Работы Птолемея в области оптики
Работы Птолемея в области оптики
Клавдий Птолемей оставил после себя не только лишь выдающиеся труды по астрономии и географии — ему принадлежит также монография по оптике, крепко во шедшая в историю мировой науки.
Термин «оптика» происходит от греческого опсис (зрение) и в древнюю эру означал фактически науку о зрении. Не считая того, была катоптрика — наука об отражении лучей света от зеркальных поверхностей и диоптрика — наука об оптических измерениях.
Приблизительно в V в. до н. э. сложились два обратных представления о свете и его восприятии зрением человека. Согласно одному из их, развитому старыми атомистами, свет и цвета — это вещественные истечения, выходящие из предмета и достигающие глаза. Переносчиками изображения служат мелкие частички («атомы света»). Узнаваемый римский поэт Лукреций Кар (I в. до н. э.) в поэме «О природе вещей» так излагает эту точку зрения. На поверхности предметов находится
Огромное количество маленьких тел, что способны от их отрываться в четком порядке, всегда сохраняя их вид и форму.
Другое представление (которого придерживался, к примеру, Евклид) основано на том, что лучи исходят из наших пролаз и вроде бы «ощупывают» предмет. Такая точка зрения лучше соответствовала представлениям геометрической (лучевой) оптики. Угловые размеры и расстояния меж объектами также просто истолковывались с этих позиций. В качестве обоснования сторонники этого взора приводили тот факт, что у кошек и неких других животных глаза ночкой сияют, вроде бы испуская «лучи зрения».
Независящим от этих 2-ух представлений было учение о свете Аристотеля. В нем подчеркивалось значение промежной прозрачной среды в передаче света и цветовых чувств. Этой средой может быть воздух, вода и даже некие твердые вещества (к примеру, стекло). Цветовые характеристики предметов Аристотель связывал с конфигурацией параметров промежной среды и ее воздействием на наш глаз.
Более старенькой, дошедшей до нас работой в этой области является «Оптика» Евклида. Он развил главные положения геометрической оптики и теории перспективы. Евклид выводит законы перспективы из 14-ти положений, основанных на данных наблюдений.
К огорчению, «Катоптрика» Евклида до нас не дошла. Сочинение с таким заглавием, некое время приписывавшееся Евклиду, оказалось компиляцией IV в. н. э., создателем которой является, может быть, Теон Александрийский. Подлинная «Катоптрика» Евклида скоро была оттеснена на 2-ой план «Катоптрикой» Архимеда (также не дошедшей до нас). Понятно, но, что книжка Архимеда содержала серьезное изложение достижений геометрической оптики тех пор. Архимед был не только лишь теоретиком в области оптики, да и экспериментатором. Но версия о том, что Архимед типо спалил неприятельский флот, направив на него лучи Солнца при помощи вогнутых зеркал, — всего только прекрасная легенда, хотя и основанная на том, что Архимед, может быть, проводил какие-то опыты с вогнутыми зеркалами.
По сопоставлению с оптическими трактатами Евклида и Архимеда «Катоптрика» Герона Александрийского (ок. 150 — ок. 250 г. н. э.) содержала ряд новых частей. В ней Герон доказывал прямолинейность световых лучей нескончаемой скоростью их распространения.
В собственном трактате Герон рассматривает разные формы зеркал (а именно, цилиндрические) и вызываемые ими преломления изображений. Интересно, что «Катоптрика» Герона сначало приписывалась… Птолемею.
Не считая «Катоптрики» Герон написал трактат «О диоптре», в каком описывается визирное устройство для угловых измерений.
Большая часть древних создателей уделяли основное внимание отражению света. Вопрос о преломлении света находился в наименее ясном положении, Аристотель писал о «переламывании» луча (называя это явление термином анакласис), но включал в это понятие и отражение, и преломление. Клеомед считал, что при насыщенном влагой воздухе Солнце можно созидать даже тогда, когда оно находится ниже горизонта. Это явление — астрономическая рефракция. Клеомед основывался на представлении о лучах, исходящих из глаза. По его воззрению, проходя через мокроватый воздух, лучи становятся тяжелее от проникающей в их воды и поэтому скривляют собственный путь.
Той же концепции лучей, испускаемых глазом, придерживался и Птолемей. В вопросах отражения света и природы зрения он не пошел далее собственных предшественников. С неувязкой рефракции дело обстояло по другому.
В «Альмагесте» явление рефракции только упоминается (в книжке IX, гл. 2). Не считая того, в книжке I, гл. 3 Птолемей дискуссирует вопрос о кажущемся увеличении видимых поперечников Солнца и Луны у горизонта. Там он разъясняет это явление «увеличением влажности в атмосфере» на пути горизонтального луча. В «Оптике» этому явлению дается совсем правильное разъяснение — как чисто психическому эффекту. В купе с тем, что в «Оптике» тщательно рассматривается явление рефракции, это дает все основания считать, что «Оптика» — более позже произведение Птолемея, чем «Альмагест».
История предстоящей судьбы этого произведения Птолемея более увлекательна, чем история судьбы «Альмагеста». По-видимому, в IX в. «Оптика» была переведена с греческого на арабский язык. В XIIв. эмир Евгений Сицилийский (ок. 1125 — ок. 1195) выполнил ее перевод с арабского языка на латынь.
Об «Оптике» Птолемея докладывали в собственных произведениях Дамиан (IV в.), Симпликий (VI в.), Олимпиодор (VI в.) и Симеон Сет (XI в.). Приводимые ими отрывки из «Оптики» на греческом языке отлично согласуются с текстом Евгения Сицилийского.
Латинский перевод «Оптики» (тогда еще рукописный) использовали в собственных трудах по оптике Роджер Бэкон (ок. 1214 — 1292) и Вителло (ок. 1225 — он. 1280). Но если Бэкон прямо ссылается на труд Птолемея и высоко оценивает его, то у Вителло ссылок на Птолемея нет, но в его сочинении «Перспектива» много общего с рассмотрением тех же вопросов у Птолемея.
В XII в. была переведена на латинский язык «Оптика» арабского ученого Ибн аль-Хайсама, известного под латинизированным именованием Альхазен.
«Оптика» Птолемея состоит из 5 книжек. 1-ая книжка (как досадно бы это не звучало, до нас не дошедшая) была посвящена общим рассуждениям о свете и зрении. Во 2-ой книжке рассматриваются условия зрительного восприятия, также обманы и ошибки зрения. 3-я книжка содержит общие законы отражения, теорию плоских и выпуклых зеркал, 4-ая — теорию вогнутых, конических и пирамидальных зеркал. 5-ая книжка, более увлекательная и уникальная, посвящена диоптрике. Тут же, в главах 23 — 30, тщательно дискуссируется неувязка рефракции.
Обнаружение и исследование «Оптики» Птолемея позволило современным ученым осознать, до какого уровня дошла древнегреческая наука в этой области познания. Ряд открытий в оптике, ранее приписывавшихся арабским ученым (а именно, Альхазену), в реальности принадлежат Птолемею и неким его предшественникам.
Естественно, «Оптика» Птолемея не имела такового воздействия на развитие науки, как «Альмагест» и «География», но свою роль она сыграла. Птолемей крепко поставил эту науку на математический фундамент, введя в нее результаты измерений и тестов.