Ottica

Già nell'Ottica di Euclide (- 280 a.C.) si trovano esposti i principi dell'ottica geo- metrica. Tolomeo ( 100-170 d.C.) studiò la riflessione e la rifrazione della luce, trovando anche un'approssimazione alla legge della rifrazione. Gli scienziati greci non giunsero tuttavia ad alcuna conclusione riguardo al fatto se i raggi luminosi si propagano dall'oggetto osservato all'osservatore o viceversa. Aristotele era per la prima ipotesi, Euclide e Tolomeo per la seconda. Argomenti diversi contro quest'ultima teoria furono forniti da Alhazen (Al-Haytham, 965-1040). Lo scienziato arabo tra l'altro calcolò la riflessione da superfici curve, fornì una spiegazione della camera oscura e propose una teoria per la formazione di immagini dalle fessure. Le sue idee furono seguite nel Medioevo attraverso l'opera di Roger Bacon (1219-1292), Witelo (1230-1275) e John Pecham (1230-1292). Nel Rinascimento gli studi di ottica ebbero nuovo impulso con le opere di Johannes Kepler (1571-1630) Ad Vitellionem paralipomena e Dioptricae, seguiti poco dopo dalle invenzioni del microscopio e del telescopio. Le leggi della rifrazione furono trovate nel 1621 da Willebroad Snell (1580-1626) e riderivate successivamente da Descartes (1596-1650) e da Pierre de Fermat (1601-1665). Newton tentò di ridurre I'aberrazione cromatica nelle lenti dei telescopi. Il tentativo, che fallì, lo portò tuttavia a dimostrare che la luce bianca è un miscuglio di colori elementari. Queste idee, espresse fin dal 1672, furono accettate solo dopo la definitiva versione dell'Opticks (1704). Robert Hooke (1635-1702) nella sua Micrographia (1665) e Christian Huygens nel Traité de la lumiére (1678) svilupparono una teoria della propagazione della luce sotto forma di onde di pressione. Newton in conflitto con questa rappresentazione preferiva parlare di "corpuscoli luminosi" anche se trovava difficoltà a spiegare fenomeni come la diffrazione, scoperta da Francesco Maria Grimaldi (1618-1663) nella Physico-Mathesis de lumine (1665) e l'interferenza, per esempio gli anelli di Newton gia descritti da R. Hooke. Sebbene alcuni insigni scienziati del Settecento, come Benjamin Franklin e Leonhard Euler preferissero la teoria ondulatoria, il modello corpuscolare domino fino ai primi anni dell'Ottocento quando l'esperimento del medico inglese Thomas Young (1773-1829) riportò in evidenza l'aspetto ondulatorio della luce. La teoria dell'emissione corpuscolare fu difesa ancora da David Brewster (1781-1868) in Inghilterra e dalla scuola laplaciana in Francia, con E.L. Malus (1775-1812). La teoria ondulatoria prevalse definitivamente con le ricerche di Augustin Fresnel (1788-1827). Dal 1830 il problema fondamentale dell'ottica riguardo lo studio delle proprietà del mezzo che permetteva la propagazione delle oscillazioni luminose. Tale mezzo, genericamente detto "etere", doveva essere estremamente rigido per permettere oscillazioni rapidissime (10" al secondo) e contemporaneamente non doveva offrire resistenza al moto dei corpi che si spostavano in esso. Un nuovo risultato, dovuto a Maxwell, permise di assorbire l'ottica nel campo più vasto dell'elettromagnetismo (1863). La conferma sperimentale arrivo nel 1887 quando Heinrich Hertz (1854-1894) mostro l'esistenza delle onde elettromagnetiche. Gli inizi del ventesimo secolo videro in rapida successione la perdita di importanza del concetto di etere con l'affermarsi della teoria della relatività di Einstein e, sempre con Einstein, la rinascita della teoria corpuscolare con l'ipotesi dei fotoni. La nuova rappresentazione "onda-corpuscolo" si affermò stabilmente con l'avvento della meccanica dei quanti. L'Ottocento fu un secolo d'oro per la strumentazione ottica : microscopi, cannocchiali, goniometri, spettroscopi, macchine fotografiche ed ancora polarimetri, prismi, lenti, banchi ottici, proiettori erano di solito presenti in grande numero nei Gabinetti di Fisica degli Istituti Scolastici. Per vari motivi, non ultima la reale fragilità degli strumenti, molti apparecchi di ottica sono attualmente scomparsi. In ogni caso oltre agli apparecchi per la riflessione e la rifrazione e a serie, quasi sempre incomplete, di lenti e specchi, si trovano spesso spettroscopi e microscopi, modelli di occhio, camere oscure e minuterie varie come oculari ed obbiettivi, otturatori e lastre fotografiche. Gli strumenti didattici di ottica permettevano di presentare facilmente fenomeni già noti oppure di immediata comprensione, che inoltre potevano venire eventualmente proiettati. Oltre agli strumenti tipicamente scientifici, erano quasi sempre presenti nei Gabinetti di Fisica anche quelli dilettevoli, il caleidoscopio, lo stereoscopio, le figure anamorfiche e le lanterne magiche.