Введение.

Оптика является одним из наиболее интересных и плодотворных разделов физики, оказавшей огромное влияние не только на развитие других наук, но и во многом определившей современное научное мировоззрение. История оптики уходит к древнейшим временам и в древнеегипетских и античных документах можно найти упоминания о лупах и очках, изготовленных из драгоценных камней, а также попыток выяснить природу света и объяснить некоторые оптические явления, в частности законы преломления и отражения. ( Евклид, Птолемей, Аристотель и др.) Но наиболее важным результатом той древней оптики является то, что она способствовала появлению геометрии, науки, которой мы успешно пользуемся до настоящего времени. Это во многом объясняется тем, что основное понятие геометрии - прямая линия - ассоциируется с лучом света.

В средние века были изобретены основные оптические приборы - зрительные трубы и микроскопы. Совершенно ясно, что именно они позволили понять строение вселенной и управляющих ею законы механики (Галилей, Кеплер), а также заглянуть в мир микроорганизмов ( Левенгук ).

Несколько позже появились теории, объясняющие природу света: Ньютона - полагавшего, что свет это поток частиц - корпускул, двигающихся по прямым линиям - лучам, и Гюйгенса - считавшего, что свет это волновой процесс. Эти теории приводили к одинаковым результатам, но долгое время они конфликтовали между собой из-за принципиальных разногласий. Однако большее предпочтение отдавалось корпускулярной, во многом благодаря огромному авторитету Ньютона. Лишь спустя более 100 лет Френелю удалось теоретически и экспериментально показать справедливость волнового представления света. Непротиворечивость этих подходов к природе света была доказана лишь после появления системы уравнений Максвелла, показывающих, что электромагнитные поля распространяются в виде волн, а вся теория Френеля может быть получена как следствие этих уравнений. Вскоре трудами Гамильтона, Шварцшильда и других было показано, что корпускулярная теория как анализ систем уравнений хода лучей, которые могут быть интерпретированы как траектории корпускул, может быть построена на решениях уравнения эйконала, получаемого из уравнений Максвелла предельным переходом . При этом физическое наличие же самих световых частиц - корпускул не предполагалось. Таким образом, произошло примирение подходов к оптике Ньютона и Гюйгенса.

На рубеже XIX и XX веков в физике произошла настоящая революция: наука столкнулась с явлениями, которые, разработанные к тому времени теории не могли объяснить. Это были вопросы, связанные с излучением черного тела и постоянства скорости света относительно систем, движущихся с разными скоростями. Как известно, первое из этих затруднений было преодолено благодаря квантовой теории, в основе которой было предположение (вскоре экспериментально подтвержденное), что все материальные тела имеют волновые свойства (т.н. волны де Бройля) и их влияние усиливается с уменьшением длины волны, которая, в свою очередь, обратно пропорциональна энергии и импульсу этого тела. Де Бройль выдвинул эту гипотезу по аналогии связи лучевой ( корпускулярной ) и волновой теорией распространения света. В квантовой механике это положение так и называется - оптико-механические аналогии.

Второй, упомянутый выше эффект, был обнаружен с помощью оптического прибора - интерферометра Майкельсона и положил начало другой, не менее впечатляющей и плодотворной теории - теории относительности. Одним из ее выводов является, что электромагнитное поле обладают массой и импульсом, т.е. в какой-то мере подобно материальному телу и его можно считать потоком элементарных частиц - фотонов. Их наличие было также экспериментально обнаружено. Таким образом, спустя много лет, подтвердилась и гипотеза Ньютона о корпускулярной теории света, уже как о потоке частиц фотонов - корпускул. В настоящее время никаких противоречий между волновым и фотонным подходам к оптике нет, они описывают разные свойства одного явления, и это обстоятельство называется дуализмом света.

В настоящее время оптика продолжает бурно развиваться. Изобретение лазеров в середине ХХ века привела к появлению таких новых направлений, как голография, оптическая связь, лазерные технологии, интегральная оптика и многие другие; прогресс в оптическом производстве и внедрение вычислительной техники позволило создать как высококачественные оптические приборы для массового спроса, так и уникальные, в частности сверхмощные телескопы; оптические приборы для измерения и контроля подняли уровень автоматизации производства практически во всех отраслях на небывало высокую уровень - все это свидетельствует о той важной роли, которую играет оптика в нынешнюю эпоху научно - технической революции.

Надо полагать, что и в дальнейшем оптика будет занимать достойное место в науке и технике. Конечно, трудно заглядывать в будущее, но одно несомненное качество оптических систем - их колоссальное информационное пропускание, наверняка будет востребовано.