Jazyky

V. Malíšek, J. Bajer: Vývoj optiky v českých zemích


ACTA UNIVERSITATIS PALACKIANAE OLOMUCENSIS

FAKULTAS RERUM NATURALIUM

1995 PHYSICA XXXIV VOL. 120

ÚVOD

Je známo, že země někdejšího království českého neměly starověk a že přijetím
křesťanství se octly z pravěku přímo uprostřed středověku. O vyšší vzdělanosti
a tedy také o vědách lze u nás mluvit (byť s jistou rezervou) od založení
vyšších křesťanských škol, tj. škol katedrálních (od založení pražského
biskupství r. 973) a klášterních (benediktinský klášter v Břevnově 993)
a zejména pak od založení pražské Karlovy univerzity r. 1348. Je tedy i
historie optiky u nás dlouhá asi tisíc let, je zajímavá a slavná, neboť
naše země daly světu více, než by odpovídalo jejich velikosti geografické
i populační. Stalo se tak nejen zásluhou Čechů, ale též příslušníků jiných
národů přebývajících na našem území a badatelů v cizině pocházejících z
českých zemí. Je ovšem otázka, jak jasně a přehledně zachytit tuto tisíciletou
historii. Domníváme se, že podobně jako v geografii zavádíme zeměpisnou
délku a šířku umožňující lokalizaci významných míst v geografickém prostoru,
je vhodné také v historiografii zavést pomyslné souřadnice událostí a lokalizovat
tak významná fakta v "historickém prostoru" a to vzhledem k časové ose
a k pomyslné tématické ose. Vývoj vědy v čase však není rovnoměrný, takže
intervaly na časové ose nejsou rovnocenné, vyznačují se předěly různých
řádů, zkrátka evoluce v čase se vyznačuje určitou periodizací, jež, třeba
zčásti subjektivní, skýtá již předem celkový obraz o vývoji oboru. Naše
časová periodizace vývoje optiky v českých zemích je patrná ze schématu:


Zdůvodnění zvolených časových rozmezí bude patrné z dalšího. Na druhou,
"tématickou osu", by bylo třeba "zachytit" nejméně pět hledisek důležitých
z hlediska historiografie, což znamená všímat si
  1. Faktorů motivace či stimulace vědy (k vnitřním faktorům patří celkové pojetí
    vědy v dané době, otevřené problémy, k vnějším patří společenská poptávka
    po nových výsledcích, dotace vědy, organizace vědeckých ústavů a společností),
  2. Generace poznatků (jejímž hlavním vnitřním motorem jsou rozvíjející se
    vědecké metody, jichž postupně v dějinách vědy přibývalo),
  3. Kumulace poznatků (projevující se uvnitř vznikem a růstem oborů, navenek
    rostoucí literaturou a různými formami tezaurace informací),
  4. Aplikace poznatků (uvnitř se jevící zejména jako vynálezy, patenty apod.,
    navenek jako nové přístroje, jejich výroba a jejich stále širší využívání
    atd.),
  5. Propagace (jevící se uvnitř vědy jako zhušťování, výběr, případně tvorba
    učebnic, rozvoj didaktiky apod., navenek jako školský a vzdělávací systém,
    ediční činnost, propagace v různých mediích).

Máme tedy před očima jakési oblasti na časové i tématické ose, jež vytvářejí
řadu pomyslných buněk historického prostoru. V následujících odstavcích
uvedeme alespoň nejdůležitější fakta ilustrující vývoj optiky ve výše uvedených
periodách.

1. STŘEDOVĚKÁ OPTIKA NEZÁVISLÁ NA FYZICE (973 -1583)

Středověká optika a fyzika byly dvě odlišné nauky, jež neměly téměř nic
společného; optika se nazývala perspectiva a byla chápána jako část geometrie,
fyzika byla částí filozofie, z níž metoda experimentální a matematická
byla zcela vyloučena - alespoň na oficiální půdě škol. Neoficiálně se experimentovalo
v oblasti zvané magia naturalis, tedy v rámci přírodní, bílé magie. Pokusy
byly však čistě kvalitativní, a jejich motivem nebylo poznání nového, ale
spíše snaha překvapit diváka asi jako na kouzelnickém představení. V tomto
konání bylo plno tajemného, což církev ráda neviděla, neboť to vše zavánělo
čarodějnictvím. Po objevení nových poznatků se kromě několika výjimečných
jedinců nepídil nikdo; pozoruhodný byl však proces kumulace a propagace
faktů již známých. Na vyšších křesťanských školách se totiž vždy v rámci
kvadrivia učilo elementárním faktům z optiky v rámci geometrie a astronomie.
Skutečnost, že exaktní vědy (aritmetika, geometrie, astronomie) byly nepominutelnou
složkou vzdělání, je evropské specifikum, a to nejvýš významné, vyrůstající
již z názoru starořeckých filozofů: Platon měl na Akademii nápis: "Nevstupuj,
kdo neznáš geometrie!". Jeho téměř současník Konfucius v Číně naopak považoval
za nepominutelnou klasickou krásnou literaturu, která se memorovala, nikoli
však exaktní vědy, které vylučoval ze systému vyššího vzdělání. To byl
pravděpodobně jeden z vážných důvodů, proč v exaktních a technických vědách
klesly mimoevropské civilizace ze své někdejší výše, že primát získali
Evropané a za prvenstvím vědění následovalo i prvenství moci, díky níž
Evropané nakonec ovládli a kolonizovali téměř celou planetu. Nutno však
konstatovat, že i papežové (zejména Silvestr II. v 10. století) a králové
(Karel Veliký se svým rádcem Alkuinem z Yorku - v 8. století) usilovali
o vzdělanost také ze strachu před islámem, který se tlačil do Evropy z
Pyrenejského, Apeninského i Balkánského poloostrova. Na něm byla křesťanské
Evropě nebezpečná nejen síla zbraní, ale i síla ducha, zejména vědců a
filozofů, které pro větší lesk shromažďovali na svých dvorech kalifové
i nižší potentáti. Stará optika zbavená experimentální báze potlačením
magie naturalis byla tedy nakonec v podstatě jen geometrií; základním pojmem
byl paprsek ztotožněný s přímkou (a to i v názvu), čili nebyl ničím více
než světelnou přímkou. Obsahem takovéto středověké geometrické optiky byla
nauka o přímočarém šíření světla, o stínových úkazech, nauka o zrcadlech
(katoptrika) převzatá od antických Řeků a středověkých Arabů. Existence
lomu i marné pátrání po zákonu lomu byly známy ze starověku; jen jev duhy
a vznik barev při průchodu bílého světla skleněnými koulemi naplněnými
vodou budil nepokoj a filozofické úvahy. Výsledky z této oblasti ve středověku,
ani vynález brýlí ve 14. století však nemají nic společného s českými zeměmi.
Ani středověká fyzika neměla v tu dobu svou nejvlastnější metodu - tj.
metodu experimentální (která začala být akceptována až kolem r. 1600).
Fyzika té doby neexistovala ani de jure; katedry fyziky totiž vznikaly
až v první polovině 19. století - také Newton byl de jure pouze profesorem
geometrie. Zdálo by se tedy, že o fyzice a optice středověku není třeba
u nás vůbec mluvit. A přesto se naše země zapsaly již v tomto období do
dějin světové optiky vynikajícím způsobem; stalo se tak již v prvém období,
tj. v období, jež jsme nazvali

