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近代光学之父伊本•海赛姆

字号+作者: 来源: 2015-08-25 16:58 我要评论() 收藏成功收藏本文

【按:2013年12月20日联合国第六十八届会议决定 将 2015年设定为Internatinoal Year o...'...

【按:2013年12月20日联合国第六十八届会议决定 将 2015年设定为Internatinoal Year of Light and Ligght-based Technologies,即光和光基技术国际年 ,简称国际光年。在一系列纪念活动中,有近代光学之父之称的穆斯林科学家伊本•海赛姆及其成就再次成为焦点。】

古代希腊的学者对光也有一些出色细致的探讨。他们也很早就知道应用火镜,在希腊古剧作家阿里斯托芬(Aristophanes,公元前446—385年)的剧本《云》(公元前424年写成)中就有一段“用透明的石头(玻璃)点火”的对话。古希腊学者对于光视觉有过很认真的探讨。毕达哥拉斯(Py-thagoras,公元前570—496年)和德谟克里特(De-mocritus,公元前460—371年)等人认为视觉是由物体射出的某种微粒达到眼睛形成的;而恩培多克勒(Empedocles,公元前493?—433?年)、柏拉图(Plato,公元前427—343年)和欧几里得(Eu-clid,公元前330?—275?年)等人认为视觉是眼睛发出某种东西,遇到物体发出别的东西形成的。柏拉图学派曾讲授过光的直线行进以及反射,知道反射角与入射角相等,欧几里得的著作《反射光学》(Catoptrics)也探讨过反射。几百年后,托勒密(Ptoleemy,公元2世纪)甚至探讨过折射现象,测量过折射角和入射角,知道两者角度小时大体成比例,列成表放在他的光学著作里。

这些光学的文明曙光之后,人类对光现象的认识有一段漫长的等待才在公元10世纪左右迎来真正的晨辉。这次文明的光芒发自阿拉伯世界,其代表就是2015国际光年要纪念的阿拉伯学者伊本•海赛姆(Ibn Al Haythem,拉丁文名AL-hazen,公元965—1040)。

约在公元8世纪,伊斯兰教的阿拉伯国家兴起,学者们翻译并研究了从希腊人图书馆抢救出来的希腊古籍,承继了其科学思想,出现了科学史上的阿拉伯时代。伊本•海赛姆就是这个时代阿拉伯学者的杰出代表。伊本•海赛姆出生在巴格达,长期在开罗居住并在那里去世。他是当时杰出的数学家、天文学家、光学家。他一生著述甚多,其中不少由中世纪的欧洲学者从阿拉伯文翻译成拉丁文,得以流传下来,最负盛名的是在1015年前后若干年写成的《光学》(Book of optics)7卷,这部书全面发展了希腊学者对光的认识。书的1~3卷是讨论光视觉的,他赞成毕达哥拉斯和德谟克里特等人的观点,认为视觉感受来源于被看见的物体的光;他在书中研究了光的进入、眼的结构、像的形成,特别依据解剖学著作详细叙述和描绘了人眼,以致至今一些眼的医学术语都沿用他书中用词的拉丁译文(如角膜、玻璃体等)。《光学》的4~7卷通过描述实际的实验来说明光的直线传输,反射和折射,包括应用不同的球面镜、圆柱面镜和圆锥面镜等。他发现平行于主轴的光线入射到柱面镜上时,都将反射交会到这个轴上;进一步提出了后人称道的“Alhazen问题”:在发光点和眼睛的位置已定的情况下,寻找球面镜、圆柱面镜和圆锥面镜上的反射点。特别值得一提的是,他还指出光的反射现象中除反射角等于入射角外,还有“两者在一个平面内”,从而最终完成了光的反射定律;另外,他设计了一个和现代教学实验基本类似的带刻度圆盘,垂直放置在水面,仔细测量了光进入水的入射角和折射角,指出托勒密认为的两者角度成比例是不对的,可惜也没有进一步得到折射定律。他还非常清楚地分析了小孔暗箱的作用。由于他的这一著作对后世欧洲学者的巨大影响,所以不少西方学者把他看成为“近代光学之父”(the father of modern optics)。

海赛姆的光学书封面

光视觉和眼的结构

他的另一贡献是开创了科学的研究方法论。他强调用实验验证理性的思索。他说过:“如果一个科学家的目标是寻求真理,那么他必须使自己成为他读到的东西的‘敌人’。”因而用实验去检验那些写出的东西,而不是盲目地接受它为真理。这与后世发展出的现代研究方法论的精髓是一致的。

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【节选自《光学千年—— 国际光年概观光学千年发展》】

作者简介:李师群 ,男 ,教授 ,主要从事量子光学和光子学物理的科研和教学工作 ,研 究方向是玻色-爱因斯坦凝聚 ,纳米光子学 .

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