導入
『光学論』 （アラビア語： Kitab al-Manazir 、ラテン語： De AspectibusまたはOpticae Thesaurus：Alhazeni Arabis ）は 7 巻からなる著作で、光学、イスラム物理学、数学、イスラム医学、解剖学、科学などのさまざまな科学分野を扱っています。心理学は、イラクのイスラム教徒科学者イブン・アル＝ハイサム（ヨーロッパではアルハーセンまたはアルハーゼンとしてラテン語化された名前）によって、1011年から1021年にかけてエジプトのカイロで軟禁されていた間に書かれた。この本は、光と視覚に関する知識を根本的に変革し、実験科学的手法を導入したため、光学と科学一般の発展に重要な影響を与えました。その結果、イブン・アル＝ハイサムは近代光学の父、現代科学手法の先駆者、実験物理学の創始者とみなされており、これらの理由から彼を最初の科学者と評する人もいます。 『光学論』は、アイザック・ニュートンの『数学哲学』と並んで、光学と視覚の分野における真の科学革命の原点である物理学の歴史の中で最も重要な本の一つとして分類されています。
この光学論文には、視覚知覚と錯視の心理学の分野における最初の説明と説明、実験心理学と暗室に関する最初の正確な説明も含まれており、現代のカメラの発明を予見しています。この本は、視覚の過程を初めて正しく説明したという事実により、当時の医学と中世イスラムの眼科学においても、眼科手術の分野に重要な進歩をもたらしました。この作品は、望遠鏡や顕微鏡の発明だけでなく、ルネサンス美術における遠近法の使用にも影響を与えました。
概要
光学と視覚
古典古代には、視覚に関して 2 つの主要な理論がありました。最初の理論は、ユークリッドやプトレマイオスなどの思想家によって支持された放射理論であり、視覚は目の光線の放射によって機能すると仮定しました。 2 番目の理論である導入理論は、アリストテレスとその追随者によって支持され、物理的形態が物体から目に入ると主張しました。アルハセンは、一般的な観察（非常に強い光を見つめると目が眩んだり、さらには怪我をする可能性があるなど）と論理的議論（私たちが目を開けるとすぐに、または次の瞬間に目からの光線がどのようにして遠くの星に届くのかなど）に基づいて主張しました。瞬間）、私たちは目から発せられる光線や目に入る物理的形状を通して見ることはできないと主張します。アルハセンは、物体の各点から目に到達する光線による視覚のプロセスを説明する非常に賢い代替理論を開発し、この仮説を実験的方法を使用して実証しました。
イブン・アル・ハイサムは、光線が直進することを証明し、レンズや鏡を使った数多くの屈折と反射の実験を行い、反射光線を垂直成分と水平成分に分けて屈折させた最初の人物でもあります。彼は幾何光学の根本的な進歩であり、スネルの正弦則に似た結果も発見しましたが、それを定量化し、そこから数学的な式を導き出すことはできませんでした。イブン・アル・ハイサムは暗室とピンホールカメラの発明者としても知られており、光の屈折、特に朝と夕方の薄明かりを説明する現象である大気の屈折についても書いています。彼は、ある点からの光線が別の点に反射される凸面鏡の焦点を見つける問題を解決しました。彼はまた、光の原色への分解に取り組み、光の最大速度に関する実験を行い、光の速度は可変であり、密度の高い物体では遅くなることを発見し、光の直進伝播と電磁的側面について推測し、そのアイデアを発展させました。光線は直線的に進むエネルギー粒子の流れであるということ。彼は球面収差も発見しました。