1.1. Středověká optika v katedrálních a klášterních
školách (973 - 1348)

V tomto období byli hlavními nositeli vzdělanosti mniši. Pěstovali vědu
receptivní, knižní, nesnažili se objevovat nové skutečnosti; slavná díla
však pilně a soustavně opisovali, překládali a konečně tvořili také syntetická
díla shrnující veškeré vědění daného oboru. Od 12. století existovalo sice
také české sklářství, vyrábějící nejen krásné nádoby a ozdoby, ale i čočky
k zasklívání oken katedrál, avšak na jejich využití ke zdokonaléní optického
zobrazení nikdo u nás ani nepomyslel. Avšak v Dolním Slezsku, jež střídavě
patřívalo k zemím koruny české, se v době kolem tatarského vpádu a nešťastné
bitvy u Lehnice (r. 1241) zrodila v tomto městě hvězda první velikosti
na nebi středověké optiky. Byl to mnich Vitellius čili Witelo (asi 1220
- 1280), původem pravděpodobně Polák, který napsal v letech 1270 - 78 velký
spis o 10 knihách zvaný "Perspectiva". Šlo o takřka bibli optiky, tj. o
největší a nejvýznamnější dílo starověku a středověku v celé světové literatuře.
Obsahuje nejen všechna fakta vybraná z obdobného díla Alhazenova (tj. arabského
Ibn al-Haithama), ale i rozšířené vědění antické a středověké, přičemž
je obsahově bohatší než všechna díla dosavadní a způsobem zpracování převyšuje
Araby i Řeky. Napadá nás příměr - Vitellius, Koperník středověké optiky,
jež by však Vitellia přeceňovalo. Toto dílo se opisovalo po celý středověk,
tiskem vyšlo až r. 1533 - žel nikdy nevyšlo ani v Polsku, ani v Čechách.
Jeho autorita však byla tak vysoká, že ještě Kepler v r. 1604 nazval své
dílo o astronomické optice skromně "Ad Vitellionem paralipomena", tj. dodatky
k Vitelliovi. Prvky originality se vyznačují Vitelliovy pasáže o duze,
astronomické refrakci, o zobrazení zrcadly, o temné komoře; chybně však
pod vlivem filozofů, považuje rychlost světla za nekonečnou. Pomocníkem
a inspirátorem Vitelliovi byl učený Belgičan Vilém z Moerbeke, s nímž Vitellio
dlel u papeže Klementa IV. ve Viterbu. Vitellius studoval v Padově, učil
v Paříži a nakonec při katedrále sv. Petra ve svém rodišti.

