Optika, tāpat kā klasiskā mehānika, ir viena no vecākajām zinātnēm. Gaismas izplatīšanās taisnā virzienā bija zināma Mezopotāmijā un senajā Grieķijā jau 4. gs. p. m. ē., kur šīs zināšanas izmantoja celtniecībā. Sakarību starp Saules augstumu un priekšmetu ēnas garumu 2. gs. p. m. ē. izmantoja Senajā Ķīnā laika noteikšanai ar Saules pulksteņiem. Pasaulē viena no senākajām kalnu kristāla lēcām ir atrasta Nimurdas pils izrakumos Asīrijā. Tā ir izgatavota 750.–710. gadā p. m. ē. Sengrieķu filozofi gaismas dabu sāka apspriest jau ar 5. gs. p. m. ē. Atomistiskās teorijas piekritēji Leikips (Λεύκιππος) un viņa skolnieks Dēmokrits (Δημόκριτος) ticēja, ka visi objekti sastāv no atomiem, kuri pārvietojas tukšā telpā. Šajā uztverē gaismu aprakstīja kā gaismas daļiņu plūsmu taisnā virzienā, kas spēja iespiesties caurspīdīgos objektos. Dažādas krāsas tika skaidrotas ar gaismas atomu atšķirīgām formām vai izmēriem. Citādās domās bija Aristotelis (Ἀριστοτέλης), kurš uzskatīja, ka gaisma ir nevis daļiņa, bet retinātas vides īpašība. Šī teorija bija ļoti populāra un atzīta līdz pat 19. gs. Savā darbā “Optika” (Ὀπτικά) ap 300. gadu p. m. ē. grieķu matemātiķis Eiklīds (Εὐκλείδης) apraksta gaismas izplatīšanās parādības, veidojot ģeometriskās optikas pamatus. Mūsu ēras sākumā, novērojot gaismas atstarošanos no dažādām virsmām, Aleksandrijas Hērons (Ἥρων ὁ Ἀλεξανδρεύς) darbā “Atstarošana” (Catoptrica) postulē, ka gaisma izplatās pa īsāko iespējamo ceļu. Hasans Ibn al-Haitama (أبو علي، الحسن بن الحسن بن الهيثم), ārpus arābu valstīm pazīstams ar latinizēto vārdu Alhazens (Alhazen), savā darbā “Optikas grāmata” (Kitab al-Manazir), kas tapa no 1011. gada līdz 1021. gadam, ļoti precīzi aprakstīja redzes teoriju, gaismas staru laušanas un atstarošanas vertikālās un horizontālās komponentes, kā arī camera obscura darbības principus. Svarīgs florencieša Salvino Armati (Salvino D'Armato degli Armati) 13. gs. beigu atklājums ir pirmais optiskais instruments – brilles. Pirmais mikroskops un teleskops tika radīti 17. gs. sākumā, un laika gaitā šie instrumenti tika uzlaboti.
Mikroskopu un mikroskopisku objektu ilustrācija izdevumā “The Universal Magazine”. Londona, 1750. gads.
Avots: Oxford Science Archive/Print Collector/Getty Images, 463920507.
1621. gadā Villebrords Snelliuss (Willebrord Snellius; Willebrord Snel van Royen) atklāja pareizo gaismas atstarošanās likumu, līdz ar to atrisinot vienu no ģeometriskās optikas fundamentālajām problēmām, kuru 1644. gadā papildināja Renē Dekarts (René Descartes), bet 1657. gadā Pjērs Fermā (Pierre de Fermat) uzrakstīja gaismas izplatīšanās vienādojumu dažāda optiskā blīvuma vidēs. Ģeometriskās optikas teorijas atklājumus tālāk attīstīja matemātiķi Kārlis Frīdrihs Gauss (Johann Carl Friedrich Gauß), Viljams Hamiltons (William Rowan Hamilton) un Ernsts Abe (Ernst Abbe). 1676. gadā Ūle Rēmers (Ole Christensen Rømer) veica pirmos kvantitatīvos gaismas ātruma mērījumus. 1690. gadā Kristians Heigenss (Christiaan Huygens) definēja gaismas polarizāciju un, pamatojoties uz Roberta Huka (Robert Hooke) teorijām, piedāvāja gaismas kā viļņa teoriju. 1704. gadā Īzaks Ņūtons (Isaac Newton) publicē darbu “Optika” (Opticks), kurā definē gaismas korpuskulāro teoriju, kura tika uzskatīta par vienīgo pareizo līdz 18. gs. beigām. 19. gs. sākumā Tomass Jangs (Thomas Young) formulēja gaismas interferenci, izmantojot gaismas kā viļņu teoriju. Tālāk viļņu teoriju attīstīja Ogistēns Frenels (Augustin Jean Fresnel), izmantojot gan T. Janga, gan K. Heigensa atklājumus, veica dažādus eksperimentus optikā un izskaidroja parādības, kas saistījās ar gaismas korpuskulāro dabu, tādējādi viļņu teorija pilnībā aizstāja korpuskulāro teoriju. 19. gs. otrajā pusē Džeimss Maksvels (James Clerk Maxwell) radīja elektromagnētiskā lauka teoriju, kurā gaisma tika aprakstīta kā elektromagnētisks vilnis, kuru tālāk attīstīja Hendriks Lorencs (Hendrik Antoon Lorentz). 1899. gadā Makss Planks (Max Planck), modelējot absolūti melna ķermeņa starojumu, izteica hipotēzi, ka gaisma tiek emitēta nevis nepārtraukti, bet pa noteiktām porcijām – kvantiem. Šo teoriju turpināja Alberts Einšteins (Albert Einstein), aprakstot fotoelektrisko efektu (fotoefektu) un pierādot, ka gaisma ne tikai tiek emitēta un absorbēta pa noteiktiem kvantiem, bet pati ir kvantu-fotonu plūsma. Šie atklājumi reabilitēja gaismas korpuskulāro teoriju. Pašreizējās teorijas apskata, ka gaismai piemīt duāla daba – tā ir gan vilnis, gan korpuskula. 1913. gadā Nīlss Bors (Niels Henrik David Bohr) pierādīja, ka atomi var emitēt tikai diskrētu enerģija daudzumu, izskaidrojot emisijas un absorbcijas spektru diskrētās līnijas. Šie atklājumi ļāva strauji attīstīties optikai un optiskajiem instrumentiem. Lāzera atklāšana, datoru straujā attīstība, hologrāfija un difrakcijas optika, jauni materiāli, teorētisko metožu izmantošana ir sekmējuši optikas revolūciju pēdējos gadu desmitos.
Microsoft hololēcas. Turīna, Itālija, 2017. gads.
Fotogrāfs MikeDotta. Avots: Shutterstock.com.