イブン・アル＝ハイサムは、さまざまな媒質における光の通過を注意深く研究し、屈折の法則を発見しました。彼はまた、光を原色に分解する最初の実験を実行しました。彼の著書「Kitab al-Manazir (光学論)」は、夕日の色を扱った著書と同様、中世にラテン語に翻訳されました。彼は、影、日食、虹などのさまざまな物理現象の理論的側面を詳細に研究し、光の物理的性質について推測しました。彼は目のさまざまな部分を正確に記述し、視覚のプロセスを科学的に説明した最初の人物です。彼はまた、両眼視機能と、太陽と月が地平線に近づくにつれて見かけの大きさが増大することを説明しようとしました。彼は最初に暗室を使用したことで知られており、目から発せられる光線によってどの物体が照らされるかというプトレマイオスとユークリッドの視覚理論に躊躇なく疑問を呈した。目からではなく、視野内にある物体。この光学に関する広範な研究により、彼は現代光学の父とみなされてきました。
アルハセンは光学に関する研究の中で、視覚を 2 つの似ていて異なる物体の異なる特性の演繹として説明しています。目は、物体の性質の単純な区別による知覚とはまったく異なる認知的区別によって、大きさ、形、透明度（色と明るさ）、位置、動きを知覚します。アルハセンにとって、心の能力には、同じパターンと構造を持つ物体の特性の判断と演繹による知覚が含まれます。アルハセンは、判断力と推理力によってなされる区別は目に見える物体の検出に付加されるものであり、知覚だけによるものではないと結論付けて研究を終えている。私たちは頻繁に見る目に見える物体を認識します。私たちは目に映るものすべてを認識しているわけではないため、オブジェクトの認識は純粋な知覚ではありません。結局のところ、認識は暗記なしには起こりません。認識は、物体が何であるかを判断する私たちの精神的能力による推論によるものです。 Alhacen は、カテゴリーを認識し、その特徴を類似のオブジェクトの特徴と比較する能力を利用して、推論による認識を可能にします。アルハセンはさらに、私たちは非常に短い時間枠で視覚刺激を処理するため、演繹的に物体を認識し関連付けることができるが、物体を認識するために三段論法は必要ないと結論付けています。これらのパターンは完全に私たちの心の中に保存されています。
サミ・ハマルネは、現代光学の法則に準拠したイブン・アル・ハイサムの記述の例をいくつか挙げています。
- 彼は、視覚は物体からの光が目に浸透することによって生じると説明し、それによって視覚は物体の目から発せられる光線によるものであるという古代の信念（放射理論）に異議を唱えました。
- 彼は、角膜と呼ばれる目の領域が湾曲した形状をしており、結膜とつながっているが、角膜は結膜の一部ではないことを示しました。
- 彼は、角膜が眼窩に結合する点の角膜の内面が、その外面の曲率と平行に凹面になることを示唆しました。眼窩孔の表面の端と角膜の中心部分は結合していますが、癒合していません。
- 彼は双曲線と幾何光学を使用して、反射、大気の屈折、光線の屈折の基本法則を追跡し定式化しようとしました。彼は光の電磁的側面、光の速度とその直線伝播について推測しました。彼は日食中に暗室で像が形成されるのを観察しました（ピンホールの原理）。
- 彼は、水晶体は視覚プロセスの最初の段階が行われる目の部分であると述べました。
- 彼は、画像が視神経を介して脳にどのように伝達されるか、また発光体と非発光体を区別する方法について理論化しました。
この光学論文はまた、夕暮れの最初の正しい定義を提供し、大気の屈折について論じ、太陽が地平線から 19 度下にあるときにのみ夕暮れが始まることを示し、複雑な幾何学的な実証を使用して地球の大気の高さを測定し、それを彼は 52,000パシュームと推定しています。 (79 マイル)、これは現代の測定値である 50 マイルに非常に近いです。
光学論文は実験心理学の出発点であると考える人もいます。イブン・アル＝ハイサムは、心理学、視覚認識、目の錯覚に関する先駆的な研究でこの実験的手法を使用しました。心理学と視覚認識に関する彼の研究と実験には、感覚、感度の変化、触覚、色の知覚、暗闇の知覚、両眼視の心理学的説明が含まれます。
