Historia de la Óptica

La historia de la óptica comienza con las antiguas civilizaciones de Egipto y Mesopotamia, tras el desarrollo de los primeros lentes de cristal en el siglo VIII a. C, como el Lente de Nimrud. Luego, durante el siglo V a. C. los filósofos griegos sentaron las bases teóricas sobre el estudio de los fenómenos de la luz y la visión, con obras como "Óptica" de Euclides. Y en el mundo grecorromano (siglo I a. C.), se consolidó la óptica geométrica, permitiendo predecir la difracción de la luz a través de un lente gracias a obras como "Óptica" de Claudio Ptolomeo.

En el mundo occidental se considera que Euclides fue el descubridor de la óptica y el primero en realizar estudios documentados sobre la materia (gracias a su obra "Óptica") y que Alhacén (Ibn al-Haytham) es el padre de la óptica moderna y el primero en realizar una sistematización de la óptica como una disciplina científica (gracias a su obra "Libro de Óptica"), aunque Newton es considerado por muchos también el padre de la óptica moderna, por sus exhaustivos estudios científicos sobre los fenómenos de difracción de la luz (gracias a su obra "Opticks"). La palabra "óptica" proviene de la palabra griega τα ὀπτικά, que se traduce como "apariencia" o "mirada".

Durante la Edad Media, la óptica vivió un gran avance en el mundo islámico y se realizaron importantes avances en la óptica física y fisiológica. Sin embargo, no sería sino hasta la Europa de la Edad Moderna temprana, que podemos hablar propiamente de óptica difractiva (lo que entendemos propiamente como óptica). Todos los avances en la historia de la óptica hasta este momento en el siglo XV, se conocen como "óptica clásica".

En el siglo XX, el campo de la óptica experimentó otra revolución con el surgimiento de nuevas áreas de investigación. Estas incluyen la óptica ondulatoria y la óptica cuántica, que han ampliado de manera significativa nuestro entendimiento de la luz y la visión. Estos avances más recientes se engloban bajo el término de "óptica moderna", y que marcaron una nueva era en la evolución de esta ciencia.

HSD

Historia antigua

En la antigua India, las escuelas filosóficas de Samkhya y Vaisheshika, de alrededor de los siglos VI y V a. C., desarrollaron teorías sobre la luz. Según la escuela Samkhya, la luz es uno de los cinco elementos "sutiles" fundamentales (tanmatra) de los que emergen los elementos densos.

En contraste, la escuela Vaisheshika da una teoría atómica del mundo físico sobre la base no atómica del éter, el espacio y el tiempo. (Véase atomismo indio). Los átomos básicos son los de la tierra (prthivı), el agua (apas), el fuego (tejas) y el aire (vayu), que no deben confundirse con el significado ordinario de estos términos. Estos átomos se toman para formar moléculas binarias que se combinan para formar moléculas más grandes. El movimiento se define en términos del movimiento de los átomos físicos. Los rayos de luz se toman como una corriente de alta velocidad de átomos de tejas (fuego). Las partículas de luz pueden exhibir diferentes características dependiendo de la velocidad y la disposición de las tejas.átomos Alrededor del siglo I aC, el Vishnu Purana se refiere a la luz del sol como "los siete rayos del sol".

En el siglo V aC, Empédocles postuló que todo estaba compuesto por cuatro elementos; fuego, aire, tierra y agua. Él creía que Afrodita hizo el ojo humano a partir de los cuatro elementos y que encendió el fuego en el ojo que brilló desde el ojo haciendo posible la vista. Si esto fuera cierto, uno podría ver durante la noche tan bien como durante el día, por lo que Empédocles postuló una interacción entre los rayos de los ojos y los rayos de una fuente como el sol. Afirmó que la luz tiene una velocidad finita.

En la antigua China también se lograron desarrollos considerables en la óptica.

En su Óptica, el matemático griego Euclides observó que "las cosas vistas bajo un ángulo mayor parecen mayores, y las que están bajo un ángulo menor, menos, mientras que las que están bajo ángulos iguales parecen iguales". En las 36 proposiciones que siguen, Euclides relaciona el tamaño aparente de un objeto con su distancia desde el ojo e investiga las formas aparentes de cilindros y conos cuando se ven desde diferentes ángulos. Pappus creía que estos resultados eran importantes en astronomía e incluyó la Óptica de Euclides, junto con sus Fenómenos, en la Pequeña astronomía, un compendio de obras menores que se estudiarían antes de la Sintaxis (Almagesto) de Ptolomeo.

