Zasady optyki -Principles of Optics
 Okładka 60-lecia edycji 2019
| |
| Autor | Max Born i Emil Wolf |
|---|---|
| Kraj | Zjednoczone Królestwo |
| Język | język angielski |
| Temat | Optyka |
| Wydawca | Prasa pergamońska |
Data publikacji |
1959 (wyd. 1) |
| Strony | 852 |
| Numer ISBN | 978-1-108-47743-7 Twarda oprawa |
| OCLC | 1129406200 |
| 535 | |
| Klasa LC | QC351 |
| Wszystkie identyfikatory nawiązują do wydania Seventh Anniversary Edition, opublikowanego w 2019 roku przez Cambridge University Press z przedmową Petera Knighta | |
Principles of Optics , potocznie znany jako Born and Wolf , to podręcznik optyki napisany przez Maxa Borna i Emila Wolfa , który został pierwotnie opublikowany w 1959 roku przez Pergamon Press . Po przejściu sześciu wydań w Pergamon Press, książka została przekazana do Cambridge University Press, która wydała rozszerzone, siódme wydanie w 1999 roku. Wydanie z okazji 60. rocznicy zostało opublikowane w 2019 roku z przedmową Sir Petera Knighta . Jest uważana za klasyczną książkę naukową i jedną z najbardziej wpływowych książek optyki XX wieku.
Tło
W 1933 Springer opublikował książkę Maxa Borna „Optik”; dotyczyło to wszystkich zjawisk optycznych, do których miały zastosowanie metody fizyki klasycznej, aw szczególności równania Maxwella . W 1950, za namową Sir Edwarda Appletona , dyrektora Uniwersytetu w Edynburgu, Born zdecydował się wydać zaktualizowaną wersję swojej książki „Optik” w języku angielskim. Był częściowo motywowany potrzebą zarabiania pieniędzy, ponieważ nie pracował wystarczająco długo w Edynburgu, aby zarobić przyzwoitą emeryturę, a w tym czasie nie miał prawa do żadnej emerytury z czasu pracy w Niemczech.
Pierwszym problemem, z którym Born musiał się zmierzyć, było to, że po przystąpieniu Stanów Zjednoczonych do wojny w 1941 r. „Optik” był szeroko reprodukowany i sprzedawany w USA, wraz z wieloma innymi książkami i czasopismami. Dokonano tego pod egidą Urzędu ds. Własności Obcej, który był upoważniony do konfiskaty mienia wroga, tak że ani autorzy, ani wydawcy nie otrzymali żadnej zapłaty za tę sprzedaż. Po zakończeniu wojny druk trwał nadal, nie płacąc jeszcze autorom i wydawcom tantiem. Born regularnie pisał, aby spróbować odzyskać swoją książkę, podkreślając, że nie jest cudzoziemcem, ponieważ był obywatelem brytyjskim na początku wojny. Pozyskał poparcie różnych osób i organizacji, w tym ambasadora Wielkiej Brytanii w Waszyngtonie. W odpowiedzi otrzymał list mówiący, że będzie musiał zapłacić 2% ceny detalicznej każdej nowej książki, którą napisał, opartą na „Optiku”. Artykuł w Manchester Guardian o tym, jak Jean Sibelius został w ten sam sposób pozbawiony tantiem, skłonił go do napisania listu opisującego swoją sytuację. Ostatecznie jego prawa do książki zostały zwrócone i otrzymał tantiemy z datą wsteczną.
Szybko zdał sobie sprawę, że ważne zmiany w optyce, które miały miejsce w latach od napisania oryginalnej książki, będą musiały zostać omówione. Zwrócił się do Dennisa Gabora , wynalazcy holografii, aby współpracował z nim przy pisaniu książki. Emil Wolf , asystent naukowy na Uniwersytecie w Cambridge, został zaproszony do napisania rozdziału w książce. Gabor następnie odpadł z powodu ograniczeń czasowych. Born and Wolf byli wówczas głównymi autorami, ze specjalistycznym wkładem innych autorów. Wolf napisał kilka rozdziałów i zredagował inne prace; Wkład Borna to zmodyfikowana wersja „Optika”, a także współpraca z Wolf przy planowaniu książki oraz wiele dyskusji dotyczących spornych punktów, prezentacji i tak dalej.
