La óptica ye la parte de la física que trata de la lluz y de los fenómenos lluminosos.
Na Edá Antigua conocíase l'espardimientu rectilliniu de la lluz, la reflexón y refraición. Dellos filósofos y matemáticos griegos escribieron trataos sobre óptica. Ente ellos: Empédocles y Euclides.
Yá na Edá Moderna René Descartes consideraba la lluz como una onda de presión tresmitida al traviés d'un mediu elásticu perfectu (l'éter) qu'enllenaba l'espaciu. Atribuyó los distintos colores a movimientos rotatorios de distintes velocidaes de les partícules nel mediu.
La llei de la refraición foi afayada esperimentalmente en 1621 por Willebrord Snell. En 1657 Pierre de Fermat anunció'l principiu del tiempu mínimu y a partir d'él dedució la llei de la refraición.
Na refraición el rayu de lluz que se traviesa d'un mediu tresparente a otru, denominar rayu incidente; el rayu de lluz que s'esvia al ingresar al segundu mediu tresparente denominar rayu refractado; l'ángulu en que'l rayu incidente, al ingresar al segundu mediu, forma cola perpendicular al mesmu, denominar ángulu d'incidencia; l'ángulu que'l rayu incidente forma col rayu refractado, al esviase, denominar ángulu de refraición o ángulu indetermináu. Esti postreru varia direutamente en rellación a la diferencia ente los índices de refraición de dambes superficies (dependientes de la mesma de la diferencia de la velocidá de la lluz al traviés de distintos materiales).
Interferencia y difracción
thumb|Interferencia (esquema simuláu). Robert Boyle y Robert Hooke afayaron de forma independiente'l fenómenu d'interferencia conocíu como aniellos de Newton, que la so esplicación teórica propunxo'l mesmu Isaac Newton. Hooke tamién reparó la presencia de lluz na solombra xeométrica, por cuenta de la difracción, fenómenu que yá fuera afayáu por Francesco Maria Grimaldi. Hooke pensaba que la lluz consistía en vibraciones arrobinaes instantáneamente a gran velocidá y creía que nun mediu homoxéneu cada vibración xeneraba una esfera que crez de forma regular. Con estes idees, Hooke intentó esplicar el fenómenu de la refraición ya interpretar los colores. Sicasí, los estudios qu'esclariaron les propiedaes de los colores fueron desenvueltos por Newton qu'afayó en 1666 que la lluz blanco puede estremase n'el so colores componentes por aciu un prisma y atopó que cada color puru carauterizar por una refractabilidad específica. Les dificultaes que la teoría ondulatoria atopar pa esplicar l'espardimientu rectilliniu de la lluz y la polarización (afayada por Huygens) llevaron a Newton a inclinase pola teoría corpuscular, que supón que la lluz arrobinar dende los cuerpos lluminosos en forma de partícules. thumb|left|Dispersión de la lluz en dos prismes de distintu material.|195x195px Na dómina en que Newton publicó la so teoría del color, nun se conocía si la lluz arrobinábase instantáneamente o non. El descubrimientu de la velocidá finita de la lluz realizólo en 1675 Olaf Roemer a partir d'observaciones de los eclises de Xúpiter.
Primeres teoríes y otros fenómenos Pela so parte, Hooke foi de los primeros defensores de la teoría ondulatoria que foi estendida y ameyorada por Christiaan Huygens qu'enunció'l principiu que lleva'l so nome, según el cual cada puntu alteriáu por una onda puede considerase como'l centru d'una nueva onda secundaria, la envolvente d'estes ondes secundaries define'l frente d'onda nun tiempu posterior. Cola ayuda d'esti principiu, consiguió deducir les lleis de la reflexón y refraición. Tamién pudo interpretar la doble refraición del espato d'Islandia, fenómenu descubiertu en 1669 por Erasmus Bartholinus, gracies a el camientu de la tresmisión d'una onda secundaria elipsoidal, amás de la principal de forma esférica. Mientres esta investigación Huygens afayó la polarización. Cada unu de los dos rayos emerxentes de la refraición del espato d'Islandia puede escastase faciéndolo pasar por un segundu cristal del mesmu material, rotado alredor d'una exa cola mesma direición que'l rayu lluminosu. Foi sicasí Newton el que consiguió interpretar esti fenómenu, suponiendo que los rayos teníen “llaos”, propiedá que-y paeció una oxeción insuperable pa la teoría ondulatoria de la lluz, yá que naquella dómina los científicos namái taben familiarizaos coles ondes llonxitudinales.