En el 55 a. C., Lucrecio, un atomista romano, escribió:

Porque desde cualquier distancia los fuegos pueden arrojarnos su luz y soplar su cálido calor sobre nuestros miembros, no pierden nada del cuerpo de sus llamas debido a los espacios intermedios, su fuego no se reduce en nada a la vista.

En su Catoptrica, Héroe de Alejandría mostró mediante un método geométrico que el camino real tomado por un rayo de luz reflejado en un espejo plano es más corto que cualquier otro camino reflejado que pueda trazarse entre la fuente y el punto de observación.

En el siglo II Claudio Ptolomeo, en su Óptica emprendió estudios de reflexión y refracción. Midió los ángulos de refracción entre el aire, el agua y el vidrio, y sus resultados publicados indican que ajustó sus medidas para ajustarse a su suposición (incorrecta) de que el ángulo de refracción es proporcional al ángulo de incidencia.

Los budistas indios, como Dignāga en el siglo V y Dharmakirti en el siglo VII, desarrollaron un tipo de atomismo que es una filosofía sobre la realidad compuesta por entidades atómicas que son destellos momentáneos de luz o energía. Vieron la luz como una entidad atómica equivalente a la energía, similar al concepto moderno de fotones, aunque también vieron toda la materia como compuesta de estas partículas de luz/energía.

Óptica geométrica

Los primeros escritores discutidos aquí trataron la visión más como un problema geométrico que físico, fisiológico o psicológico. El primer autor conocido de un tratado sobre óptica geométrica fue el geómetra Euclides (c. 325 a. C.-265 a. C.). Euclides comenzó su estudio de la óptica como comenzó su estudio de la geometría, con un conjunto de axiomas evidentes.

1. Se pueden dibujar líneas (o rayos visuales) en línea recta hacia el objeto.
2. Esas líneas que caen sobre un objeto forman un cono.
3. Se ven aquellas cosas sobre las que caen las líneas.
4. Esas cosas vistas bajo un ángulo más grande parecen más grandes.
5. Aquellas cosas vistas por un rayo superior, parecen más altas.
6. Los rayos derecho e izquierdo aparecen derecho e izquierdo.
7. Las cosas vistas desde varios ángulos parecen más claras.

Euclides no definió la naturaleza física de estos rayos visuales pero, utilizando los principios de la geometría, discutió los efectos de la perspectiva y el redondeo de las cosas vistas a distancia.

Donde Euclides había limitado su análisis a la simple visión directa, Héroe de Alejandría (c. 10-70 d. C.) amplió los principios de la óptica geométrica para considerar problemas de reflexión (catoptricia). A diferencia de Euclides, Hero comentó ocasionalmente sobre la naturaleza física de los rayos visuales, indicando que avanzaban a gran velocidad desde el ojo hasta el objeto visto y se reflejaban en superficies lisas, pero podían quedar atrapados en las porosidades de las superficies sin pulir. Esto ha llegado a conocerse como teoría de la emisión.

Hero demostró la igualdad del ángulo de incidencia y reflexión sobre la base de que este es el camino más corto desde el objeto hasta el observador. Sobre esta base, pudo definir la relación fija entre un objeto y su imagen en un espejo plano. Específicamente, la imagen parece estar tan lejos detrás del espejo como el objeto realmente está frente al espejo.

Al igual que Hero, Ptolomeo en su Óptica (conservada sólo en forma de traducción latina de una versión árabe gravemente defectuosa) consideraba que los rayos visuales procedían del ojo al objeto visto, pero, a diferencia de Hero, consideraba que los rayos visuales no eran líneas discretas, pero formaban un cono continuo. Ptolomeo amplió el estudio de la visión más allá de la visión directa y reflejada; también estudió la visión por rayos refractados (dioptría), cuando vemos objetos a través de la interfase entre dos medios de distinta densidad. Realizó experimentos para medir el camino de la visión cuando miramos del aire al agua, del aire al vidrio y del agua al vidrio y tabuló la relación entre los rayos incidentes y refractados.

Sus resultados tabulados se han estudiado para la interfaz aire-agua y, en general, los valores que obtuvo reflejan la refracción teórica dada por la teoría moderna, pero los valores atípicos están distorsionados para representar el modelo a priori de Ptolomeo sobre la naturaleza de la refracción.