Mieli nadzieję ukończyć książkę do końca 1951 roku, ale byli „zbyt optymistyczni”. Książka została po raz pierwszy opublikowana w grudniu 1959 roku.
Problemy z Pergamon Press i Robertem Maxwellem
Pergamon Press było wydawnictwem naukowym założonym w 1948 roku przez Roberta Maxwella i Paula Rosbauda . Ten ostatni był przed wojną iw czasie wojny doradcą naukowym Springera w Niemczech oraz jednym z redaktorów zajmujących się „Optikiem”. Był także tajnym agentem aliantów podczas wojny. Przekonał autorów do umieszczenia książki w Pergamon Press, decyzji, której później będą żałować.
Szczegółową relację podaje Gustav Born , syn Maxa. Wyjaśnia, jak brytyjskie prawo o zniesławieniu uniemożliwiło mu mówienie o tym aż do śmierci Maxwella .
Maxwell starał się, aby autorzy zgodzili się na znacznie niższą stawkę tantiem za sprzedaż w USA, niż uzgodniono w ich kontrakcie, ponieważ książka miała być sprzedawana przez innego wydawcę, co oznaczałoby zmniejszenie zysków Pergamonu. W rzeczywistości był sprzedawany przez amerykański oddział Pergamonu, ale autorzy nadal otrzymywali obniżone tantiemy. Odkryli również, że dane dotyczące sprzedaży w ich oświadczeniach były niższe niż prawdziwe dane. Zawarta w umowie klauzula oznaczała, że w celu rozwiązania tego problemu musieli udać się do arbitrażu, a nie do sądu. Gustav działał w tej sprawie w imieniu ojca, ponieważ Max Born mieszkał teraz w Niemczech i dobiegał siedemdziesiątki. Sprawę rozpatrzył Desmond Ackner (później Lord Ackner) w 1962 roku. Pod każdym względem znalazł na korzyść autorów. Mimo to nadal otrzymywali zaniżone wynagrodzenie. Początkowe dane w rocznym zestawieniu nie zgadzały się z końcowymi danymi z ubiegłorocznego zestawienia. Niektóre wydania były kilkakrotnie przedrukowywane, ale w ogóle nie pojawiały się w księgach. Po śmierci Borna Wolf odkrył, że na Dalekim Wschodzie rozprowadzane jest międzynarodowe wydanie, o którym mu nie powiedziano. Pergamon wysłał mu mały czek, kiedy poruszył z nimi tę sprawę. Kiedy zagroził im podjęciem kroków prawnych, wysłali kolejny czek na trzykrotność kwoty. Wolf powiedział, że książka była przedrukowywana siedemnaście razy (nie licząc nieautoryzowanych wydań i tłumaczeń).
Rosbaud opuścił Pergamon Press w 1956 roku, „ponieważ uznał, że Maxwell jest całkowicie nieuczciwy”. Inni autorzy powiedzieli Gustavowi Bornowi, że mieli te same problemy z Maxwellem. Byli wśród nich Sir Henry Dale , który w 1936 roku otrzymał nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny oraz Edward Appleton.
Zawartość
Wydanie I
Książka miała na celu omówienie tylko tych zjawisk optycznych, które można wyprowadzić z teorii elektromagnetycznej Maxwella i ma dać pełny obraz tego, co było wówczas znane z równań Maxwella.