1.2. Středověká optika na předrudolfinské univerzitě
(1348 - 1583)

Zatímco předchozí období zanechalo památky ve slohu románském a ideově
i filozoficky se přimykalo k Platonovi a sv. Augustinovi, období předrudolfinské
univerzity je obdobím gotiky a scholastické, aristotelskotomistické filozofie.
Většinou verbální scholastickou vědu však pěstují nejen mniši, ale i světští
kněží a dokonce laici (na univerzitách nadále ovšem s povinností celibátu).
Na pražské univerzitě, založené podle pařížského vzoru 7.dubna 1348, se
však v oblasti exaktních věd přihlíželo více k Oxfordu než k Paříži (Sorboně),
a proto (podle slov německých historiků) bylo o ně v Praze postaráno lépe
než v Paříži. Šlo však spíše o lepší úroveň výuky, než o excelentní, tvůrčí
osobnosti či o vynikající díla z "perspektivy" - takže za celých 235 let
tohoto předrudolfinského období naší univerzity se na ní neobjevila osobnost
formátu Vitelliova a později dokonce od dob Husových, vlivem soustředění
profesorů i studentů na otázky teologické úroveň univerzity, zejména po
vyhlášení Kutnohorského dekretu (r. 1409), ustavičně klesala. Encyklopedie
Vitelliova, řečeno dnešním jazykem, měla v těchto poměrech úroveň postgraduální.
Nicméně pražská univerzita zůstala vždy školou mezinárodní, evropské působnosti.
Každý její student, měl-li se stát bakalářem in artibus, musel projít základním
kurzem aritmetiky, geometrie a astronomie, zejména musel poslouchat tři
týdny přednášku o aritmetice zvanou Algorithmus (za 8 halenských peněz,
nazvaných později haléře), poté tři týdny traktát Joanna Sacrobosca z Hollywoodu
o aritmetice (za 1 groš, tj. 14 haléřů), traktát "De sphaera materiali"
pojednávající o sférické trigonometrii a o sférách geocentrické soustavy,
výklady Ptolemaiova Almagestu po celý rok (za 1zlatý, tj. za 24 grošů)
a konečně "Almanach" (čili poučení o sestavování kalendáře). Chtěl-li však
být bakalář povýšen na magistra in artibus, což byla nejvyšší dosažitelná
hodnost absolventa na artistických fakultách, jakou měl třeba Hus a Newton,
musel dále absolvovat 6 knih Eukleidových v 1 semestru (za 8 grošů, traktát
"De Sphaera theoretica"(6 týdnů za 2 groše), v nichž se podával výklad
pohybu a vlastností nebeských těles a konečně to byl traktát "Perspectiva
communis" od anglického magistra a pozdějšího arcibiskupa v Cambridge Joanna
Peckhama, obsahující přednášky z optiky. Naproti tomu Aristotelova "Physica"
byla součástí spekulativní filozofie a byla předmětem zájmu spíše na teologické
a lékařské fakultě. Zatím šlo stále o jména autorit mimo naše území. Pozoruhodné
jsou však také různé tabulky, například pražské Tabulae Astronomicae, zpracované
prof. Martinem Bacháčkem z Nauměřic (zpracované podle vzoru Gerharda z
Cremony a Jana Campana z Navarry), používané ještě Tychonem Brahe kolem
1600) a dále pomůcky k dokonalejšímu měření úhlů, délek, hmotnosti a času;
sem patří také slavné orloje - olomoucký a pražský. Prvý pochází zr. 1420
od Antonína Pohla ze Saska, čili je dílem cizince, kdežto druhý, založený
téhož roku či o rok dříve (ale uvedený do chodu až po r. 1490) je dílem
Čechů - císařského hodináře Mikuláše z Kadaně, profesora astronomie na
pražské universitě Jana Ondřeje zvaného Šindel a Jana Růže zvaného mistr
Hanuš. Oba orloje představují vrchol naší přesné mechanokya byly naší chloubou
po celé Evropě. Od dob husitských (1415) až do konce třicetileté války
(1648) však nastává povlovný, ale trvalý úpadek naší univerzity, započatý
vyhlášením Dekretu Kutnohorského trvá do konce třicetileté války (1648).
V oblasti empirických a exaktních věd již od ní nebylo možno ani očekávat
žádný pokrok či pozitivní impuls. Stalo se tak až ze strany do jisté míry
konkurující univerzitě, tj. ze strany dvorních učenců soustředěných u dvora
Rudolfa.

2. NOVOVĚKÁ OPTIKA V RÁMCI FYZIKY (od r. 1583)

V opozici ke konzervativním univerzitám učinili kolem r. 1600 rozhodné
kroky vpřed ve vědě v celoevropském měřítku členové různých polosoukromých
společností a akademií v hlavních městech evropské vzdělanosti - ve Florencii
a v Padově Galilei, v Londýně Gilbert, v Holandsku Stevin, v Paříži Huygens.
K těmto centrům patřila také Praha, kam přesídlil r. 1583 Rudolf II. Císař
začal na svém dvoře shromažďovat různé vzácnosti a také přední vědce své
doby. Také jejich zásluhou začíná vznikat i v Praze fyzika v dnešním smyslu,
tj. fyzika nikoli již jen čistě spekulativní, ale empirická věda, opírající
se o experiment a jeho analýzu novými matematickými metodami. Tak se rodí
kolem r. 1600 fyzika de facto (nikoli ovšem ještě de jure). Zároveň se
optika pozvolna ale trvale sbližuje s fyzikou, obě přijímají experiment
jako rozhodující metodu a dochází rovněž k posuvu v oblastech stimulace,
generace, kumulace i aplikace poznatků; stalo se tak ovšem postupně v obdobích
námi označených jako předklasické, klasické a postklasické. Ke zdůvodnění
oprávněnosti tohoto členění uveďmě alespoň toto: pro období předklasické,
tj. od Keplera do Macha je charakteristické, že přesveškeré úspěchy nových
metod, včetně matematicky kvalitního popisu optických jevů v díle Newtonově,
Gaussově, Fresnelově a dalších, nebyla známa odpověď na nejzákladnější
otázku filozofické povahy - jaká je podstata světla; sotva lze tedy toto
dlouhé období mezi lety 1583 - 1867 považovat za více než za období přípravné,
předklasické. V roce 1867 přichází na dosud utrakvistickou, čili pro Čechy
i Němce společnou Karlo-Ferdinandovu univerzitu v Praze Ernst Mach, který
popřel všechny mechanické modely procesu šíření světla a prosazoval názor,
že je nesprávné opírat se o jakékoli - a tím méně mechanické modely procesu
šíření světla. Tak vyřadil jak newtonskou teorii emanační, korpuskulární,
tak i vlnovou koncepci elastického éteru, přičemž zároveň prosadil názor,
že ve fyzice vždy jsou rozhodující teorie fenomenologické, nikoli modelové.
Fenomenologická teorie tepla, termodynamika, tu už byla - a obdobnou fenomenologickou
elektrodynamiku v týchž letech začal formulovat J.C. Maxwell. Jako její
vedlejší výsledek vyplynula také odpověď na odvěkou otázku optiky - co
je světlo, že totiž není ničím jiným než příčným vlněním elektromagnetického
pole. Za klasické považujeme poměrně krátké období, v němž se popis optických
jevů opírá o elektromagnetickou teorii Maxwellovu případně Lorentzovu,
přičemž není nic známo (nebo se to nerespektuje) o kvantové povaze světla.
Kvantová koncepce v optice je u nás poprvé jasně akceptována až v r. 1919
v monumentální Strouhalově a Novákově Optice, což považujeme za začátek
současné, postklasické optiky.