イブン・アル＝ハイサムは、 「光学論」の中で、暗室のほかに、光と観察管の導入を制御するために特別に設計された開口部を備えた特別に配置された暗室について説明しました。光学論文は、虫眼鏡、つまり凸レンズが拡大された像を形成するという最古の歴史的証拠を提供したとも言われています。 12世紀にラテン語に翻訳されたことにより、 13世紀のイタリアでの眼鏡の発明に貢献しました。
拡大鏡、つまり拡大された画像を形成する凸レンズについての最初の言及は、 1021 年にイブン・アル・ハイサム (アルハーゼン) によって出版された光学論に遡ります。拡大鏡の特性は、ヨーロッパ人に知られていました。 12世紀にこの本がラテン語に翻訳されました。イブン・アル＝ハイサムは自分の虫眼鏡について次のように説明しています。
――アルハゼン
科学的方法
ロシュディ・ラシェド氏は、科学研究における実験の利用を促進することで、アル＝ヘイザム氏は現代科学の舞台で重要な役割を果たしたと指摘している。ロザンナ・ゴリーニは、光学論文における科学的手法の導入について次のように書いています。
「大多数の歴史家によれば、アル＝ハイザムは現代科学的手法の先駆者でした。彼は著書で光学という用語の意味を変え、証拠を得る規則としてこの分野で実験を行うという原則を確立しました。彼の研究は抽象的な理論ではなく実験的証拠に基づいており、彼の実験は体系的で再現性があります。 »
—ロザンナ・ゴリーニ
イブン・アル・ハイサムの科学的手法は現代の科学的手法と非常に似ており、次の手順が含まれていました。
- 観察
- 問題の定義
- 仮説の策定
- 実験による仮説の検証
- 実験結果の分析
- データの解釈と結論の定式化
- 結果の公表
イブン・アル＝ハイサムの光学研究に関連する側面の 1 つは、彼の科学的調査における実験方法論 ( i’tibar ) と対照試験の体系的な使用に関連しています。さらに、その実験方法は、科学研究における仮説演繹モデルと呼ばれるものの基礎を設計するという点で、古典物理学 ( ilm tabi’i ) と数学 (特にta’alim 、幾何学) の組み合わせに依存しています。 。実験科学へのこの数学的および物理的アプローチは、キターブ・アル・マナジルの命題（光学論、側面論、または遠近法）のほとんどを支え、視覚、光、色に関するその理論、および反射学とその研究の基礎を形成しました。ジオプター。彼の遺産は、Kamāl al-Dīn al-Fārisī († ca. 1320) によるTanqih Kitab al-Manazir (イブン アル ハイサムの光学論の改訂)における光学論の「改革」によっても充実しました。 。
彼は本の序文で自身の実験的アプローチを次のように説明しています。
「私たちは要素の特性を区別し、視覚の瞬間に目に関連するものと、疑いの余地のない均一で不変の明白な感覚に関連するものを帰納法によって収集しなければなりません。それから、私たちは探求と推論を段階的にかつ体系的に進め、最初の仮定を批判し、結論に向かって慎重に進まなければなりません。私たちが行うすべての目的は、偏見に従うことを避け、すべてに注意を払う必要があります。私たちは真実を求めているという事実を見失わないように、また先入観に影響されないように判断し、批判します。 »
――アルハゼン
イブン・アル・ハイサムから現在に至るまで、科学的手法は常に真実の探求を重視してきました。
――アルハゼン
――アルハゼン
光は透明な物体の中を直線でのみ伝わるという推測は、Alhacen によって数年間の努力の末に検証されました。彼の予想の証明は、光が直進することを証明するために、光線のすぐ隣に伸ばした棒またはワイヤーを置くことで構成されていました。
実験という用語自体は、光学論に由来すると考えられます。イブン・アル＝ハイサムは、自分の経験についてアラビア語の「イタバラ」、「イチバル」 、 「ムタビル」という言葉を使いました。この本をラテン語に翻訳する際、これらの用語はそれぞれ、 experimentare (またはexperiri )、 experimentum 、 experimentatarと翻訳されました。