| Spis treści | ||
|---|---|---|
| Rozdział | Tytuł | |
| i | Podstawowe właściwości pola elektromagnetycznego | Opisano właściwości pola elektromagnetycznego oraz sposób, w jaki fale elektromagnetyczne oddziałują z materią |
| II | Potencjały elektromagnetyczne i polaryzacja | Kiedy zewnętrzne pole elektromagnetyczne oddziałuje z obiektem materialnym, każdy element obiektu powoduje powstawanie fal wtórnych, które łączą się, dając obserwowaną makroskopową falę elektromagnetyczną. |
| III | Podstawy optyki geometrycznej | Przypadek graniczny równań Maxwella przy krótkich długościach fal prowadzących do optyki geometrycznej. Promienie, fronty falowe i propagacja kierunków wektora pola. |
| IV | Geometryczna teoria obrazowania optycznego | Geometryczna teoria obrazowania oparta na metodach funkcji charakterystycznych Hamiltona. |
| V | Geometryczna teoria aberracji | Ujednolicone traktowanie aberracji oparte na deformacji frontów falowych obejmujące wszystkie aberracje, które tradycyjnie badano za pomocą optyki geometrycznej (większe aberracje) i teorii dyfrakcji (małe aberracje) |
| VI | Instrumenty do tworzenia obrazu | Krótki opis przyrządów do tworzenia obrazu, stanowiący tło dla teorii tworzenia obrazu autorstwa dr PA Waymana. |
| VII | Elementy teorii interferencji i interferometrów | Ten rozdział został napisany przez dr WL Wilcocka, który oparł teoretyczne opisy na sekcjach w „Optik”, ale o znacznie rozszerzonym opracowaniu. |
| VIII | Elementy teorii dyfrakcji | Teoria dyfrakcji Fresnela-Kirchoffa i jej zastosowania. Szczegółowa analiza trójwymiarowego rozkładu światła w pobliżu ogniska optycznego. Również opis modelu fali dyfrakcyjnej brzegowej Thomasa Younga . Zawiera również opis „genialnej metody rekonstrukcji frontów falowych” Gabora, za którą Gabor został później nagrodzony Nagrodą Nobla i stał się znany jako holografia. |
| IX | Dyfrakcyjna teoria aberracji | Teoria dyfrakcji Nijboera-Zernike'a. Obrazowanie rozszerzonych obiektów za pomocą transformacji Fouriera. |
| x | Zakłócenia i dyfrakcja przy częściowo spójnym świetle | Systematyczna teoria interferencji i dyfrakcji przy częściowo spójnym świetle. Ujęcie częściowej polaryzacji opisanej teorią koherencji.
Ten rozdział był przyczyną pewnych sporów między autorami. W 1957 Born, który był zaniepokojony tym, ile czasu zajmie ukończenie książki, zasugerował, aby Wolf ją pominął, mówiąc: „Kto oprócz ciebie jest zainteresowany częściową spójnością?”. Dwa lata po opublikowaniu książki wynalezienie lasera sprawiło, że fizycy i inżynierowie optyczni zainteresowali się tym tematem. Książka jako pierwsza omówiła to szczegółowo, a Born był wtedy bardzo szczęśliwy, że została uwzględniona. |
| XI | Rygorystyczna teoria dyfrakcji | Ten rozdział został napisany przez dr PC Clemmow. Obejmuje dziedzinę, która została pobudzona przez postęp w technikach radiowych na falach krótkich. |
| XII | Dyfrakcja światła przez fale ultradźwiękowe | Napisane przez prof. AB Bhatię. wykorzystał techniki opracowane w rozdziale II. |
| XIII | Optyka metali | Napisane przez Dr.AR Stokesa. Była to poprawiona i rozszerzona wersja rozdziału w „Optiku” |
| XIV | Optyka kryształów | Został on napisany przez dr AJTaylora i był również poprawioną i rozszerzoną wersją rozdziału w „Optik”. |
| dodatek | Tytuł | |
| i | Rachunek Wariacji | Napisane przez Borna i oparte na wykładach Davida Hilberta w Getyndze, na które Born uczęszczał na początku XX wieku. |
| II | Optyka świetlna, optyka elektronowa i mechanika falowa | Napisane przez Gabora. Pokazuje formalną analogię pomiędzy optyką geometryczną, mechaniką klasyczną i optyką elektronową analizowaną za pomocą rachunku wariacyjnego. |
| III | Asymptotyczne przybliżenie do całek | Napisane przez dr PC Clemmow |
| IV | Funkcja delty Diraca | Ze scenariuszem Borna i Wolfa |
| V | Lemat matematyczny użyty w wyprowadzeniu prawa Lorentza-Lorenza | Ze scenariuszem Borna i Wolfa |
| VI | Propagacja nieciągłości w polu elektromagnetycznym | Ze scenariuszem Borna i Wolfa |
| VII | Wielomiany okręgu Zernike | Ze scenariuszem Borna i Wolfa |
| VIII | Dowód nierówności | Ze scenariuszem Borna i Wolfa |
| IX | Obliczanie dwóch całek | Ze scenariuszem Borna i Wolfa |
Wydanie drugie
Została ona opublikowana w 1962 roku. Zawierała poprawki błędów i błędów drukarskich.