Mundo islámico medieval

Al-Kindi (c. 801–873) fue uno de los primeros escritores ópticos importantes del mundo islámico. En un trabajo conocido en Occidente como De radiis stellarum, al-Kindi desarrolló una teoría "que todo en el mundo... emite rayos en todas direcciones, que llenan el mundo entero".

Esta teoría del poder activo de los rayos influyó en estudiosos posteriores como Ibn al-Haytham, Robert Grosseteste y Roger Bacon.

Ibn Sahl, un matemático activo en Bagdad durante la década de 980, es el primer erudito islámico que se sabe que compiló un comentario sobre la Óptica de Ptolomeo. Su tratado Fī al-'āla al-muḥriqa "Sobre los instrumentos en llamas" fue reconstruido a partir de manuscritos fragmentarios por Rashed (1993). El trabajo se ocupa de cómo los espejos y lentes curvos doblan y enfocan la luz. Ibn Sahl también describe una ley de refracción matemáticamente equivalente a la ley de Snell. Usó su ley de refracción para calcular las formas de lentes y espejos que enfocan la luz en un solo punto del eje.

Ibn al-Haytham (conocido como Alhacen o Alhazen en Europa Occidental), escribiendo en la década de 1010, recibió tanto el tratado de Ibn Sahl como una traducción árabe parcial de la Óptica de Ptolomeo. Produjo un análisis completo y sistemático de las teorías ópticas griegas. El logro clave de Ibn al-Haytham fue doble: primero, insistir, en contra de la opinión de Ptolomeo, en que la visión se producía debido a los rayos que entraban en el ojo; el segundo fue definir la naturaleza física de los rayos discutidos por escritores ópticos geométricos anteriores, considerándolos como las formas de luz y color. Luego analizó estos rayos físicos de acuerdo con los principios de la óptica geométrica. Escribió muchos libros sobre óptica, el más significativo es el Libro de la Óptica.(Kitab al Manazir en árabe), traducido al latín como De aspectibus o Perspectiva, que difundió sus ideas por Europa occidental y tuvo gran influencia en los desarrollos posteriores de la óptica. Ibn al-Haytham fue llamado "el padre de la óptica moderna".

Avicena (980-1037) coincidió con Alhazen en que la velocidad de la luz es finita, ya que "observó que si la percepción de la luz se debe a la emisión de algún tipo de partículas por una fuente luminosa, la velocidad de la luz debe ser finita. " Abū Rayhān al-Bīrūnī (973-1048) también estuvo de acuerdo en que la velocidad de la luz es finita y afirmó que la velocidad de la luz es mucho más rápida que la velocidad del sonido.

Abu 'Abd Allah Muhammad ibn Ma'udh, que vivió en Al-Andalus durante la segunda mitad del siglo XI, escribió una obra sobre óptica que luego se tradujo al latín como Liber de crepisculis, que se atribuyó erróneamente a Alhazen. Este fue un "trabajo breve que contiene una estimación del ángulo de depresión del sol al comienzo del crepúsculo matutino y al final del crepúsculo vespertino, y un intento de calcular sobre la base de este y otros datos la altura de la humedad atmosférica responsable de la refracción de los rayos del sol". A través de sus experimentos, obtuvo el valor de 18°, que se acerca al valor moderno.

A finales del siglo XIII y principios del XIV, Qutb al-Din al-Shirazi (1236–1311) y su alumno Kamāl al-Dīn al-Fārisī (1260–1320) continuaron el trabajo de Ibn al-Haytham, y se encontraban entre los primero en dar las explicaciones correctas para el fenómeno del arco iris. Al-Fārisī publicó sus hallazgos en su Kitab Tanqih al-Manazir (La revisión de la óptica [de Ibn al-Haytham]).

Europa medieval

El obispo inglés Robert Grosseteste (c. 1175-1253) escribió sobre una amplia gama de temas científicos en el momento del origen de la universidad medieval y la recuperación de las obras de Aristóteles. Grosseteste reflejó un período de transición entre el platonismo del aprendizaje medieval temprano y el nuevo aristotelismo, por lo que tendió a aplicar las matemáticas y la metáfora platónica de la luz en muchos de sus escritos. Se le atribuye haber discutido la luz desde cuatro perspectivas diferentes: una epistemología de la luz, una metafísica o cosmogonía de la luz, una etiología o física de la luz y una teología de la luz.

