Optika

Qachonlardir optika deganda ko’rish haqidagi fanni tushunganlar, «Optika» so’zining aniq ma’nosi ham shunday. O’rta asrlarda optika asta-sekin ko’rish haqidagi fandan yorug’lik haqidagi fanga aylandi, linzalar va kamera-obskuraning ixtiro qilinishi bunga imkon berdi. Hozir optika yorug’likning chiqarilishi, turli muhitlarda yorug’likning tarqalishi, uning modda bilan o’zaro ta’siri o’rganiladigan fizika bo’limi. Ko’rish bilan, ko’zning tuzilishi va ishlashi bilan bog’liq bo’lgan masalalar fiziologik optika deb ataladigan maxsus bo’lim bo’lib ajralib chiqdi.

Ko’pchilik optik hodisalarni (masalan, ikkita muhit chegarasida yorug’likning sinishi bilan bog’liq bo’lgan hodisalarni) o’rganishda yorug’lik nurlari - yorug’lik energiyasi tarqaladigan geometrik chiziqlar haqidagi tasavvurdan foydalanish mumkin. Bu holda geometrik optika haqida gap yuritiladi. Geometrik optika asosini yorug’lik nurlarining o’zaro mustaqilligi qonuni va XVII asrda frantsuz matematigi P. Ferma ta’riflagan eng kichik vaqt printsipi tashkil qiladi (Geometrik optika). Geometrik optika yorug’lik texnikasida va ko’p sonli optik asboblar va qurilmalar - lupa va ko’zoynakdan tortib, g’oyat murakkab optik mikroskoplar va teleskoplarning ishlashini tekshirilayotganda keng qo’llaniladi.

XIX  asr boshlarida oldin ochilgan yorug’likning interferentsiyasi, difraktsiyasi, va qutblanishi  (O. Frenel, T. Yung, E. Malyus va b.) hodisalarini intensiv tadqiq qilish boshlandi. Bu hodisalarni geometrik optika yordamida tushuntirib bo’lmasdi, yorug’likni ko’ndalang to’lqinlar ko’rinishida qarash lozim edi. SHunday tarzda to’lqin optikasi vujudga keldi. Dastavval yorug’lik to’lqinlari - butun  dunyoviy fazoni to’ldiradigan biror muhitdagi (dunyoviy efirdagi) elastik to’lqinlardan iborat, deb hisoblanardi. 1864 yilda ingliz fizigi J. Maksvell yorug’likning elektromagnit nazariyasini yaratdi. Bu nazariyaga ko’ra, yorug’lik to’lqinlari - muayyan to’lqin uzunliklar diapazoniga mos tushuvchi elektromagnit to’qinlardan iboratdir.

XX asr boshlarida bajarilgan tadqiqotlarning ko’rsatishicha, ba’zi bir hodisalarni,  masalan,  fotoeffektni tushuntirish uchun yorug’lik dastasning o’ziga xos zarralar - yorug’lik kvantlarining yoki boshqacha aytganda, fotonlarning (A. Eynshteyn) oqimi ko’rinishida tasavvur qilish lozim. Bundan 200 yil ilgariyoq I. Nyuton o’zining «Yorug’likning oqish nazariyasi» da yorug’likning tabiatiga yuqoridagidek (albatta Nyuton korpuskulalari fotonlar bilan hech qanday umumiylikka ega bo’lmasa ham) qaragan edi. Endilikda yorug’lik kvantlari haqidagi tasavvurlarni kvant optikasi o’rganadi.

Geometrik to’lqin, kvant optika optikaning rivojlanishida ketma-ket bosqichlarni tashkil qiladi, deb hisoblash mumkinmi? Yo’q, to’lqin optika, haqiqatan, geometrik optikadan keyin paydo bo’lgan, biroq uning vujudga kelishi hech ham geometrik optikani, xuddi shuningdek, kvant optika to’lqin optikani «inkor» qilmaydi. Bulardan har birining qo’llanish sohasi, uning  amaliy masalalari mavjud. Masalan, mikroskopda tasvir yasash va uning kattalashtirishini aniqlash uchun geometrik optikadan foydalanish mumkin: mikroskopning ajrata olish xususiyati qaralayotganda esa to’lqin optikaga murojaat qilish lozim (chunki ajratishni difraksion effektlar cheklaydi).