Lasery były opracowywane od czasu opublikowania pierwszej edycji, ale nie zostały uwzględnione, ponieważ działanie lasera wykracza poza zakres klasycznej optyki. Zawarto pewne odniesienia do badań wykorzystujących lasery.
Wydanie trzecie
Został on opublikowany w 1965 roku. Ponownie poprawiono błędy i błędy drukarskie oraz dodano odniesienia do ostatnich publikacji.
Nowa figura (8,54), podarowana przez Leitha i Upatnieksa , przedstawiała obrazy pierwszego trójwymiarowego obrazu holograficznego. Odnosiło się to do sekcji w rozdziale VIII, która opisywała technikę rekonstrukcji czoła fali Gabora.
Wydanie 4
Została ona opublikowana w 1968 roku i zawierała poprawki, ulepszenia tekstu i dodatkowe odniesienia.
5 edycja
Została ona opublikowana w 1974 roku i ponownie zawierała poprawki, ulepszenia tekstu i dodatkowe odniesienia.
Istotne zmiany wprowadzono w rozdziałach 13.1-13.3. która zajmuje się optycznymi właściwościami metali. Nie jest możliwe opisanie oddziaływania optycznej fali elektromagnetycznej z metalem za pomocą klasycznej teorii optycznej. Niemniej jednak niektóre z głównych cech można opisać, przynajmniej w kategoriach ilościowych, pod warunkiem uwzględnienia zależności przewodnictwa od częstotliwości oraz roli elektronów swobodnych i związanych.
6. edycja
Została ona opublikowana w 1985 roku i zawierała niewielką liczbę poprawek
7. edycja
W 1997 roku publikacja książki została przekazana wydawnictwu Cambridge University Press, które wyraziło chęć zresetowania tekstu, dając w ten sposób możliwość wprowadzenia do książki zasadniczych zmian.
Wynalezienie lasera w 1960 roku, rok po opublikowaniu pierwszego wydania, doprowadziło do wielu nowych działań i zupełnie nowych dziedzin optyki. W pełni zaktualizowane „Zasady optyki” wymagałyby kilku nowych tomów, więc Wolf zdecydował się dodać tylko kilka nowych tematów, co nie wymagałoby większych poprawek w tekście.
Do rozdziału IV dodano nowy rozdział, w którym przedstawiono zasady komputerowej tomografii osiowej , znanej jako CAT, która zrewolucjonizowała diagnostykę w medycynie. Istnieje relacja z przekształcenia Radona opracowana w 1917 r., która leży u podstaw teorii CAT.
Wyjaśnienie teorii dyfrakcji Kirchoffa-Rayleigha zostało dodane do rozdziału VIII, gdy stała się ona bardziej popularna. Toczy się debata, czy ona, czy też starsza teoria Kirchoffa, najlepiej opisuje efekty dyfrakcyjne.
Przedstawiono niedawno odkryte zjawisko, w którym analiza widmowa rozkładu światła nałożonych na siebie szerokopasmowych pól świetlnych dostarcza ważnych informacji fizycznych, z których można wywnioskować właściwości koherencji światła.
Dodano rozdział XIII zatytułowany „Teoria rozpraszania światła przez ośrodki niejednorodne”. Podstawowa teoria została opracowana wiele lat wcześniej w analizie kwantowo-mechanicznego rozpraszania potencjału, a ostatnio została wyprowadzona dla rozpraszania optycznego. Omówiono tomografię dyfrakcyjną. Stosuje się go, gdy skończona długość fali zaangażowanych fal, np. fal optycznych i ultradźwiękowych, nie może być pominięta, jak ma to miejsce w tomografii rentgenowskiej.