Dejando de lado las cuestiones de epistemología y teología, la cosmogonía de la luz de Grosseteste describe el origen del universo en lo que puede describirse vagamente como una teoría medieval del "big bang". Tanto su comentario bíblico, el Hexaemeron (1230 x 35), como su científico Sobre la luz (1235 x 40), se inspiraron en Génesis 1:3, "Dios dijo, hágase la luz", y describieron el proceso posterior de creación. como un proceso físico natural que surge del poder generativo de una esfera de luz que se expande (y contrae).

Su consideración más general de la luz como un agente primario de causalidad física aparece en On Lines, Angles, and Figures donde afirma que "un agente natural propaga su poder desde sí mismo al receptor" y en On the Nature of Places donde señala que "toda acción natural varía en fuerza y ​​debilidad a través de la variación de líneas, ángulos y figuras".

El franciscano inglés Roger Bacon (c. 1214-1294) estuvo fuertemente influenciado por los escritos de Grosseteste sobre la importancia de la luz. En sus escritos ópticos (Perspectiva, De multiplicatione specierum y De speculis comburentibus) citó una amplia gama de obras ópticas y filosóficas recientemente traducidas, incluidas las de Alhacén, Aristóteles, Avicena, Averroes, Euclides, al-Kindi, Ptolomeo., Tideus y Constantino el Africano. Aunque no fue un imitador servil, extrajo su análisis matemático de la luz y la visión de los escritos del escritor árabe Alhacén. Pero añadió a esto el concepto neoplatónico, tal vez tomado de Grosseteste, de que todo objeto irradia un poder (species).) por el cual actúa sobre objetos cercanos aptos para recibir esas especies. Tenga en cuenta que el uso óptico de Bacon del término " especie " difiere significativamente de las categorías de género / especie que se encuentran en la filosofía aristotélica.

Varias obras posteriores, incluido el influyente Tratado moral sobre el ojo (en latín: Tractatus moralis de Oculo) de Pedro de Limoges (1240-1306), ayudaron a popularizar y difundir las ideas que se encuentran en los escritos de Bacon.

Otro franciscano inglés, John Pecham (fallecido en 1292) se basó en el trabajo de Bacon, Grosseteste y una amplia gama de escritores anteriores para producir lo que se convirtió en el libro de texto más utilizado sobre óptica de la Edad Media, la Perspectiva communis. Su libro se centró en la cuestión de la visión, en cómo vemos, más que en la naturaleza de la luz y el color. Pecham siguió el modelo expuesto por Alhacen, pero interpretó las ideas de Alhacen a la manera de Roger Bacon.

Al igual que sus predecesores, Witelo (nacido alrededor de 1230, muerto entre 1280 y 1314) se basó en el extenso cuerpo de obras ópticas recientemente traducidas del griego y el árabe para producir una presentación masiva del tema titulada Perspectiva. Su teoría de la visión sigue a Alhacén y no considera el concepto de especie de Bacon, aunque pasajes de su obra demuestran que estuvo influenciado por las ideas de Bacon. A juzgar por la cantidad de manuscritos supervivientes, su trabajo no fue tan influyente como los de Pecham y Bacon, pero su importancia y la de Pecham crecieron con la invención de la imprenta.

Teodorico de Freiberg (ca. 1250-ca. 1310) fue uno de los primeros en Europa en proporcionar la explicación científica correcta para el fenómeno del arco iris, así como Qutb al-Din al-Shirazi (1236-1311) y su alumno Kamāl al- Dīn al-Fārisī (1260–1320) mencionado anteriormente.

Renacimiento y principios de la Edad Moderna

Johannes Kepler (1571-1630) retomó la investigación de las leyes de la óptica de su ensayo lunar de 1600. Tanto los eclipses lunares como los solares presentaban fenómenos inexplicables, como tamaños de sombra inesperados, el color rojo de un eclipse lunar total y el supuesto luz inusual que rodea un eclipse solar total. Problemas relacionados con la refracción atmosférica aplicados a todas las observaciones astronómicas. Durante la mayor parte de 1603, Kepler hizo una pausa en su otro trabajo para centrarse en la teoría óptica; el manuscrito resultante, presentado al emperador el 1 de enero de 1604, se publicó como Astronomiae Pars Optica (La parte óptica de la astronomía).). En él, Kepler describió la ley del inverso del cuadrado que rige la intensidad de la luz, el reflejo de los espejos planos y curvos y los principios de las cámaras estenopeicas, así como las implicaciones astronómicas de la óptica, como el paralaje y los tamaños aparentes de los cuerpos celestes. Astronomiae Pars Optica se reconoce generalmente como la base de la óptica moderna (aunque la ley de refracción brilla por su ausencia).