Aniqroq aytganda, kvant optika optik hodisalarning fizika nuqtai nazaridan eng izchil qaralishiga mos keladi. Muayyan sharoitlarda (fotonlar qandaydir holatlarda kuchli kontsentrlanganda) fotonlar oqimi yorug’lik to’lqiniga o’xshab ketadi, to’lqin optika, shunday qilib, kvant optikaning o’ziga xos chegaraviy holi ekan. Agar bunda (qaralayotgan masalaning shartiga ko’ra) yorug’lik to’lqin uzunligini nazarga olmaslik (go’yo u nolga aylangan) mumkin bo’lsa, to’lqin optika geometrik optikaga «o’tadi». Demak, geometrik optika to’lqin optikaning o’ziga xos chegaraviy holidir.

Hozirgi zamon fizikasining rivojlanishida optikaning roli juda kattadir. XX asrning ikkita eng muhim va re-volyutsion fizik nazariyalari (kvant mexanika va nisbiylik nazariyasi) ning vujudga kelishi ma’lum darajada optik tadqiqotlar bilan bog’liqdir. Moddaning molekulyar darajadagi analizining optik metodlari maxsus ilmiy yo’nalish - molekulyar optika sohasini vujudga keltirdi. Hozirgi zamon materialshunosligida, plazma tadqiqotlarida astrrfizika keng qo’llaniladigan optik spektroskopiya yuqoridagi sohaga juda yaqindir. Optik tasavvurlar va modellar elektronikada va yadro fizikasida qo’llaniladi. Elektron optika neytron optika mavjud; elektron mikroskop va neytron ko’zgu yaratilgan. Atom yadrolarining optik modellari ishlangan.

Hozirgi zamon fizikasining turli yo’nalishlari rivojlangani holda optikaning o’zi ham jadal rivojlanish davrini boshidan kechirmoqda. Bunga kogerent yorug’likning intensiv manbalari – lazerning ixtiro qilinishi (N.G.Basov, A.M.Proxorov, V.A.Fabrikant, Ch.Tauns) kuchli turtki berdi. Natijada, to’lqin optika kogerent optikaga mos keluvchi yanada yuqori bosqichga ko’tarildi. Lazerlarning vujudga kelishi tufayli rivojlanayotgan (va rivojlangan) barcha yangi ilmiy-texnik yo’nalishlarni sanab chiqish ham oson emas. Ularga nochiziqli optika, golografiya, radiooptika, pikosekund optika, adaptiv optika va boshqalar kirali. Radiooptika radiotexnika va optika chegarasida vujudga keldi: u ma’lumotlarni uzatish va uni ishlashning optik metodlarini tekshiradi. Bu metodlar odatda an’anaviy elektron metodlar bilan qo’shib ishlatiladi: natijada  optoelektronika deb ataladigan ilmiy-texnik yo’nalish yuzaga keldi. Yorug’lik signallarini dielektrik tolalar orqali uzatish   tola   o p t i k a s i   sohasini tashkil qiladi. Nochiziqli optika muvaffaqiyatlaridan foydalangan holda yorug’lik  u  yoki  bu  muhitda,  masalan, atmosferada yoki suvda tarqalayotganda buzilayotgan yorug’lik dastasining to’lqin  frontini tuzatish (korrektsiyalash) mumkin. Natijada  adaptiv  optika deb ataladigan soha vujudga keldi va u jadal rivojlanmoqda. Bizning ko’z oldimizda vujudga kelayotgan, xususan, yorug’lik energiyasini yorug’lik nuri bo’yicha effektiv uzatish masalalari bilan shug’ullanuvchi fotoenergetika ham yuqoridagi sohaga yaqindir. Hozirgi zamon lazer texnikasi davomiyligi atigi pikosekundlar (10^-12 s) tartibida bo’lgan yorug’lik impulslarini hosil qiladi. Bunday impulslar moddalardagi, xususan, biologik strukturalardagi (masalan, fotosintez jarayonini o’rganishda), qator tez o’tuvchi jarayonlarni tadqiq qilishda nodir «qurol» qo’yishi mumkin ekan. Maxsus soha - pikosekund optika vujudga keldi va rivojlanmoqda, fotobiologiya unga juda yaqindir. Mubolag’asiz aytish mumkinki, hozirgi zamon optikasining muvaffaqiyatlaridan keng amaliy foydalanish ilmiy-texnika taraqqiyotining zarur shartlaridan hisoblanadi. Optika insoniyat idroqi uchun mikrodunyoga yo’l ochdi, u yulduzlar dunyosining sirlarini ochishga imkon berdi. Optika amaliy faoliyatimizning barcha tomonlarini o’z ichiga oladi (fotografiya, kino, televideniye haqida eslaylik). Lazer texnologiyasi - hozirgi zamon ishlab chiqarishining eng muhim elementidir (Lazer).