Dodano również trzy nowe dodatki:
- Dowód nierówności dla spektralnego stopnia koherencji
- Obliczanie dwóch całek
- Dowód lematu Jonesa
Historia publikacji
Do tej pory ukazało się siedem wydań książki.
Pierwsze sześć zostało opublikowanych przez Pergamon Press w 1959, 1962, 1965, 1968, 1974 i 1980 roku. Cambridge University Press przejął książkę w 1997 roku i opublikował rozszerzone, siódme wydanie w 1999 roku. lata po pierwszej edycji.
Oryginalne wydania
- Urodzony, Max; Wilk, Emil (1959). Podstawy optyki: elektromagnetyczna teoria propagacji, interferencja i dyfrakcja światła (wyd. 1). Londyn; Nowy Jork; Paryż: Pergamon Press . OCLC 489691506 .
- Urodzony, Max; Wilk, Emil (1964). Zasady optyki; elektromagnetyczna teoria propagacji, interferencji i dyfrakcji światła (wyd. II.). Nowy Jork: Pergamon Press . OCLC 606624742 .
- Urodzony, Max; Wilk, Emil (1965). Zasady optyki; elektromagnetyczna teoria propagacji, interferencji i dyfrakcji światła (wyd. III.). Oksford; Londyn; Edynburg: Pergamon Press . OCLC 935495986 .
- Urodzony, Max; Wilk, Emil (1970). Zasady optyki; elektromagnetyczna teoria propagacji, interferencji i dyfrakcji światła (wyd. 4). Oksford; Nowy Jork: Pergamon Press . Numer ISBN 978-0-08-013987-6. OCLC 45634897 .
- Urodzony, Max; Wilk, Emil (1975). Zasady optyki; elektromagnetyczna teoria propagacji, interferencji i dyfrakcji światła (wyd. 5). Oksford: Pergamon Press . Numer ISBN 0-08-018018-3. OCLC 1219238 .
- Urodzony, Max; Wilk, Emil (1980). Podstawy optyki: elektromagnetyczna teoria propagacji, interferencja i dyfrakcja światła (wyd. 6). Oksford; Nowy Jork: Pergamon Press . Numer ISBN 0-08-026482-4. OCLC 7106160 .
- Urodzony, Max; Wilk, Emil (1999). Podstawy optyki: elektromagnetyczna teoria propagacji, interferencja i dyfrakcja światła (wyd. 7 rozszerzone). Cambridge: Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge . Numer ISBN 0-521-64222-1. OCLC 1151058062 .
Przedruki
W 1999 roku Wolf skomentował, że było siedemnaście autoryzowanych przedruków i nieznana liczba nieautoryzowanych przedruków.
Piąte wydanie przedrukowano w 1975 i 1977 roku. W latach 1983-1993 szóste wydanie książki było przedrukowywane siedmiokrotnie. Niektóre z tych przedruków, m.in. z lat 1983 i 1986, zawierały poprawki.
Cambridge University Press wyprodukowało przedruk 6. edycji w 1997 roku. Przedruk 7. edycji został wydany w 2002 roku z poprawkami. Przed wydaniem na 60. rocznicę wydania w 2019 roku wykonano piętnaście odbitek.
Tłumaczenia
- Urodzony, Max; Wilk, Emil (1964). Podstawy optyki: elektromagnetyczna teoria propagacji, interferencja i dyfrakcja światła (w języku niemieckim) (wyd. 2). OCLC 602594135 .
- Urodzony, Max; Wilk, Emil (1965). Podstawy optyki elektromagnetyczna teoria propagacji, interferencji i dyfrakcji światła (w języku niemieckim) (wyd. 3). OCLC 610951371 .
- Urodzony, Max; Wilk, Emil; Bhatia, AB (1965). Podstawy optyki: elektromagnetyczna teoria propagacji, interferencja i dyfrakcja światła (w języku włoskim). Oxford: Pergamon Press. 878702542 OCLC .