Willebrord Snellius (1580–1626) encontró la ley matemática de la refracción, ahora conocida como la ley de Snell, en 1621. Posteriormente, René Descartes (1596–1650) demostró, mediante el uso de la construcción geométrica y la ley de la refracción (también conocida como la ley de Descartes), que el radio angular de un arco iris es de 42° (es decir, el ángulo subtendido en el ojo por el borde del arco iris y el centro del arco iris es de 42°). También descubrió de forma independiente la ley de la reflexión, y su ensayo sobre óptica fue la primera mención publicada de esta ley.

Christiaan Huygens (1629–1695) escribió varias obras en el área de la óptica. Estos incluían la Opera reliqua (también conocida como Christiani Hugenii Zuilichemii, dum viveret Zelhemii toparchae, opuscula posthuma) y el Traité de la lumière.

Isaac Newton (1643-1727) investigó la refracción de la luz y demostró que un prisma podía descomponer la luz blanca en un espectro de colores y que una lente y un segundo prisma podían recomponer el espectro multicolor en luz blanca. También demostró que la luz coloreada no cambia sus propiedades separando un haz coloreado e iluminándolo sobre varios objetos. Newton notó que independientemente de si se reflejaba, se dispersaba o se transmitía, se mantenía del mismo color. Por lo tanto, observó que el color es el resultado de la interacción de los objetos con la luz ya coloreada en lugar de que los objetos generen el color por sí mismos. Esto se conoce como la teoría del color de Newton. De este trabajo concluyó que cualquier telescopio refractor sufriría la dispersión de la luz en colores, e inventó un telescopio reflector (hoy conocido como telescopio newtoniano) para sortear ese problema. Puliendo sus propios espejos, utilizando los anillos de Newton para juzgar la calidad de la óptica de sus telescopios, pudo producir un instrumento superior al telescopio refractor, debido principalmente al diámetro más amplio del espejo. En 1671, la Royal Society solicitó una demostración de su telescopio reflector. Su interés lo animó a publicar sus notas.On Color, que más tarde amplió en su Opticks. Newton argumentó que la luz está compuesta de partículas o corpúsculos y se refractan acelerando hacia el medio más denso, pero tuvo que asociarlas con ondas para explicar la difracción de la luz (Óptica Bk. II, Props. XII-L). En cambio, los físicos posteriores favorecieron una explicación puramente ondulatoria de la luz para explicar la difracción. La mecánica cuántica de hoy, los fotones y la idea de la dualidad onda-partícula tienen solo una pequeña semejanza con la comprensión de la luz de Newton.

En su Hipótesis de la Luz de 1675, Newton postuló la existencia del éter para transmitir fuerzas entre partículas. En 1704, Newton publicó Óptica, en la que expuso su teoría corpuscular de la luz. Consideró que la luz estaba compuesta de corpúsculos extremadamente sutiles, que la materia ordinaria estaba hecha de corpúsculos más burdos y especuló que a través de una especie de transmutación alquímica "¿No son los Cuerpos burdos y la Luz convertibles uno en otro,... y los Cuerpos no pueden recibir mucho?" de su Actividad a partir de las Partículas de Luz que entran en su Composición?"

Óptica difractiva

Los efectos de la difracción de la luz fueron cuidadosamente observados y caracterizados por Francesco Maria Grimaldi, quien también acuñó el término difracción, del latín diffringere, 'romper en pedazos', refiriéndose a la luz rompiéndose en diferentes direcciones. Los resultados de las observaciones de Grimaldi se publicaron póstumamente en 1665. Isaac Newton estudió estos efectos y los atribuyó a la inflexión.de rayos de luz. James Gregory (1638-1675) observó los patrones de difracción causados ​​por una pluma de ave, que fue efectivamente la primera red de difracción. En 1803, Thomas Young hizo su famoso experimento observando la interferencia de dos rendijas estrechamente espaciadas en su interferómetro de doble rendija. Explicando sus resultados por la interferencia de las ondas que emanan de las dos rendijas diferentes, dedujo que la luz debe propagarse como ondas. Augustin-Jean Fresnel hizo estudios y cálculos de difracción más definitivos, publicados en 1815 y 1818, y por lo tanto dio un gran apoyo a la teoría ondulatoria de la luz que había sido propuesta por Christiaan Huygens y revigorizada por Young, contra la teoría de partículas de Newton.