El prestíu de Newton, indució'l refugu per parte de la comunidá científica de la teoría ondulatoria, mientres casi un sieglu, con delles esceiciones, como la de Leonhard Euler. Nun foi hasta l'empiezu del Sieglu XIX en que nuevos progresos llevaron a l'aceptación xeneralizada de la teoría ondulatoria. El primeru d'ellos foi la enunciación por Thomas Young en 1801, del principiu d'interferencia y la esplicación de los colores de películes delgaes. Sicasí, como fueron espresaes en términos cualitativos nun consiguieron reconocencia xeneralizada. Nesta mesma dómina Étienne-Louis Malus describió la polarización por reflexón, en 1808 reparó la reflexón del Sol dende una ventana al traviés d'un cristal de espato d'Islandia y atopó que los dos imáxenes birrefringentes variaben les sos intensidaes relatives al rotar el cristal, anque Malus nun intentó interpretar el fenómenu.
Apurras de Fresnel
Augustin-Jean Fresnel ganó un premiu instituyíu en 1818 pola academia de París pola esplicación de la difracción, basándose na teoría ondulatoria, que foi la primera d'una serie d'investigaciones que, nel cursu de dellos años, terminaron por desacreditar dafechu la teoría corpuscular. Los principios básicos utilizaos fueron: el principiu de Huygens y el d'interferencia de Young, que, según demostró Fresnel, son abondes pa esplicar, non yá l'espardimientu rectilliniu, sinón les esviaciones de dichu comportamientu (como la difracción). Fresnel calculó la difracción causada por rendijas, pequeñes apertures y pantalles. Una confirmación esperimental de la so teoría de la difracción foi la verificación realizada por François Jean Dominique Arago d'una predicción de Poisson a partir de les teoríes de Fresnel, que ye la esistencia d'una mancha brillosa nel centru de la solombra d'un discu circular pequeñu, denomada puntu de Arago.
Nel mesmu añu Fresnel tamién investigó'l problema de la influencia del movimientu terrestre nel espardimientu de la lluz. Básicamente'l problema consistía en determinar si esiste dalguna diferencia ente la lluz de les estrelles y la de fontes terrestres. Arago atopó esperimentalmente que (amás de l'aberración) nun había diferencia. Sobre la base d'esti descubrimientu Fresnel desenvolvió la so teoría de la conveición parcial del éter por interacción cola materia, les sos resultaos fueron confirmaos esperimentalmente en 1851 por Armand Hyppolyte. Xunto con Arago, Fresnel investigó la interferencia de rayos polarizaos y atopó en 1816 que dos rayos polarizaos perpendicularmente unu al otru, nunca interferíen. Esti fechu nun pudo ser reconciliáu cola hipótesis d'ondes llonxitudinales, qu'hasta entós se dio por segura. Young esplicó en 1817 el fenómenu col camientu d'ondes tresversales.
Fresnel intentó esplicar l'espardimientu de la lluz como ondes nun material (éter) y yá que nun fluyíu solo son posibles les oscilaciones elástiques llonxitudinales, concluyó que l'éter tenía de portase como un sólidu, pero como naquella dómina la teoría d'ondes elástiques en sólidos nun taba desenvuelta, Fresnel intentó deducir les propiedaes del éter de la observación esperimental. El so puntu de partida fueron les lleis d'espardimientu en cristales. En 1832, William Rowan Hamilton predixo a partir de les teoríes de Fresnel la denomada refraición cónica, confirmada darréu de forma esperimental por Humprey Lloyd.
