Breve storia dell ottica

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1 Breve storia dell ottica E. Modica Istituto Provinciale di Cultura e Lingue Ninni Cassarà A.S. 2010/2011

2 Osservazioni La Genesi In principio Dio creò il cielo e la terra. La terra era informe e deserta e le tenebre ricoprivano l abisso e lo spirito di Dio aleggiava sulle acque. Dio disse: Sia la luce! E la luce fu. Dio vide che la luce era cosa buona e separò la luce dalle tenebre e chiamò la luce giorno e le tenebre notte. [...] Dio disse: Ci siano le luci nel firmamento del cielo, per distinguere il giorno dalla notte; servano da segni per le stagioni, per i giorni e gli anni e servano da luci nel firmamento del cielo per illuminare la terra. E così avvenne: dio fece le due luci grandi, la luce maggiore per regolare il giorno e la luce minore per regolare la notte, e le stelle. Dio le pose nel firmamento del cielo per illuminare la terra e per regolare giorno e notte e per separare la luce dalle tenebre.

3 Osservazioni Osservazioni La luce e le tenebre sono create il primo giorno, il sole e la luna il quarto giorno. Luce e tenebre esistono a prescindere dalle sorgenti di luce e a prescindere da chi le vede (l uomo). Non sembra che ci sia una propagazione della luce. Luce e tenebre hanno un significato metaforico: essere nella luce vuol dire essere in grazia di Dio.

4 ( a.c.) Non tratta la visione nel suo libro di fisica ma nel De Anima e nel De sensu. Propose come causa della visione un movimento che si propaga dall oggetto all occhio modificando lo stato di un mezzo trasparente alla luce che non si vede, il diafano. Il colore muove il diafano e questo fa si che si vedano tutte le cose; quindi il colore non è visibile senza la luce. Non chiarisce il rapporto tra luce e diafano.

5 ( a.c.) Formula la teoria dei simulacra secondo la quale: le immagini si staccano dagli oggetti e ne conservano sia la forma che l aspetto; la visione delle cose è resa possibile dall urto fra tali immagini e l occhio.

6 (98-54 a.c.) Nel libro IV del suo De rerum natura riprende la teoria epicurea dei simulacra. Non si basa su deduzioni logiche ma su analogie e differenze con altri fenomeni. Tutti i corpi emanano continuamente tenue immagini che si aggirano nell aria mantenendo aspetto e forma dei corpi dai quali provengono. Gli oggetti emanano elementi anche dalla loro superficie, quindi, emanano il loro colore, di conseguenza, quest ultimo risulta essere una proprietà dell oggetto.

7 Il comportamento dei simulacra Se incontrano superfici di vetro le attraversano. Se incontrano una roccia si frantumano non rendendo alcuna immagine. Se incontrano uno specchio non l attraversa né si frantuma, ma viene riflesso con una velocità superiore a quella della luce solare.

8 Osservazioni La Genesi Causa della visione: le immagini, senza di esse nessuna cosa può essere veduta. Meccanismo della visione: le immagini, entrando in contatto con i nostri occhi, producono la vista che si configura come una sensazione tattile (una certa forma toccata al buio risulta identica a quella che si vede alla luce). Percezione della distanza: è opera dei simulacra che spingono l aria frapposta fra noi e l oggetto detergendo le pupille; cioè più a lungo l aria deterge i nostri occhi, tanto più lontano è collocato l oggetto, quindi l aria risulta essere il mezzo per determinare quanto un corpo sia distante da noi. Non siamo in grado di vedere i simulacra a causa della rapidità di tutte le operazioni descritte.

9 ( a.c.) Il suo approccio al problema della visione è di tipo matematico. Nei due libri Ottica e Catottrica egli pone dei postulati dai quali poter dedurre tutta la sua teoria. Tre esempi di postulati sono i seguenti: P1 I raggi emessi dall occhio si propagano in linea retta. P2 Quello che noi vediamo è un cono che ha come base il contorno dell oggetto (quindi non si vede il colore, ma solo il contorno). P3 Si vedono gli oggetti sui quali cadono i raggi visuali.