Lentes y fabricación de lentes

Existe evidencia arqueológica en disputa sobre el uso de lentes en la antigüedad, que abarca varios milenios. Se ha sugerido que las cubiertas oculares de vidrio en los jeroglíficos del Antiguo Reino de Egipto (c. 2686-2181 a. C.) eran lentes de menisco de vidrio simples y funcionales. De manera similar, la llamada lente de Nimrud, un artefacto de cristal de roca que data del siglo VII a. C., puede haber sido utilizada como lupa o como decoración.

El registro escrito más antiguo de ampliación se remonta al siglo I d. C., cuando Séneca el Joven, tutor del emperador Nerón, escribió: "Las letras, por pequeñas e indistintas que sean, se ven ampliadas y más claramente a través de un globo o vaso lleno de agua".. También se dice que el emperador Nerón vio los juegos de gladiadores usando una esmeralda como lente correctiva.

Ibn al-Haytham (Alhacén) escribió sobre los efectos de los agujeros de alfiler, las lentes cóncavas y las lupas en su Libro de Óptica de 1021 d.C. Las obras escritas sobre óptica del fraile inglés Roger Bacon de las décadas de 1260 o 1270, basadas en parte en las obras de escritores árabes, describían la función de los lentes correctores para la visión y los anteojos ardientes. Estos volúmenes fueron bocetos para una publicación más grande que nunca se produjo, por lo que sus ideas nunca tuvieron una difusión masiva.

Entre los siglos XI y XIII se inventaron las "piedras de lectura". Utilizados a menudo por los monjes para ayudar a iluminar los manuscritos, estos eran lentes plano-convexos primitivos hechos inicialmente cortando una esfera de vidrio por la mitad. A medida que se experimentaba con las piedras, poco a poco se fue comprendiendo que las lentes menos profundas aumentaban con mayor eficacia. Alrededor de 1286, posiblemente en Pisa, Italia, se fabricaron los primeros anteojos, aunque no está claro quién fue el inventor.

Los primeros telescopios en funcionamiento conocidos fueron los telescopios de refracción que aparecieron en los Países Bajos en 1608. Su inventor es desconocido: Hans Lippershey solicitó la primera patente ese año, seguida de una solicitud de patente de Jacob Metius de Alkmaar dos semanas después (ninguno de los dos se concedió desde ejemplos del dispositivo parecían ser numerosos en ese momento). Galileo mejoró enormemente estos diseños al año siguiente. A Isaac Newton se le atribuye la construcción del primer telescopio reflector funcional en 1668, su reflector newtoniano.

Los primeros ejemplos conocidos de microscopios compuestos, que combinan una lente objetivo cerca del espécimen con un ocular para ver una imagen real, aparecieron en Europa alrededor de 1620. El diseño es muy similar al del telescopio y, al igual que ese dispositivo, se desconoce su inventor. Una vez más, las afirmaciones giran en torno a los centros de fabricación de gafas en los Países Bajos, incluidas las afirmaciones de que fue inventado en 1590 por Zacharias Janssen y/o su padre, Hans Martens, afirma que fue inventado por el fabricante de gafas rival, Hans Lippershey, y afirma que fue inventado por el expatriado Cornelis. Drebbel, de quien se observó que tenía una versión en Londres en 1619.Galileo Galilei (también citado a veces como inventor del microscopio compuesto) parece haber descubierto después de 1609 que podía enfocar de cerca su telescopio para ver objetos pequeños y, después de ver un microscopio compuesto construido por Drebbel exhibido en Roma en 1624, construyó su propia versión mejorada.. El nombre "microscopio" fue acuñado por Giovanni Faber, quien le dio ese nombre al microscopio compuesto de Galileo Galilei en 1625.