2.1. Předklasická optika (1583 - 1867)

představuje bezmála tři sta let dlouhou epochu, jež se rozpadá na tři období:

  1. období přednewtonské optiky a fyziky (1583 - 1748), kdy byla pěstována
    pouze geometrická optika a kdy byly učiněny první kroky v poznání disperze
    světla při lomu na rozhraní prostředí, a to bez jakékoli fyzikální teorie.
    Je to období u nás o dvou epochách: epoše rudolfinské, renesanční vědy
    (1583 - 1620) a epoše jezuitské, barokní vědy (1620 - 1748).
  2. období newtonské fyziky a optiky, u nás začíná veřejným vystoupením několika
    progresivních jezuitských profesorů v Praze roku 1748, kteří už odmítli
    učit fyzice podle aristotelských koncepcí a jejich scholastických modifikací
    a jednoznačně přijali učení Newtonovo, oficiálně ovšem až na heliocentrismus,
    tj. uznali prvé dvě knihy Newtonových Principií, nikoli třetí; záhy (1780
    a 1785) je také v Praze vydali latinsky s komentáři objasňujícími Newtonovy
    syntetické postupy novými metodami (a symbolikou) současné matematické
    analýzy. (Třetí díl vůbec nevydali, o jeho obsahu mlčeli, protože až do
    konce první třetiny 19. století bylo Kopernikovo učení tam popisované na
    indexu.) Sám Newton pomýšlel na "převedení" svého hlavního díla do řeči
    matematické analýzy, avšak k realizaci tohoto velkého úkolu se již nedostal.
    Tento proces nastolil jako první J. Tessanek (Jan Tesánek) a má tedy zásluhu
    světového významu; v jeho úsilí posléze pokračovali L. Euler a další zakladatelé
    analytické mechaniky.
  3. období postnewtonské mechanistické (předklasické) optiky a fyziky se vyznačuje
    ve světě pozvolným přijetím mechanické vlnové teorie světla po r. 1802,
    kdy vystoupil proti Newtonově koncepci světla Thomas Young; k němu se posléze
    připojil ve Francii A. Fresnel a vítězství "elastické vlnové teorie" bylo
    úplné po Foucaultových měřeních rychlosti světla ve vodě v polovině 19.
    století (1850). Je pozoruhodné, že u nás žijící nejvýznamnější badatelé
    tohoto období (A.L. Cauchy, Ch. Doppler) se již před oním rokem 1850 přiklonili
    k vlnové teorii. Specifikum tohoto období z hlediska našich národních dějin
    spočívá v tom, že jde o dobu tuhé germanizace, na vysokých školách se přednáší
    ne už latinsky, ale německy; národní buditelé reagují proti tomuto násilí
    úsilím, jež ústí v národní obrození. Jeho prvním signálem v naší vědě je
    vznik elementárních učebnic a pojednání v českém jazyce. První prací tohoto
    druhu, tj. pojednání o fyzice hledající již českou terminologii, se objevuje
    r. 1806 na stránkách populárního časopisu z pera JUDr. Jana Nejedlého,
    profesora české literatury (!) na pražské Karlo - Ferdinandově univerzitě;
    ten však zmíněné pojednání pod názvem "Umění přirozených věcí" nedokončil
    a vlastně ani vhodný název pro "fyziku" nenašel. Dalším zdařilým, byť zcela
    populárním dílem je první česky psaná fyzika z pera učitele evangelické
    školy na Slovensku Pawla Michalko; nazývá se "Fizyka aneb učení o přirození
    ..." a byla vytištěna r. 1819 v Budíně. Až do Jungmanna dělalo totiž českým
    autorům potíže slovo fyzika, snažili se je přeložit (silozpyt), termín
    "příroda" vytvořil teprve později Jungmann. Abychom tedy my alespoň formálně
    vymezili toto období, přijímáme ad hoc za časové meze období roky 1819
    a 1867, kdy vyšla knížka Michalkova a kdy nastupuje na univerzitu v Praze
    Ernst Mach. Ten rozhodujícím způsobem postupně ovlivňuje pojetí fyziky
    v celém tehdejším Rakousko-Uhersku (a tedy i u nás) a nabývá velkého vlivu
    ve světě. Volá po čistě fenomenologických teoriích ve fyzice; termodynamika
    v tu dobu už existuje, sám buduje nově mechaniku, přispívá svou kritikou
    newtonské fyziky k inspiraci Einsteina k teorii relativity. Z Anglie přichází
    Maxwellova fenomenologická teorie elektromagnetického pole řešící také
    otázku podstaty světla; vznikala během let 1861 - 1873, a byla shrnuta
    do proslulého dvoudílného Maxwellova traktátu o elektromagnetismu. Tvorba
    elektromagnetické teorie ve světě tedy zhruba splývá s počátkem činnosti
    Machovy a s jeho příchodem do Prahy, takže letopočet, ač orientační, má
    jisté věcné oprávnění. Již od prvního období předklasické optiky začínají
    vystupovat nové tendence v optice a ve fyzice, které neustále sílí a stávají
    se příznačnými (oproti fyzice a optice středověké): i) V oblasti motivace
    (stimulace) není již hlavním faktorem tradice a setrvačnost filozofických
    názorů na vědu či obava před silným islámem, ale hlavním faktorem se stává
    snaha o poznání nového, případně snaha o užitečné aplikace poznatků. ii)
    V oblasti metod je postupně všeobecně přijímána komplexní metoda experimentálně-matematická.
    iii) V oblasti kumulace poznatků vznikají postupně celé nové obory (nejprve
    dioptrika a fotometrie, poté nauka o disperzi světla). iiii) V oblasti
    aplikací nachází uplatnění jak již dříve známá jednoduchá technika (temná
    komora, laterna magica, brýle), tak i novější technika (dalekohled, mikroskop,
    spektroskop).
2.1.1. Přednewtonská optika

zahrnuje progresívní období renesanční vědy a období relativní stagnace
ve srovnání se západoevropskou vědou.

