El Tratado de Óptica (en árabe Kitab al-Manazir " كِتَابُ المَنَاظِر ", en latín De Aspectibus u Opticae Thesaurus: Alhazeni Arabis ) es una obra en siete volúmenes, que trata sobre diversos campos científicos, la óptica , la física , las matemáticas , la medicina , la anatomía. y la psicología , escrito por el científico árabe Alhazen (nombre latinizado de Ibn al-Haytham) a principios de la XI ª siglo. El libro tuvo una influencia importante en ladesarrollo de la óptica y la ciencia en general porque transformó el conocimiento de la luz y la visión , e introdujo el método científico experimental .
Este trabajo trata de la óptica geométrica y la óptica fisiológica . Alhazen expone sus ideas sobre la naturaleza de la luz y los colores, estudia la trayectoria de los rayos de luz, los problemas de reflexión y refracción . Está interesado en el mecanismo de la visión, con un órgano receptor, el ojo y la interpretación del cerebro. Da así explicaciones y descripciones en el campo de la percepción visual y las ilusiones ópticas . Alhazen acompaña sistemáticamente sus afirmaciones recurriendo a experimentos reproducibles y hace un uso muy frecuente del cuarto oscuro que ha ayudado a desarrollar.
Conocido en el mundo árabe por los comentarios que sean sucesores Alhazen como Al-Farisi , este tratado entra en Europa a finales del XII ° siglo e influirán durante siglos muchos eruditos tales Vitellion , Roger Bacon , John Peckham , Johannes Kepler y Willebrord Snell .
El tratado de óptica no es el primer trabajo de Alhazen sobre la visión, pero sin duda es el más exitoso. El objetivo de Alhazen es escribir un tratado sobre la visión, pero haciendo una clara distinción desde el principio entre las condiciones de la visión y las condiciones de propagación de la luz, mientras se procede con la mayor frecuencia posible mediante la observación y la experimentación.
Durante la antigüedad clásica convivieron dos grandes teorías de la visión . La primera teoría, la teoría de la emisión que fue apoyada por pensadores como Euclides y Ptolomeo , postulaba que la visión funcionaba por la emisión por el ojo de un rayo de luz . La segunda teoría, la teoría de la intromisión, apoyada por Aristóteles y sus seguidores, profesaba que las formas físicas entran al ojo desde los objetos. Entre los investigadores árabes, aparece la misma división, al-Kindi y Hunayn ibn Ishaq abordan la teoría de la emisión, mientras que Rhazès y Avicenna refutan esta teoría a través de la experiencia y el razonamiento. Alhazen se ubica claramente en la segunda escuela, asumiendo las refutaciones de sus predecesores. Sostiene, basándose en observaciones comunes y argumentos lógicos, que no podemos ver a través de los rayos emitidos por el ojo. Pero se destaca de esta escuela en un punto fundamental: no cree que el ojo perciba lo visible a través de formas físicas que entran en el ojo. Para él, la información no reside en una forma percibida como una totalidad sino como una suma de rayos de luz que llegan al ojo desde cada punto de un objeto.
Establece una teoría de la luz que ocupa más de la mitad del tratado. Para él, la luz ( ḍawʾ ) es independiente de su percepción ( ibṣār ). Se propaga en línea recta antes y después de la reflexión o refracción , tiene una velocidad muy alta pero que varía según los medios cruzados y pierde su intensidad en el camino. Irradia en todas direcciones en su fuente y este mismo fenómeno de dispersión radial ocurre en cualquier punto de un objeto que ilumina (segunda luz). Es solo en superficies lisas donde la luz rebota de acuerdo con las leyes de la reflexión y es la variación en la velocidad de la luz cuando cambia de medio lo que explica el fenómeno de refracción. El color es una propiedad intrínseca del objeto, se activa cuando se ilumina y luego se mueve de acuerdo con las mismas reglas que la luz.