Óptica cuántica

La luz está compuesta de partículas llamadas fotones y, por lo tanto, inherentemente está cuantizada. La óptica cuántica es el estudio de la naturaleza y los efectos de la luz como fotones cuantificados. La primera indicación de que la luz podría cuantificarse provino de Max Planck en 1899 cuando modeló correctamente la radiación del cuerpo negro al suponer que el intercambio de energía entre la luz y la materia solo ocurría en cantidades discretas que denominó cuantos. No se sabía si la fuente de esta discreción era la materia o la luz.En 1905, Albert Einstein publicó la teoría del efecto fotoeléctrico. Parecía que la única explicación posible para el efecto era la cuantización de la luz misma. Más tarde, Niels Bohr demostró que los átomos solo podían emitir cantidades discretas de energía. La comprensión de la interacción entre la luz y la materia a raíz de estos desarrollos no solo formó la base de la óptica cuántica, sino que también fue crucial para el desarrollo de la mecánica cuántica en su conjunto. Sin embargo, los subcampos de la mecánica cuántica que se ocupan de la interacción materia-luz se consideraban principalmente como investigación sobre la materia más que sobre la luz y, por lo tanto, se hablaba más bien de física atómica y electrónica cuántica.

Esto cambió con la invención del máser en 1953 y el láser en 1960. La ciencia del láser (la investigación de los principios, el diseño y la aplicación de estos dispositivos) se convirtió en un campo importante, y la mecánica cuántica subyacente a los principios del láser se estudió ahora con más énfasis en las propiedades de la luz, y el nombre de óptica cuántica se hizo habitual.

Como la ciencia del láser necesitaba buenos fundamentos teóricos, y también porque la investigación sobre estos pronto demostró ser muy fructífera, aumentó el interés por la óptica cuántica. Siguiendo el trabajo de Dirac en la teoría cuántica de campos, George Sudarshan, Roy J. Glauber y Leonard Mandel aplicaron la teoría cuántica al campo electromagnético en las décadas de 1950 y 1960 para obtener una comprensión más detallada de la fotodetección y las estadísticas de la luz (ver grado de coherencia). Esto condujo a la introducción del estado coherente como una descripción cuántica de la luz láser y a la comprensión de que algunos estados de la luz no podían describirse con ondas clásicas. En 1977, Kimble et al. demostró la primera fuente de luz que requería una descripción cuántica: un solo átomo que emitía un fotón a la vez. Otro estado cuántico de la luz con ciertas ventajas sobre cualquier estado clásico, luz exprimida, pronto se propuso. Al mismo tiempo, el desarrollo de pulsos láser cortos y ultracortos, creados mediante técnicas de cambio de Q y bloqueo de modo, abrió el camino al estudio de procesos inimaginablemente rápidos ("ultrarrápidos"). Se encontraron aplicaciones para la investigación del estado sólido (p. ej., espectroscopia Raman) y se estudiaron las fuerzas mecánicas de la luz sobre la materia. Este último condujo a levitar y posicionar nubes de átomos o incluso pequeñas muestras biológicas en una trampa óptica o pinzas ópticas mediante un rayo láser. Esto, junto con el enfriamiento Doppler, fue la tecnología crucial necesaria para lograr la célebre condensación Bose-Einstein.) procesos. Se encontraron aplicaciones para la investigación del estado sólido (p. ej., espectroscopia Raman) y se estudiaron las fuerzas mecánicas de la luz sobre la materia. Este último condujo a levitar y posicionar nubes de átomos o incluso pequeñas muestras biológicas en una trampa óptica o pinzas ópticas mediante un rayo láser. Esto, junto con el enfriamiento Doppler, fue la tecnología crucial necesaria para lograr la célebre condensación Bose-Einstein.) procesos. Se encontraron aplicaciones para la investigación del estado sólido (p. ej., espectroscopia Raman) y se estudiaron las fuerzas mecánicas de la luz sobre la materia. Este último condujo a levitar y posicionar nubes de átomos o incluso pequeñas muestras biológicas en una trampa óptica o pinzas ópticas mediante un rayo láser. Esto, junto con el enfriamiento Doppler, fue la tecnología crucial necesaria para lograr la célebre condensación Bose-Einstein.

Otros resultados notables son la demostración del entrelazamiento cuántico, la teletransportación cuántica y (recientemente, en 1995) las puertas lógicas cuánticas. Estos últimos son de gran interés en la teoría de la información cuántica, un tema que surgió en parte de la óptica cuántica y en parte de la informática teórica.

Los campos de interés actuales entre los investigadores de la óptica cuántica incluyen la conversión descendente paramétrica, la oscilación paramétrica, pulsos de luz aún más cortos (en attosegundos), el uso de la óptica cuántica para obtener información cuántica, la manipulación de átomos individuales y condensados ​​de Bose-Einstein, su aplicación y cómo manipular ellos (un subcampo a menudo llamado óptica atómica).