- Urodzony, Max; Wilk, Emil (1975). Kansho oyobi kaisetsu (po japońsku). Kusakawa, Toru 1943., Yokota, Hideshi 1936., 草川, 徹 1943, 横田, 英嗣 1936. 東海大学出版会. Numer ISBN 4-486-00757-3. OCLC 959685860 .
Przyjęcie
Pierwsza edycja została bardzo dobrze przyjęta. Biografia Maxa Borna mówi: „przedstawia systematyczne traktowanie w oparciu o teorię elektromagnetyczną wszystkich zjawisk optycznych, które można opisać w kategoriach ciągłego rozkładu materii”. Jego czas był bardzo odpowiedni. Pojawienie się lasera niedługo po jego opublikowaniu oznaczało, że jego wgląd w opis i analizę światła miał bezpośrednie przełożenie na zachowanie światła laserowego. Był szeroko stosowany przez nauczycieli akademickich, badacze wykorzystywali go jako źródło rygorystycznych informacji. Jego doskonała sprzedaż odzwierciedlała jego wartość dla światowej społeczności optyków.
Gabor powiedział, że opis holografii w książce był pierwszym systematycznym opisem tej techniki w autorytatywnym podręczniku. Gabor wysłał Wolfowi kopię jednej ze swoich gazet z napisem „Drogi Emilu, uważam Cię za mojego głównego proroka, Miłość, Dennis”
Siódme wydanie zostało zrecenzowane przez Petera W. Milonniego , Eugene'a Hechta i Williama Maxwella Steena. Poprzednie wydania książki recenzowali m.in. Léon Rosenfeld , Walter Thompson Welford , John D. Strong i Edgar Adrian .
Peter W. Milonni rozpoczął swoją recenzję książki, zatwierdzając jej opis w obwolucie , stwierdzając, że jest ona „jedną z klasycznych książek naukowych XX wieku i prawdopodobnie najbardziej wpływową książką optyczną opublikowaną w ciągu ostatnich 40 lat”.
Eugene Hecht rozpoczął swoją recenzję książki, porównując zadanie z recenzowaniem Odysei , ponieważ „nie można podejść do niej bez pewnego podziwu i świadomości, że cokolwiek powiesz, jest zasadniczo nieistotne”. Hecht podsumowuje następnie swoją własną recenzję, aby pomóc „każdemu, kto nie ma czasu na przeczytanie reszty tego eseju”, stwierdzając: „ Zasady optyki to świetna książka, siódme wydanie jest świetne, a jeśli pracuj w polu, do którego prawdopodobnie powinieneś być właścicielem. Hecht stwierdził dalej, że książka „jest wspaniałym, rygorystycznym, ciężkim, niezachwianym traktem matematycznym, który zajmuje się bogactwem tematów z zakresu optyki klasycznej”. Zauważył, że książka może być trudna do zrozumienia; pisał: „To tour de force, nigdy nie przeznaczone do łatwego czytania”. Po przeanalizowaniu niektórych zmian w nowym wydaniu Hecht zakończył recenzję takim samym podsumowaniem, co wstęp, ponownie podkreślając, że „jeśli pracujesz w terenie, prawdopodobnie powinieneś ją posiadać”.
Zobacz też
Bibliografia
Dalsza lektura
- Hecht, Eugeniusz (2017). Optyka (wyd. 5). Stany Zjednoczone Ameryki: Pearson. Numer ISBN 978-0-13-397722-6.
Linki zewnętrzne
- "Witryna rocznicowej edycji dla Cambridge University Press" . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge . Źródło 25 listopada 2020 .
- "Strona siódmej edycji dla Cambridge University Press" . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge . Źródło 25 listopada 2020 .
- „Zasady Optyki | Optyka, optoelektronika i fotonika” . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge . Źródło 25 listopada 2020 .
- „Strona książki dla Science Direct” . Nauka Direct . Źródło 25 listopada 2020 .
- „Strona internetowa książki dla Elsevier” . Elsevier . Źródło 25 listopada 2020 .