10 ( a.c.) Ritiene che i raggi luminosi si propagano dall occhio verso gli oggetti osservati. Dato l approccio scelto, non si pose il problema della natura della luce.

11 Abu Ali ibn al-hàitham La Genesi Scrisse diverse opere sui fenomeni ottici: Epistola sulla luce. Libro dell ottica. Teoria di Alhazen: l occhio sente l oggetto per mezzo di raggi che questo gli invia con velocità finita; i raggi luminosi devono avere un esistenza reale perché la luce intensa danneggia gli occhi.

12 Abu Ali ibn al-hàitham La Genesi La sua analisi dell aspetto geometrico della formazione delle immagini lo portò a scoprire come le immagini degli oggetti si formino capovolte sulla retina: ciò lo lasciò perplesso e per risolvere il dilemma abbandonò l esperienza e invocò una ipotesi del tutto errata, cioè il nostro sistema visivo sentirebbe l immagine quando essa si forma sulla prima superficie del cristallino.

13 Nella seconda metà del Cinquecento pubblica le opere: Magiae Naturalis libri IV (1589): miscuglio di argomenti vari quali la camera oscura, gli occhiali con lenti, etc. De Refractione (1593): tenta una teoria delle lenti ma introduce una terminologia molto confusa. L importanza del lavoro di Della Porta consiste nell avere stimolato l interesse di Keplero.

14 Pubblica nel 1604 il saggio Ad Vitellionem Paralipomeni, la sua prima opera riguardante l ottica. Il titolo vuol dire Aggiunte a Witelo, un astronomo polacco del XIII secolo che eseguì traduzioni di testi arabi e che riporta idee di Alhazen senza citare la fonte. In tale opera ci sono alcuni fondamenti dell ottica geometrica. Conquiste riportate in tale opera: descrizione e giustificazione delle immagini virtuali generate da specchi piani spiegazione di come gli occhiali correggano i difetti della vista.

15 Nel 1610 ottiene un cannocchiale costruito da Galileo che gli fa finalmente apprezzare l importanza delle lenti. Nell arco di pochi mesi mette a punto la teoria delle lenti quali diottri per ingrandimento e manda alle stampe la Dioptrice (1611) che può essere considerato il primo trattato di ottica geometrica. La Dioptrice si basa su un sistema di assiomi, quali: la luce è emessa dalle sorgenti; un punto emette in tutte le direzioni; un raggio si comporta come una linea della geometria euclidea. Considera la luce dotata di velocità infinita dato che, nell ambito dell ottica geometrica, questa assunzione non crea problemi.

16 I suoi contributi alla natura della luce e all ottica li troviamo nei seguenti scritti: la Dioptrique; le Météores; Le Monde ou Traité de la Lumière. Nella Dioptrique espone la corretta formulazione quantitativa della legge della rifrazione a cui egli giunse in base a un presupposto del tutto errato: per spiegare l avvicinamento alla normale del raggio rifratto da un vetro o dall acqua egli conclude che la componente parallela alla superficie rifrangente rimane inalterata dopo la rifrazione, mentre quella perpendicolare aumenta, il che implicherebbe che la luce viaggia più velocemente nei mezzi più densi.

17 Elabora tre modelli contraddittori della luce: la luce è composta da particelle in movimento vorticoso; la luce è una specie di fluido che passa attraverso i pori di un mezzo; la luce è costituita da onde che esercitano pressione su un mezzo elastico che pervade tutto.

18 Non si avvalse di alcuna teoria sulla natura dei raggi luminosi ma si basò semplicemente sui risultati raccolti da diversi sperimentatori e in particolare da Keplero per pervenire alla legge della rifrazione: sin i sin r = k Non si sa se Cartesio conoscesse tale legge, ma è chiaro che i due scienziati sono arrivati alla corretta formulazione con premesse e ragionamenti del tutto indipendenti e pertanto è corretto chiamare la legge della rifrazione col nome di legge di Snell-Cartesio.