Novi vijek - Optika i valovi

Zakon loma svjetlosti je eksperimentalnim putem otkrio nizozemski matematičar Willebrord van Snell (1580. – 1626.) 1621. godine iako ga nikada nije objavio. Prvi ga objavljuje i dokazuje René Descartes u djelu Dioptrica iz1637. godine, pa se zakon ponekad naziva i Descartesovim zakonom loma. Descartes proučava promjenu brzine svjetlosti na prijelazu iz jednoga sredstva u drugo temeljeći svoje proučavanje na učenju arapskog optičara Alhazena. Descartesov izvod zakona loma svjetlosti kritizira poznati francuski matematičar Pierre Fermat (1601. – 1665.) i izvodi zakon iz Heronova načela te 1662. godine formulira načelo najmanjega vremena: svjetlost iz točke A u jednom sredstvu u točku B u drugom sredstvu prolazi onim putem za koji joj je potrebno najkraće vrijeme. Fermat uočava da je brzina svjetlosti ovisna o optičkoj gustoći sredstva, odnosno da je brzina svjetlosti u optički rjeđem sredstvu veća od brzine svjetlosti u optički gušćem sredstvu.

Rene Descartes daje veliki doprinos optici teorijom nastanka duge: ispravno tumači nastanak primarne i sekundarne duge te izračunom dokazuje da kutovi pod kojima se vide primarna, odnosno sekundarna duga iznose 51, odnosno 42 stupnja.

Talijanski je matematičar Bonaventura Cavalieri (1598. – 1647.) izučavao leće i došao do relacije za izračunavanje žarišne daljine bikonveksne i bikonkavne leće. Krajem se 17. st. lećama bavi i engleski astronom Edmond Halley (1656. – 1742.).

Znameniti je nizozemski fizičar, matematičar i astronom Christiaan Huygens (1629. – 1695.) napisao više djela iz područja optike. Poznata su djela Opera reliqua i Rasprava o svjetlosti (Traitbe de la lumiaere). Huygens izvodi zakone odbijanja i loma svjetlosti, izučava polarizaciju svjetlosti i zastupa koncept valne prirode svjetlosti. Smatra da se svjetlost širi kao impuls kroz elastično sredstvo, slično širenju vala na vodi kada u nju bacimo kamen. Time postaje začetnikom teorije valne ili undulatorne teorije svjetlosti, koju danas zovemo njegovim imenom – Huygensova teorija svjetlosti, a koju kasnije razvijaju Fresnel i Young. Po toj se teoriji val svjetlosti širi tako da svaka čestica valne fronte postaje izvor novoga kuglastog vala (elementarni val), a anvelopa svih elementarnih valova postaje frontom novoga vala.

Godine 1704. Isaac Newton (1643. – 1727.) objavljuje djelo Optica. Ovom području doprinosi konstrukcijom teleskopa reflektora, proučavanjem disperzije svjetlosti na prizmi, teorijom boja i istraživanjem interferencije (npr. boje tankih listića i Newtonovi kolobari), koje na određeni način predstavljaju prvi interferencijski spektroskop.

Newton tvrdi da je bijela svjetlost sastavljena od ostalih boja, a spektar nastaje lomom bijele svjetlosti na prizmi pri čemu se svaka boja lomi pod različitim kutom. Za svjetlost svih boja, osim crvene, s prilično velikom preciznošću određuje valne duljine. Newton zastupa čestičnu ili korpuskularnu teoriju svjetlosti, no ne odbacuje potpuno ni valnu teoriju.

Iz 17. st. datiraju i prva mjerenja brzine svjetlosti. Galileo Galilei je 1607. pokušao odrediti brzinu svjetlosti pomoću dva motritelja s fenjerima, međutim, nepreciznost mjerenja je bila vrlo velika te je nakon više pokušaja mogao samo zaključiti da je brzina svjetlosti iznimno velika. Danski je astronom Ole Roemer (1644. - 1710) prvi odredio brzinu svjetlosti astronomskom metodom. Radeći u Parizu kao asistent astronoma Giovannija Cassinija (1625. – 1712.) Roemer je promatrao pomrčine Jupiterovih satelita. Zbog kruženja Zemlje, Jupitera i njegovih pratilaca, svjetlost odbijena od Jupiterovih satelita ne prelazi do Zemlje uvijek isti put, pa pomrčine Jupiterovih satelita traju različito. Mjerenjem njihova trajanja i rabeći Cassinijeve podatke o udaljenostima među nebeskim tijelima, Romer je odredio brzinu svjetlosti i dobio vrijednost 214 000 m/s.