a) Rudolfinská renesanční věda (1583 - 1620)

představuje jeden z vrcholů, jichž bylo v naší zemi v optice dosaženo.
Jeho nejvýznamnějším reprezentantem byl astronom a filozof světového významu
Johannes Kepler (1571 - 1630), který dlel v Praze v letech 1600- 1612.
Jeho světový význam v optice spočívá v tom, že založil dvě její odvětví
- nauku o zobrazení čočkami, tzv. dioptriku (od dob Eukleidových 300 let
před Kristem do vydání Keplerovy "Dioptrice" v r. 1611 existovala jen katoptrika)
a fotometrii; té sice nevěnoval zvláštní spis, ale v již zmíněné knize
"Ad Vitellionem paralipomena quibus astronomie pars optica traditur" z
r. 1604 (Frankfurt) konstatuje základní fotometrický zákon o ubývání osvětlení
se čtvercem vzdálenosti od zdroje světla. Předešel tedy jak Lamberta, tak
Beera, s jejichž jmény bývá vznik fotometrie spojován. Ve spise z r. 1611
(Augsburg) také navrhl proslulý Keplerův dalekohled, který o rok později
skutečně sestrojil jezuita Scheiner. Kepler je dále objevitelem totální
reflexe a jednoho z pěti základních zákonů geometrické optiky - zákona
obrácení chodu paprsků. Kepler rovněž dotáhl do konce analogii temné komory
a oka; prohlásil, že obraz předmětu na sítnici je obrácený, správně určil
funkci oční čočky i příčinu krátkozrakosti a dalekozrakosti. Podal teoretický
výklad astronomické refrakce, kterou již dříve zčásti respektoval při udávání
astronomických souřadnic hvězd jeho představený Tycho Brahe. Kepler též
začal studovat zobrazení soustavou čoček a chápal základní význam zákona
lomu světla, který se hledal bezúspěšně již 1 500 let od dob Ptolemaiových.
Žel, ke správnému tvaru tohoto zákona nedospěl a to jak proto, že se snažil
nevhodně určit deviaci paprsku při lomu jako funkci úhlu dopadu, tak proto,
že mu byla filozofická spekulace a matematika daleko bližší než experiment
- přijal totiž za bernou minci zkreslená měření Ptolemaiova pro lom ve
skle, vodě a vzduchu z doby kolem r. 140, aniž by sám opakoval tato měření.
Je zajímavé, že při společných astronomických pozorováních Keplera, Martina
Bacháčka a Joosta Bürgiho (r. 1609) používali camery obscury (dalekohled
ještě neměli) a tak objevili současně s Galileim sluneční skvrnu; zprvu
se sice domnívali, že jde o přechod Merkura přes sluneční disk, ale záhy
Kepler vše "uvedl na pravou míru".

b) Jezuitská barokní optika (1620 - 1748)

znamenala oproti metodám a výsledkům optiky rudolfinské krok zpět. Bylo
tomu tak proto, že se opírala podobně jako ve středověku o scholastické
pojetí aristotelsko - tomistické, fyziku opět považovala za část filozofie,
kterou je třeba pěstovat spekulativně, bez matematiky a experimentu. V
astronomii se vrátila ke geocentrismu a vůči novým objevům ve vědě a tedy
i v optice se jen bránila, činíc experimenty jen proto, aby nepohodlné
novoty případně vyvrátila. Avšak i v tomto případě výjimka potvrzuje pravidlo
- a touto výjimkou byli na počátku tohoto období Češi Marcus Marci a Šírek
z Reity a na jeho konci skupina jezuitských profesorů, v čele s J. Steplingem,
působících v Praze. Jan Marek Marků z Lanškrouna, čili Joannes Marcus Marci
de Cronland(1595 - 1667) patří k nemnoha českým fyzikům a optikům světového,
historického významu. Studoval v Olomouci a v Praze, byl doktorem lékařství
a physicusem království českého, osobním lékařem Ferdinanda III. a rektorem
Karlovy univerzity. Do jezuitského řádu vstoupil jako laik již ve vyšším
věku. V optice proslul jako objevitel disperze světla při lomu. K závěru,
že úhel lomu závisí na barvě světla, dospěl při studiu duhy v polemice
s profesory jezuitského řádu; objev učinil před rokem 1648 v Praze, jak
o tom svědčí jeho latinský spis "Thaumantias" z r. 1648. Objevil tedy disperzi
světla nejméně 18 let před Newtonem. O jisté nevšímavosti českých fyziků
a historiků svědčí fakt, že jeho prioritu v dějinách prosadili nejprve
němečtí historikové vědy, z českých pak Jiří Marek, který v padesátých
a šedesátých letech tohoto století prokázal také jeho prioritu objevu difrakce
při odrazu na mřížce. Dnes působí J. Marek v Německu; díky němu víme, že
ohyb světla našli nezávisle tři badatelé pravděpodobně v časovém pořadí
Marci, Boyle, Grimaldi. Nelze se na tomto místě zmiňovat o prioritách Marcuse
Marci v mechanice, ani o jeho vlivu na Newtona a o polemikách s jezuity
(k nimž tehdy ještě nepatřil), ani o kritice díla Huygensem apod. Optikou
se zabývali další jezuité působící střídavě v Praze, Olomouci a Vratislavi:
Hartmann ve spise "Catoptrica illustrata" (1668) považoval za základní
stavební částice hmoty nikoli atomy, ale částice - miniaturní zrcadélka,
na nichž dochází k elementárním odrazům (dnes bychom řekli rozptylu), v
čemž bychom mohli spatřovat předtuchu výkladu rozptylu světla. Hancke a
Moretus se důkladně zabývali tradiční katoptrikou a sami také vyrobili
velká, kvalitní kovová zrcadla. Moderní tehdejší disciplínou - dioptrikou
se zabýval Baltasar Conradus, který se také ve spise z r. 1639 (De natura
iridis) snažil vyložit vznik duhy. Právě na něj polemicky navázal M. Marci
- a tak dospěl ke svému objevu (disperze). Je otázkou, zda Conradus nenašel
disperzi ještě dříve než Marci; jeho velký spis "Teledioptrice" totiž zůstal
v rukopise a při některé z ideologických čistek v Olomouci, kde byl uložen,
se ztratil. Jezuitská knihovna v Olomouci se totiž "očišťovala" za Josefa
II., za války v letech čtyřicátých, poté v letech padesátých a několikrát
se stěhovala v Olomouci a také do Brna a zpět. Ve slezské Nise působil
jako rektor jezuitské koleje Christof Scheiner (1575-1650), který proslul
v astronomii jako vynálezce pantografu a v optice jako prvý sestrojil v
r.1613 Keplerův dalekohled a založil fyziologickou optiku. Pitvou očí telat
zjistil stavbu a funkci oka, zejména akomodaci oka změnami křivosti oční
čočky. Jezuité ve shodě se studijním řádem "Ratio studiorum" a s řádovými
tradicemi a příkazy učili nadále aristotelské fyzice a bojovali proti Galileovi
a dalším fyzikům, stoupencům heliocentrismu a Newtona. Postupně však poznávali
pravdu a v roce 1748 se stalo něco zcela neslýchaného u profesorů a zároveň
profesů toho nejposlušnějšího řádu církve: pražští profesoři se vzbouřili,
ústy prof. J. Steplinga odmítli učit aristotelismus a přiklonili se k Newtonovi.
A ještě podivnější bylo, že jejich revolta byla akceptována; uvědomíme-li
si, že řád ovládal kolem sta univerzit na různých kontinentech, na nichž
se tím také posléze změnila situace, je to událost významná. Záhy pak vydali
profesoři J. Tessanek (česky Tesánek) starší, působící v Praze, první dvě
ze tří knih Newtonových Principíí (r. 1780 a 1785 latinsky) a jeho mladší
bratr Franciscus napsal vlastní třídílnou Fyziku (Physica) v newtonovském
duchu. Tím vlastně u nás začíná nové období fyziky a optiky. Do tohoto
údobí patří i první "Physica" zpracovaná českým autorem - J.A. Komenským
z r. 1633. Je čistě filozofická a světlo je vní chápáno jako princip, pomocí
něhož Bůh pohybuje tělesy. V cizině působil také kapucínský mnich, Markův
současník Antonín Maria Šírek z Reity (resp. Antonius Maria Schyrleus de
Rheita), proslulý optický konstruktér, který postavil Keplerův dalekohled
a zavedl mezi objektiv a okulár spojenou čočku převracející obrácený obraz
vytvořený původním Keplerovým dalekohledem. Do optiky zavedl termíny objektiv
a okulár. Zemřel v Raveně r. 1660.

