشرفته ترین تلسکوگ های فضایی، داستان تلاش انسان برای بهتر دیدن و بهتر فهمیدن جهان است.هر شکف زمینه ساز پیشرفت بعدی بوده از ابن هیثم  و اختراع عدسی، تلسکوپ های گالیله و بازتابی نیوتن.

امروزه فناوری های نوری در همه جا حضور دارند از دوربین تلفن های همراه و ارتباطات فیبر نوری گرفته تا ابزار های پزشکی و رصد سیاه چاله ها و امواج گرانشی. با اینحال این مسیر همچنان ادامه دارد و شاید در آینده شاهد تلسکوپ های عظیم روی ماه یا فناوری های نوین مبتنی بر اپتیک کوانتومی باشیم.

هربار که در آینه نگاه می کنیم یا با دوربین عکس میگیریم در حقیقت بخشی از این تاریخ طولانی را ادامه می دهیم سفری از سنگ صیغلی در دوران باستان آغاز شده و امروز به تلسکوپ های طلایی در اعماق فضا رسیده است.