光如何传播，如何利用光的特性

自从第一批古代科学家开始实验并试图破解生命、宇宙和我们生活的世界的秘密以来，一个特定的问题就变得显而易见了——什么是光，光如何传播，我们如何利用光的特性。

这个问题的答案开始出现在古埃及和美索不达米亚（Ancient Egypt and Mesopotamia）的生活中，伴随着第一批粗糙镜片的诞生。从那时起，来自亚洲、中东、非洲和欧洲所有主要文化的科学家开始孜孜不倦地致力于测试、假设和构建测试仪器，目的是描述光的行为、性质及其与物质的相互作用方式。

经过两千多年的发展，许多科学领域的发现终于使工程师和发明家们开始测试“现代光学”（“modern optics”），专注于波光学（wave optics）和量子光学（quantum optics）等全新领域的研究。

（1）早期（early days）

大约公元前700年，古埃及人和美索不达米亚人开始打磨水晶（一般是石英玻璃），试图复制类似水的光学效果。其中一个最著名的例子，这些原始镜头是尼姆鲁德镜头（Nimrud lens）。这种透镜产生于公元前750年至710年之间的古亚述，被用作装饰件、放大镜或点火工具。  

  非洲和中东在光学方面迈出的第一步只是激发了希腊和罗马数学家、物理学家和发明家的想象力和决心，他们的实验构成了经典光学的基础（classical optics）。   当时最流行的三大光学流派是柏拉图（Plato）形成的“发射论”（“emission theory”），德谟克利特（Democritus）、伊壁鸠鲁（Epicurus）、亚里士多德（Aristotle）支持的“任务论”（intro mission theory），加上欧几里德在柏拉图之后几百年创立的“几何光学”（geometrical optics）。  

  所有这些理论在罗马帝国垮台后几乎从欧洲的科学界消失了，后来是由中东穆斯林科学家继续发展新技术来测试光的性质。当时最著名的作家是Al-Kindi（801-873），波斯数学家Ibn Sahl和Alhazen，他们有影响力的《光学之书》（Book of Optics）设法在12世纪20年代向欧洲重新介绍了光的性质的现代理论。这本书第一次宣称光是直线传播的，可以反射所有物质（bounce of all matter），直到17世纪，它仍然是欧洲最重要的光学文献之一。      

（2）透镜（Lens）

1284年，随着萨尔维诺·阿马特修士（Friar Salvino D'Armate）发明了第一块可穿戴眼镜（wearable eyeglass），光学的历史发生了巨大的变化。在第二个十年结束之前，意大利工程师和发明家在威尼斯建立了第一个眼镜协会，并开始全力探索这一令人兴奋的科学领域。  

    这种新工艺很快就传遍了欧洲，尤其是在荷兰和德国，他们在14和15世纪成为眼镜制造的中心。光学研究的这种扩展很快使科学家创造出了惊人的发现。约翰内斯·开普勒（Johannes Kepler）在他17世纪早期的著作中扩展了几何光学，形成了关于人类视网膜内部工作（human retina）、凸凹透镜（convex and concave lenses）以及光和天文（astronomical）事件的许多其他性质的第一个正确思想。

      后续，大量牛人继续光学的工作。笛卡尔（René Descartes）、罗伯特·胡克（Robert Hooke）、克里斯蒂安·惠更斯（Christian Huygens）和艾萨克·牛顿（Isaac Newton）的《光学》（Opticks，注意这个词的拼写）一书被认为是当时光研究领域最伟大的成就。    

  （3）对光学有重要贡献的科学家们

  随着无数其他发明家、工程师和物理学家的工作，光学的进步不断，比如托马斯·杨（Thomas Young）在干涉和波的性质方面的贡献，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）的电磁理论，马克斯·普朗克（Max Planck）的黑体辐射理论，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）的光电效应，尼尔斯·波尔（Niels Bohr）的原子发射能量，量子光学和量子力学基础，保罗狄拉克（Paul Dirac ）量子场论等。  

编辑：黄飞