2.1.2. Newtonská optika (1748 - 1819)

Jezuitští profesoři v Rakousku ovšem předem věděli, že se jim za vzpouru
nic nestane; stál za nimi dvůr vídeňský i další evropské dvory. Když se
totiž z rozkazu Marie Terezie pátralo po příčinách porážek ve válkách s
Pruskem, dospělo se mimo jiné k závěru, že rakouské školství je zastaralé,
a že je nutno fyziku pěstovat experimentálně. J. Stepling vlastně jako
první vyšel vstříc tomuto požadavku a také ihned získal rozhodující postavení
na pražské univerzitě. V tomto období rokoka, racionalismu, osvícenství
a tuhé germanizacena byly ve fyzice dominantního postavení ideje Newtonovy
- v optice jeho emanační, korpuskulární teorie. Na školách přestává hegemonie
kněží a významnou roli hrají různé učené společnosti, např. v Rakousku
nejstarší "Societas incognitorum" založená osvícencem Josefem svobodným
pánem Petrášem v Olomouci r. 1746. Světové úrovně v optice však u nás v
tomto období nebylo dosaženo, snad s výjimkou J.N. Polanského, který se
věnoval vysvětlení barev a objasňoval jevy atmosferické optiky, zejména
duhu, ve svém dvojdílném latinsky psaném spise "Fyzikální disertace o vzniku
a povaze hlavní a vedlejší duhy" z r. 1761.

2.1.3. Postnewtonská optika (1819 - 1867)

První zjevnou vzpouru proti Newtonově optice začal jeho krajan Thomas Young
r. 1802 - a záhy vše svědčilo pro teorii vlnovou. U nás je doba rokoka
vystřídána empirem a germanizaci čelí hnutí národního obrození. Jeho prvním
plodem v našem oboru byly první pokusy o konstituci českého fyzikálního
názvosloví v elementárních učebnicích fyziky: první z nich je výše zmíněná
"Fizyka ..." Pavla Michalko. Následovaly učebnice Smetanovy, Sedláčkovy
a další. Z velkých vědců na našem území, kteří zanechali stopu v dějinách
optiky tohoto období, nutno jmenovat Francouze Augusta Cauchyho (1789 -
1857) a Čecha Jana E. Purkyně (1787 - 1869) a Němce Christiana Dopplera
(1803 -1854). První byl (podobně jako Barrande) vychovatelem dětí příbuzných
francouzského exkrále Karla X. pobývajícího na pražském Hradě. Cauchy vypracoval
první matematickou teorii disperze na bázi vlnové teorie světla, z níž
dodnes užíváme Cauchyho vzorce. Stojí za zmínku, že problém disperze se
výrazně zobrazil v dějinách naší optiky, neboť v této problematice dosahovali
badatelé u nás obzvláště pozoruhodných výsledků: Marci disperzi objevil,
Cauchy ji popsal a po objevu elektromagnetické teorie světla nebyl nikdo
schopen ji zpracovat podle nové teorie - teprve profesor Fr. Koláček (Maxwell
předčasně zemřel ve věku 48 let). Kontakty Cauchyho s našimi učenci však
byly bohužel jen velmi řídké. Fyziolog J. E. Purkyně obohatil optiku vidění
o poznání závislosti maxima spektrální citlivosti oka na jasu (Purkyňův
jev) a prozkoumal setrvačnost zrakového vjemu, jež umožňuje kinematografii.
Snad nejvýznamnějším v Praze působícím vědcem, který se navždy zapsal do
dějin optiky byl Christian Doppler. Ten objevil jev po něm nazvaný v r.
1842, a to v rámci fyzikální teorie barvy, kterou založil. Kromě toho sestrojil
mikroskop s asférickým čočkovým objektivem. Dále sem patří také Josef Petzval,
Slovák působící ve Vídni, proslulý konstrukcí fotografického objektivu
nesoucího jeho jméno, autor díla "Bericht über die Ergebnisse einiger dioptrischer
Untersuchungen" (Pesth, 1843), čestný člen Jednoty českých mathematiků
v Praze.