Alhazen describe la visión como involucrando dos instancias diferentes. El ojo tiene una única función de receptor de luz y color, y es tratado como un instrumento óptico del que realiza una completa anatomía descriptiva y funcional. Atribuye a la lente del ojo la capacidad de proporcionar información sobre la intensidad de la luz y la ve como una lente refractiva biconvexa . Aceptó la opinión, generalmente aceptada en su época, de que el humor cristalino era el asiento principal de la sensación visual. La unidad de la visión binocular está asegurada por un movimiento de convergencia conjunta de los dos ojos y se produce diplopía cuando no se proporciona esta función. Por tanto, el ojo percibe tamaño, forma, transparencia (color y luminosidad), posición y movimiento, pero la distinción cognitiva se hace a nivel del cerebro. Para Alhazen, la percepción no es solo física sino psicológica y todo acto de ver va acompañado de una actividad mental de reconocimiento, comparación, discernimiento, juicio e inferencia.
Uno de los aspectos asociados a la investigación de Ibn al-Haytham en óptica es el uso sistemático de la metodología experimental ( i'tibar ) y los ensayos controlados en sus investigaciones científicas. Según AI Sabra, este término ( iʿtibār ) traducido al latín como experimentum debe verse más como una prueba de hipótesis que como un proceso hacia un descubrimiento. Sus métodos experimentales se basan en la combinación de la física clásica ( ilm tabi'i ) con las matemáticas ( ta'alim , geometría en particular) sentando las bases de lo que podría denominarse un modelo de hipótesis-deducción en la investigación científica. Este enfoque matemático y físico de la ciencia experimental sustenta la mayoría de las propuestas de Kitab al Manazir ( Tratado de Óptica , De aspectibus o Perspectivae ) y sentó las bases de sus teorías sobre la visión, la luz y el color, así como su investigación en catoptría y dioptría. .
Describió su enfoque experimental basado en dudas ( shukūk ) en la introducción del libro de la siguiente manera:
“Debemos distinguir las propiedades de los elementos y recoger por inducción lo que se relaciona con el ojo en el momento de la visión y lo que se relaciona con una sensación uniforme, inmutable, manifiesta y no sujeta a dudas. Entonces debemos avanzar en nuestra investigación y razonamiento, paulatina y metódicamente, criticando los postulados iniciales y moviéndonos con cautela hacia las conclusiones, nuestro enfoque en todo lo que hacemos debe ser objeto de inspección y revisión. Escrutinio riguroso, evitando seguir prejuicios y cuidando en todo juzgamos y criticamos para no perder de vista que buscamos la verdad y no dejarnos llevar por una opinión preconcebida. "
- Alhazen
El método científico de Ibn al-Haytham es muy similar al método científico moderno con los siguientes procedimientos:
Roshdi Rashed señala que "al promover el uso de experimentos en la investigación científica, al-Haytham ha jugado un papel importante en la escena de la ciencia moderna" y esta opinión es compartida por Rosanna Gorini, quien la considera una "pionera del método científico moderno" .
En el Libro I , Ibn al-Haytham comienza con una introducción a las dos doctrinas de la visión que anteriormente dominaban el pensamiento antiguo sobre óptica: emisión e intromisión . Afirma que su investigación e investigaciones sobre la luz se basarán en la experimentación y la evidencia más que en la teoría abstracta, y describe el enfoque sistemático que utilizará para resolver el problema de la visión en sus estudios de visión óptica. Para justificar su elección de la teoría de la intromisión, describe una serie de observaciones en las que los ojos experimentan dolor cuando se exponen a la luz brillante (luz principal) y donde los ojos perciben una imagen persistente después de mirar fijamente un objeto iluminado (luz secundaria) durante un período prolongado. de tiempo.
Luego describe las reglas para el movimiento de la luz (en línea recta, a velocidad variable, atenuándose con la distancia) y las condiciones de visión (el objeto debe ser brillante por sí mismo o iluminado, debe mirar al ojo, el medio que lo separa del ojo debe ser transparente y menos opaco que él, el objeto debe ser de tamaño suficiente, ...).