Foi tamién Fresnel el qu'en 1821 dio la primer indicación de les causes de la dispersión al considerar la estructura molecular de la materia, idea desenvuelta darréu por Cauchy.
Los modelos dinámicos de los mecanismos de les vibraciones del éter, llevaron a Fresnel a deducir les lleis qu'agora lleven el so nome y que gobiernen la intensidá y polarización de los rayos lluminosos producíos pola reflexón y refraición.
La teoría del éter
En 1850 Foucault, Fizeau y Louis Breguet realizaron un esperimentu crucial pa decidir ente les teoríes ondulatorio y corpuscular. L'esperimentu foi propuestu primero por Arago y consiste en midir la velocidá de la lluz n'aire y agua. La teoría corpuscular esplica la refraición en términos de l'atracción de los corpúsculos lluminosos escontra'l mediu más trupu, lo qu'implica una velocidá mayor nel mediu más trupu. Per otra parte, la teoría ondulatoria implica, acordies con el principiu de Huygens que nel mediu más trupu la velocidá ye menor.
Nes décades que siguieron, desenvolvióse la teoría del éter. El primer pasu foi la formulación d'una teoría de la elasticidá de los cuerpos sólidos desenvuelta por Claude Louis Marie Henri Navier que consideró que la materia consiste d'un conxuntu de partícules exerciendo ente elles fuercies a lo llargo de les llinies que los xunen. Distintos desarrollos aplicables a la Óptica fueron realizaos por Siméon Denis Poisson, George Green, James MacCullagh y Franz Neuman. Toes elles atopaben dificultaes por intentar esplicar el fenómenu ópticu en términos mecánicos. Por casu, al incidir sobre un mediu una onda tresversal, tendríen de producise ondes, tanto llonxitudinales como tresversales, pero, según los esperimentos de Arago y Fresnel, solo prodúcense del segundu tipu. Otra oxeción a la hipótesis del éter ye l'ausencia de resistencia al movimientu de los planetes.
Un primer pasu p'abandonar el conceutu d'éter elásticu realizar MacCullagh, que postuló un mediu con propiedaes distintes a la de los cuerpos ordinarios. Les lleis d'espardimientu d'ondes nesti tipu d'éter son similares a les ecuaciones electromagnétiques de Maxwell.
A pesar de les dificultaes, la teoría del éter elásticu persistió y recibió aportaciones de físicos del sieglu XIX, ente ellos William Thomson (Lord Kelvin), Carl Neumann, John William Strutt (Lord Rayleigh) y Gustav Kirchhoff.
Les ondes lluminoses como ondes electromagnétiques
Mentanto, les investigaciones n'eletricidá y magnetismu desenvolvíense rematando nos descubrimientos de Michael Faraday. James Clerk Maxwell consiguió resumir tou la conocencia previa nesti campu nun sistema d'ecuaciones qu'establecíen la posibilidá d'ondes electromagnétiques con una velocidá que podía calculase a partir de los resultaos de midíes llétrequiers y magnétiques. Cuando Rudolph Kohlrausch y Wilhelm Eduard Weber realizaron estes midíes, la velocidá llograda resultó coincidir cola velocidá de la lluz. Esto llevó a Maxwell a especular que les ondes lluminoses yeren electromagnétiques, lo que se verificó esperimentalmente en 1888 por Heinrich Hertz.
La teoría cuántica thumb|Right|Albert Einstein
Pero, inclusive la teoría electromagnética de la lluz ye incapaz d'esplicar el procesu d'emisión y absorción. Pa ello, Einstein y otros desenvolvieron una teoría cuántica basada en fotones de lluz difractada. Esta llinia d'investigación dexó desenvolver una teoría bien verificada esperimentalmente, y que supunxo la base de la óptica cuántica tal que la conocemos anguaño.