2.2. Klasická optika (1867 - 1919)

Jde o poměrně krátké období, avšak pro českou vědu velmi významné, neboť
v tomto období vznikla česká Karlo-Ferdinandova univerzita (1882), byly
na ní vytvořeny první české vysokoškolské příručky a tím vědecká terminologie,
vznikl optický průmysl a na poli vědy zanechali trvalou stopu profesoři
K. Zenger, E. Mach, A. Seydler, F. Koláček aj. Profesor pražské české techniky
Karel Václav Bedřich Zenger (1830 -1908) napsal česky první důkladné vysokoškolské
kompendium fyziky, žel z optiky vyšla jen část, takže první úplnou vysokoškolskou
učebnici fyziky včetně optiky představují skripta "Fysika experimentální"
z devadesátých let 19. století profesora české univerzity Čeňka Strouhala
(1850 -1922), v nichž se autorsky podílel na optice pozdější profesor české
brněnské techniky a přední znalec fotografických procesů Vladimír Novák
(1869 - 1944). Jako první u nás přijal elektromagnetickou teorii světla
profesor teoretické fyziky na české univerzitě v Praze August Seydler (1849
- 1891), který však pro předčasnou smrt a kvůli zájmům v jiných oblastech
vědy ji ve své monumentální třídílné Theoretické fysice z 80.let nepropracoval.
Tito první průkopníci české vysokoškolské fyziky byli (krom Zengera) vesměs
žáky Ernsta Macha (1838 - 1916), který udával tón celé fyzice u nás a který
působil jako profesor experimentální fyziky na utrakvistické a posléze
na německé univerzitě v Praze v letech 1867 -1895. Trvalý význam, v oblasti
teoretické optiky v tomto období mají: i) Ucelená a ve světové literatuře
první kniha o elektromagnetické teorii světla Ottokara Tumlirze (1856 -
1928), působícího na pražské německé univerzitě (vyšla r. 1883 v Lipsku).
Z hlediska této teorie objasnil odraz a lom světla. ii) Serie prací "Dispersionenserklärung
vom Standpunkte der elektromagnetischen Lichttheorie", kterou vydal ještě
jako středoškolský profesor v Brně v r. 1887 pozdější profesor teoretické
fyziky na univerzitě Karlově František Koláček (1851 - 1913). V nich jako
první popsal nově odraz, lom, disperzi při lomu, dvojlom a dichroismus,
přičemž mimochodem objasnil dávný spor mezi pojetím Neumannovým a Fresnelovým
jako bezpředmětný. Žel, zanedlouho byla Koláčkova teorie překonána Lorentzem
a Larmorem z pozic elektronové teorie. Za zmínku jistě stojí fakt, že ve
škol. roce 1911/12 působil na německé univerzitě v Praze A. Einstein. Jeho
přínos v souvislosti s postulátem o konstantní velikosti rychlosti světla
ve vakuu a s ním souvisejícím vytvořením speciální teorie relativity je
problematikou dostatečně známou. Podobně jako v případě Keplera, Cauchyho
či Dopplera ani s Einsteinem čeští fyzikové téměř nekomunikovali. Skvělou
vysokoškolskou učebnici geometrické optiky a fotometrie napsal profesor
Bohumil Kučera z Karlovy univerzity (r. 1915), který rovněž vedl moderním
způsobem vysokoškolská praktika. Největší osobností v oblasti experimentální
optiky byl Ernst Mach, jehož "Optische Vorlesungsversuche" jsou pokladnicí
demonstračních a experimentálních metod; je známo, že např. zviditelnil
střely a hustotní pole v jejich okolí za pohybu, demonstroval anomální
disperzi aj. Známý Machův-Zenderův interferometr však je dílem jeho syna
Ludwiga, lékaře a profesora německé univerzity v Praze. Podobně jako napsal
E. Mach proslulou historicko - filozoficky pojatou Mechaniku, která se
vydává dodnes, napsal také první díl obdobně pojaté optiky; byl totiž zároveň
významným teoretikem, který inspiroval Einsteina k některým myšlenkám uplatněným
v teorii relativity. Po publikování teorie relativity se však stal jejím
odpůrcem a ve druhém dílu výše zmíněné optiky ji chtěl vyvrátit; přikázal
přitom synovi aby oba díly vydal jen v případě, že bude pravda na jeho
straně. Když se ukázal opak, syn dle otcova příkaz ucelou Optiku spálil.
Do tohoto období patří také Lippichovy matematické studie o odrazu a lomu
světla na kulových plochách, Machovy a Lippichovy studie o vlivu zatížení
na dvojlom, Machovy výzkumy Talbotových proužků, výpočty intenzity po dvojí
interferenci a Rosického studie ohybových spekter. Po objevu spektrální
analýzy r. 1859, což byl nejvýznamnější objev v optice tohoto období vedle
teorie Maxwellovy, se ovšem soustředil zájem na tuto oblast; nejvýznamnějších
výsledků dosáhl v problematice rozšíření spektrální čáry Jaumann (1894)
a zejména Koláček (1896). Pracné, žel chybné, byly práce několika dalších
pracovníků o fluorescenci. V přístrojové technice vynikl K. Zenger "univerzálním
mikroskopem" z let sedmdesátých, konstrukcí aplanátů, zdokonalením přímohledného
hranolu a návrhy hranolů z vhodných látek pro různé oblasti spektroskopie.
V devadesátých letech se zabýval konstrukcí refraktometrů také Ludwig Mach.
Konstrukcí polostínových polarimetrů se proslavili E. Mach a F. Lippich
(1875). Vznik optického průmyslu se pojí s pražskou firmou bratří Josefa
a Jana Fričových a drobných firem (dílen) v Čechách a na Moravě (např.
Srb a Štýs v Praze), jež se později integrovaly rozšířily např. v předchůdce
Meopty. Poslední a po všech stránkách nejbohatší je ovšem období, které
jsme nazvali