También examina la estructura anatómica del ojo. Según Alhazen, el ojo está formado por dos esferas. Cuanto más grande es la esfera uveal que contiene el cuerpo vítreo, más pequeña es la esfera de la córnea. Las dos esferas se cruzan de acuerdo con una lente bifocal que da la lente cristalina . Coloca el nervio óptico en línea con los centros de las dos esferas, en lugar de desplazarlo hacia la nariz. Todos estos elementos están incluidos en membranas (no mostradas en el diagrama de al lado) destinadas a mantener la cohesión del conjunto. En esta concepción anatómica encontramos algunos elementos que ya aparecen en Galien . Cuando intenta explicar cómo los rayos de luz, que entran en el ojo, pueden reconstruir la imagen de un objeto, se enfrenta a dos problemas. El primero es el diámetro de la pupila que, demasiado grande para ser considerado como un orificio de aguja, teóricamente debe reproducir una imagen borrosa. Al no ver el cristalino como una lente capaz de enfocar, plantea la hipótesis de que solo se conservan los rayos que atraviesan las superficies de contacto perpendicularmente. Esto le lleva a utilizar la refracción para que el mismo rayo sea perpendicular a la córnea y al cristalino. El segundo problema encontrado es que esta operación conduce a tener una imagen invertida en el ojo. Esta inversión le parece inconcebible a Alhazen que endereza la imagen con una nueva refracción (solución elegante pero falsa).
El libro II describe cómo el ojo percibe las diferentes propiedades relacionadas con la visión (luz, color, distancia, posición, forma, tamaño, movimiento, transparencia, belleza, fealdad, ...).
Para Alhazen, la visión ocurre en el cerebro, más que en los ojos. Observa que la experiencia personal tiene un efecto sobre lo que las personas ven y cómo lo ven, y que la visión y la percepción son subjetivas. Describe, por ejemplo, cómo un niño pequeño con menos experiencia puede tener más dificultades para interpretar lo que ve, o cómo uno es capaz de identificar un círculo incluso si se ve en perspectiva.
El libro III está dedicado a las ilusiones ópticas debido a la psicología de la percepción visual. De este modo, expone todos los errores de visión directa debidos a la sensación y la interpretación.
También aborda el problema de la visión binocular , estableciendo una primera versión de lo que se convertirá en la ley de igual inervación de Hering ( fr ) . Examina la ilusión lunar para explicarla por una pobre apreciación de distancias y marcos de referencia en lugar de por refracción .
Estos libros tratan de la reflexión . Alhazen proporciona evidencia experimental de la reflexión sobre superficies lisas y la explica mediante el modelo mecánico de una pelota que rebota en una pared. Presenta una versión completa de la ley de la reflexión y presenta un instrumento destinado a medir reflejos en espejos planos, cilíndricos, esféricos, cónicos, cóncavos o convexos. En el libro V, se centra en la resolución de problemas geométricos vinculados a la reflexión, en particular el problema de Alhazen que consiste en determinar en qué punto de un espejo esférico se refleja un rayo de luz del objeto para llegar al ojo.
El libro VI está dedicado al análisis de los errores de visión e interpretación de las imágenes reflejadas.
El libro VII examina la refracción . Con un instrumento de medida inspirado en el de Ptolomeo y mejorado por él, realizó una serie de medidas. Pero en lugar de colocarlos en tablas, como había hecho Ptolomeo, estableció leyes que vinculan el ángulo de incidencia y la desviación cuando el rayo pasa de un medio menos refractivo a un medio más refractivo: el ángulo de incidencia y la desviación varían en la misma dirección. , pero la tasa de cambio es menor para la desviación que para la incidencia. Sin embargo, no continúa en el camino iniciado por Ibn Sahl y no menciona la ley descubierta por él . Explica esta desviación por la variación en la velocidad de la luz que pasa de un medio a otro. Descompone esta rapidez en una componente v t paralela al plano tangente y una componente v n normal a este. Solo la velocidad v t se ralentizaría al pasar de un medio a otro. Encontramos una descomposición similar en Witelo , Kepler luego en La Dioptrique de Descartes .
Para Alhazen, la refracción es el principio fundamental del funcionamiento del ojo, funcionamiento que él refina, observando que un objeto, que normalmente no debería haber sido percibido por estar ubicado fuera del cono de visión, permanece visible. Esta observación le llevó a plantearse una nueva refracción en la trayectoria de la luz en el ojo.
Luego, el libro se adhiere a la imagen de un objeto por refracción. Durante estos estudios, Alhazen destaca la aberración esférica . Su estudio de la dioptría esférica le permite observar que permite agrandar una imagen (efecto de aumento ) pero no menciona ningún uso para mejorar la visión.
En el campo de la astronomía, vuelve al papel de la refracción en la ilusión lunar y concluye sobre el papel preponderante de la psicología en la interpretación de los tamaños. Afirma que los cielos son menos densos que el aire.
Las reglas y los tubos son los instrumentos más simples utilizados por Alhazen para sus experimentos. Entonces, para demostrar que los radios se mueven en línea recta, coloca un cilindro largo y estrecho abierto en ambos extremos en una regla recta. Colocando su ojo en un extremo, ve del objeto solo las partes ubicadas directamente en frente de la abertura del tubo. Y si cierra parte del orificio, la parte del objeto que está alineada con el ojo desaparece y lo esconde.
Para demostrar que la luz irradia desde todos los puntos del objeto, coloca el tubo a través de una placa de cobre con un agujero. Cierra el otro extremo del tubo permitiendo que la luz pase solo a través de un pequeño orificio. Luego coloca el tubo frente a una lámpara de aceite, la luz que pasa a través del tubo y pasa por el orificio dibuja un punto de luz en una pantalla. Si movemos la lámpara de aceite, la mancha de luz persiste demostrando que todos los puntos de la lámpara producen luz en todas las direcciones.
En sus diversos experimentos , Ibn al-Haytham usó el término al-Bayt al-Muthlim ( árabe : البيت المظلم) traducido como cuarto oscuro , o descrito como cuarto oscuro . El uso de una cámara de rayos , es decir, de una habitación que permite que la luz penetre solo a través de un pequeño agujero, está atestiguado ante Ibn al-Haytham. Filósofos como Aristóteles , Teón de Alejandría y Al-Kindi (Alkindus) describieron los efectos de un punto de luz que atraviesa un agujero. El objetivo de estas cámaras es observar los rayos de luz y no reproducir una imagen mediante un agujero de alfiler . Además, no hay experiencia en el uso de un agujero de alfiler en el Tratado de Óptica . Alhazen solo usa su cuarto oscuro para demostrar las propiedades de los rayos de luz.
Así, para demostrar que los rayos de luz están en línea recta, imagina una habitación oscura cuyo aire está lleno de humo o polvo, la luz que pasa por el agujero dibuja un rayo rectilíneo. Si el aire en la habitación está limpio, el rayo iluminará la pared opuesta para que el punto de luz, el orificio y la fuente de luz estén alineados. También lo usa para mostrar la diferencia entre los cuerpos reflectantes y los que irradian luz en todas las direcciones.
Para demostrar que un cuerpo irradia su color cuando está iluminado, coloca una tela de color en la habitación oscura cuyas paredes son blancas. Cuando esta tela de color se ilumina con la luz que pasa por el orificio, todas las paredes adquieren el color de la tela.
El experimento del tratado óptico que más se parece a la cámara estenopeica es el desarrollado para demostrar que los rayos de luz no se mezclan. Alhazen tiene varias lámparas frente al agujero en la habitación oscura. Cada lámpara dibuja un punto de luz en la pared opuesta. Si una de las lámparas se apaga, el punto de luz correspondiente desaparece. Por tanto, los rayos de luz se cruzan en el punto de entrada de la cámara sin mezclarse. Para muchos historiadores, esta experiencia es una indicación muy fuerte de que Alhazen entendió el principio del agujero de alfiler porque el orden de las lámparas se invierte dentro de la cámara. Además, Alhazen insiste en que se puede disminuir el tamaño del agujero.
No fue hasta su posterior tratado Sobre la forma del eclipse ( Maqalah-fi-Surat al-Kosuf ) ( árabe : مقالة في صورةالكسوف) que Alhazen estudió la imagen proyectada del sol creciente en el interior de la habitación oscura considerada como un agujero de alfiler .
Faltan elementos para evaluar correctamente la influencia de su tratado en el mundo árabe. Los tratados de óptica posteriores al de Ibn al-Haytham que han llegado a los historiadores están más destinados a la enseñanza y más bien retoman las ideas griegas clásicas. El renacimiento más fundamental es la "reforma" de su Tratado de Óptica por Kamāl al-Dīn al-Fārisī († ca. 1320) en su Tanqih Kitab al-Manazir ( La revisión del Tratado de Óptica de Ibn al-Haytham ) emprendida por consejo de al-Shirāzī, quien se habría enterado del tratado sin haber tenido aún la oportunidad de leerlo.
El Tratado de Óptica fue traducido al latín por un científico desconocido a finales del XII ° siglo o al principio del XIII ° siglo. Fue impreso por Friedrich Risner en 1572, bajo el título Opticae thesaurus: Alhazeni Arabis libri septem, nuncprimum editi; Eiusdem liber De Crepusculis y Nubium ascensionibus [1] . Risner también es el autor de la variante del nombre Alhazen, que anteriormente se conocía en Occidente como Alhacen, que es una transcripción más correcta del nombre árabe.
La obra latina llega a Europa en un período de intensas traducciones de libros sobre la óptica griega o árabe ( XII th y XIII th siglos). Se menciona, desde 1220-1230, en una enciclopedia De proprietatibus rerum . En su obra de 1250-1260 De multiplicatione specierum , Roger Bacon toma prestada de manera muy amplia la perspectiva geométrica del tratado de Alhazen. Es lo mismo al final de la XIII ° siglo, de Vitellion en su De Perspectiva y John Peckham en su extensión manual de Perspectiva Communis .
El nombre Alhacen y sus contribuciones a la óptica se hicieron populares rápidamente, mucho más allá de la esfera científica. Se alude a él ya sus trabajos en obra poética medieval Roman de la Rose ( XIII ° siglo) y Los cuentos de Canterbury de Geoffrey Chaucer ( XIV ° siglo). En el ámbito de la religión , John Wyclif , el teólogo inspirador de la Reforma Protestante , se refiere a Alhazen en una discusión sobre los Siete Pecados Capitales en términos de la distorsión de los siete tipos de espejos descritos en De aspectibus . En cuanto a su influencia en la introducción de la perspectiva entre los pintores del Renacimiento italiano , el tema sigue siendo debatido.
En el ámbito científico, el trabajo de Alhazen, a través de Roger Bacon , es el punto de partida de una revolución científica del conocimiento en óptica y percepción visual y sienta las bases de la óptica y la visión modernas del método científico . Él está en el origen de muchas tecnologías ópticas posteriores relacionadas con lentes. Y su tratado todavía sirve base de investigación en la XVII ª siglo por Kepler y Snell .
Pero el tratado Sobre el crepúsculo y el amanecer en el que se establece que el amanecer y el crepúsculo corresponden a un paso del sol a 19 ° por debajo del horizonte y donde el espesor de la atmósfera terrestre se fija en 52.000 no atribuido a Alhazen hasta 1967, es en realidad el trabajo de un matemático andaluz XI º siglo, Abu Abd Allah Muhammad ibn Mu'adh .