オッカムのカミソリの概念は、「光学論」にも存在します。たとえば、光は発光物体によって生成され、目に向かって放射または反射されることを実証した後、したがって、 [視覚]光線放射の理論は不必要で役に立たないと彼は述べています。
ラテン語の翻訳
光学論文は、 12世紀末か13世紀初頭に無名の学者によってラテン語に翻訳されました。この本は 1572 年にフリードリヒ・リスナーによって「Opticae thesaurus: Alhazeni Arabis libri septem, nuncprimum editi;」というタイトルで印刷されました。 De Crepusculis et Nubium ascensionibus の資料[2]。リズナーは、西側では以前はアラビア語名の正しい転写である Alhacen として知られていた変種名Alhazenの作者でもあります。この作品は中世に優れた評判を博しました。幾何学的な主題に関するアルハセンの作品は、1834 年に EA セディヨによってパリの国立図書館で発見されました。他の写本はオックスフォードのボドリアン図書館とライデン図書館に所蔵されています。イブン・アル＝ハイサムの光学研究は、光学天文学の基礎を築いた望遠鏡など、その後の多くの開発に大きな影響を与えました。
遺産
光学論は、光学と視覚の知識に科学革命をもたらし、現代の光学、科学的方法、実験物理学、実験心理学の基礎を築きました。それが、アイザック・ニュートンの数学哲学と並んで最も重要なものの 1 つとして分類された理由です。物理学の歴史に影響を与えた本。 『光学療法』のラテン語訳は、ロバート・グロセット、ロジャー・ベーコン、ジョン・ペッカム、ヴィテリオン、オッカムのウィリアム、レオナルド・ダ・ヴィンチ、フランシス・ベーコン、ルネ・デカルト、ヨハネス・ケプラー、ガリレオ・ガリレイなど、多くのヨーロッパの科学者の後の著作に影響を与えた。 、アイザック・ニュートンなど。光学論文は、眼鏡、カメラ、望遠鏡と顕微鏡、顕微鏡、網膜手術、ロボットビジョンなど、その後の多くの光学技術の基礎も築きました。リチャード・パワーズは、イブン・アル・ハイサムの科学的手法と彼の光学実験で使用された科学的懐疑論が、2000年代の最も重要な革新の 1 つであると考えています。
光学論文は、科学技術への影響に加えて、西洋文化の他の側面にも影響を与えました。たとえば、宗教の分野では、プロテスタントの宗教改革に影響を与えた神学者ジョン・ウィクリフは、七つの大罪についての議論の中で、 『アスペクト』で説明されている7種類の鏡の歪みという観点からアルハーゼンに言及しました。文学では、ウィリアム・オブ・ロリスは『薔薇のロマンス』でアルヘイゼンの光学論文を賞賛し、ジェフリー・チョーサーは『カンタベリー物語』でそれについて言及しています。特に芸術の分野では、光学論は、ルネサンス美術における線遠近法の技術と遠近法の使用の基礎を築きました（ホックニー・ファルコの論文を参照）。線遠近法のテクニックは、クリストファー コロンブスが新世界への航海に使用したパオロ トスカネッリの地図など、大発見の当時のヨーロッパの地理学者によって地図を描く際にも使用されました。
ロバート S. エリオットは光学論文に関して次のように書いています。
—RSエリオット
科学史の父であるジョージ・サートンは、 『科学史序説』の中で次のように書いています。
— A. ザホール博士と Z. ハク博士
マティアス・シュラムは、『イブン・アル＝ハイザムス・ヴェグ・ツア・フィジーク』の中で次のように書いています。
「イブン・アル＝ハイサムの数学的モデルの概念と、それらが感覚知覚の理論において果たす役割を詳しく調べることによって、彼が近世の意味での物理学の真の創始者であったことが明らかになり、実際、彼は次のように予想していた。 6 世紀にわたって、この新しい科学分野の始まりを示す豊かなアイデアが生まれました。 »
—マティアス・シュラム