2.3. Postklasická optika (od r. 1919)

Začíná přijetím teorie relativity a teorie kvantové našimi vědci: prvá
teorie je u nás poprvé reflektována u Viktora Felbera, profesora z pražské
techniky v jeho Všeobecné mechanice z r. 1913 a na základě kvantové teorie
vykládá vyzařovací zákon u nás poprvé Č. Strouhal či spíše jeho spoluautor
V. Novák v Optice z r. 1919. Do historie patří ovšem jen prvý časový úsek
postklasické optiky přijímající kvantovou teorii v její nerelativistické
podobě, tj. v podobě modelové teorie Bohrovy a Sommerfeldovy a později
Schrödingerovy, což dobře ilustrují obě základní učebnice té doby - Novákova
"Fysika na podkladě pokusném" a Nachtikalova "Technická fysika". Teprve
vynález laserů a všech optických jevů s ním souvisejících nutí přijmout
do optiky také relativistickou kvantovou teorii, zejména kvantovou elektrodynamiku,
prosazovanou u nás Václavem Votrubou, který navíc s Karlem Kuchařem napsali
důkladné monografie o speciální (V. Votruba - 1969) a obecné (K. Kuchař
- 1968) teorii relativity.

2.3.1. Optika s prvky kvantové teorie (1919 - 1960)

Mezi válkami (1918 - 1939) se optika vyvíjela převážně na vysokých školách,
ale také v průmyslném výzkumu (např. Škodových závodů v Plzni aod r. 1933
v Optikotechně v Přerově) a ve vojenském výzkumu. Nejvýznamnější pro aplikovanou
optiku byla přerovská Optikotechna, která byla založena stavitelem Benešem
a jejíž další rozvoj je spojen především se jménem Antonína Mazurka. V
r. 1935 se Optikotechna organizačně včleňuje do brněnské Zbrojovky. K reprezentantům
meziválečné německé optiky u nás patří (brněnský rodák) Georg Placzek (1905
- 1955), který vypracoval skvělou kvantovou teorii Ramanova rozptylu, platnou
dodnes. Placzek se za války uplatnil jako teoretik v jaderném výzkumu v
Los Alamos (USA). Za války (1939 - 1945) byli na naše vysoké školy dosazeni
Němci, kteří prováděli vojenský výzkum (např. v Praze infračervená technika),
našich českých vysokých škol nebylo a průmysl jen realizoval výrobu podle
německé dokumentace. Po válce (od r. 1945) byly s obtížemi obnoveny vysoké
školy a od r. 1952 vznikl základní výzkum v rámci Československé akademie
věd (v Praze to byla Laboratoř optiky ČSAV), dále na vysokých školách (na
univerzitě v Praze a Brně, na vysokých školách technických v Praze a Brně
a na Vojenské akademii v Brně), stejně jako v průmyslovém výzkumu (zejména
v ÚVOJM při Meoptě Přerov a v ústavu VÚZORT Praha).
Světového významu dosáhly v onom posledním historickém
období (1919 -1960) výsledky profesora pražské přírodovědecké fakulty KU
Václava Dolejška (r. 1924 objevil serii N ve spektrech atomů), dále v oblasti
optiky tenkých vrstev práce profesora Antonína Vašíčka ze stejnojmenné
fakulty univerzity v Brně a později v témž oboru výsledky Zdeňka Knittla
(z ÚVOJM Přerov). Významné jsou výsledky Ivana Šolce v optice polarizace
světla (vynalezl polarizační dvojlomný filtr - 1953), z teorie optického
zobrazení výsledky Bedřicha Havelky, ředitele Laboratoře optiky ČSAV v
Praze a zároveň profesora na UP v Olomouci (dříve vedoucího výpočtového
oddělení a oddělení optické konstrukce v Meoptě Přerov) a výsledky Bohumila
Jurka, vědeckého pracovníka Laboratoře optiky ČSAV v Praze, který mj. vypočítal
a sestrojil asférický, zrcadlový mikroskop s pozorovací vzdáleností 15
cm. Ke světovým optikům tohoto období pocházejícím z Prahy patří v Rochesteru
(USA) působící profesor tamní univerzity Emil Wolf, objevitel efektu po
něm nazvaného (a týkajícího se změny spekter z objektů velmi vzdálených).
Jde o spoluautora proslulé "bible klasické optiky" Born M., Wolf E.: Principles
of Optics, vydané v několika jazycích. E. Wolf je rovněž redaktorem serie
monografických sborníků Progress in Optics, v nichž je zachycen pokrok
optiky v celém světě po vydání uvedené monografie.

2.3.2. Optika v rámci relativistické, kvantové a statistické
teorie (od r. 1960)

Pozoruhodné je ovšem také období po roce 1960, které však již netvoří historii,
ale současnou fyziku, jež není předmětem našich úvah. Do tohoto (prozatím)
posledního období patří i vznik současných optických pracovišť
v Olomouci - katedra optiky vznikla na Přírodovědecké fakultě při Univerzitě Palackého
r. 1962 a Laboratoř optiky vznikla v r.1965 jako dědička po zrušené Laboratoři
optiky ČSAV v Praze.

LITERATURA

[1] HAVELKA, B. - VAŠKO, A.: Optics in Czechoslovakia. Applied Optics,
vol. 7, 1968, p. 2111 - 2115.

 [2] NOVÝ, L. a kol.: Dějiny exaktních věd v českých zemích do
konce 19. století. NČSAV Praha 1961.

 [3] NOVÁK, V.: Vzpomínky a paměti. Brno (vlastním nákladem), 1940.

 [4] FENCLOVÁ, J. - MALÍŠEK, V.: Vývoj názorů o světle. Ústav pro
učitelské vzdělávání na UK v Praze. SPN Praha, 1973.

 [5] JÁCHYMOVSKÝ, P.: Padesátiletá minulost k. p. ZVS - Meopta
Přerov zavazuje. Jemná mechanika a optika XXXIII, 1988, 161-164. RNDr.
Vladimír Malíšek, CSc. RNDr. Jiří Bajer, CSc.

Česky
Tags: