Zbogom Aberacija: Fizičar je rješio optički problem star 2000 godina

Vidite, sočiva su napravljena od sfernih površina. Problem nastaje kada svjetlosne zrake idu izvan centra leće ili udaraju pod uglom i ne mogu biti fokusirane na željenu udaljenost u tački zbog razlika u refrakciji.

Zbog toga je središte slike oštrije od uglova. Što dovodi do nebrojenih YouTube recenzija o objektivima. I bezbroj sati sata. I čini da oglašivači i YouTuberi budu zadovoljni.

U svojoj knjizi 1690., Treatise on Light, astronom Christiaan Huygens ističe da su i Isaac Newton (najveći naučnik svih vremena) i Gottfried Leibniz (posljednji univerzalni genij) pokušali riješiti problem, ali nisu mogli:

Kao što se zapravo dogodilo dva istaknuta geometra, Njutn i Lajbnic, u vezi sa problemom figure naočala za sakupljanje zraka kada je jedna od površina data.



Prikladno je spomenuti da je Newton izumio teleskop koji je riješio kromatsku aberaciju, ali ne i sfernu aberaciju.

U članku iz 1949. koji je objavljen u Zborniku Kraljevskog društva, Wasserman i Wolf formulirali su problem - kako dizajnirati objektiv bez sferne aberacije - na analitički način, i od tada je poznat kao problem Wasserman-Wolf.

Oni su “predložili da se koriste dvije asferične susjedne površine kako bi se ispravile sferne i komine aberacije, s rješenjem koje se sastoji od dvije istovremene diferencijalne jednadžbe prvog reda, koje su riješene numerički prema Malacara-Hernández et al.”

Drugim riječima, rješenje je aproksimacija riješena numeričkom analizom (brutalna s računalima), a ne definitivna. Štaviše, rješenje je uključivalo asferične elemente, koje je teže izraditi na precizan način i stoga su skuplji.

Do današnjeg dana, kada vidite da vaše sočivo ima asferične elemente za ispravljanje optičkih aberacija i da vam daje oštrije slike širom otvorene, možete zahvaliti Wasserman-Wolf-u.

Međutim, važnost rješavanja ovog problema prevazilazi davanje oštrije slike vaših stopala za devet Instagram sljedbenika. To bi pomoglo da se bolje i jeftinije proizvedu optički sistemi u svim oblastima, bilo da su to teleskopi, mikroskopi i sve što je između.



Kao što možete zamisliti, svi su pokušavali.

Rješenje
Brzo naprijed do 2018. godine, kada je Héctor A. Chaparro-Romo, doktorant na Nacionalnom autonomnom univerzitetu Meksika (UNAM), koji je pokušavao riješiti ovaj problem 3 godine, pozvao Rafaela G. González-Acuña, doktorskog studenta iz Tec de Monterrey, da mu pomogne da rješi problem.

U početku, Gonzalez nije želio da posveti sredstva onome što je znao da je milenijumski problem, nemoguć za riješiti problem. Ali na insistiranje Ectora Chaparra, odlučio je prihvatiti izazov.

Nakon višemjesečnog rada na rješavanju problema, Rafael González se prisjeća: „Sjećam se jednog jutra kad sam sebi napravio Nutellu, kad sam iznenada rekao glasno: Majke! Tamo je! "

(Napomena: "Madres" je španjolska riječ koja znači, naravno, mnoge mame. Ali u ovom kontekstu ona je ekvivalentna izrazu "Sveti š * t!" Na engleskom, ili, u manjoj mjeri, "Eureka!" na grčkom.)

Potom je otrčao do svog kompjutera i počeo da programira ideju. Kada je izvršio rješenje i vidio da radi, kaže da je skočio posvuda. Nije jasno da li je završio sa jelom Nutelle i hljeba.

Nakon toga, dvojac je izveo simulaciju i izračunao efikasnost sa 500 zraka, a rezultirajuće prosječno zadovoljstvo za sve primjere je bilo 99,9999999999%. Što je, naravno, odlična vijest za pregledivače opreme na YouTube-u, jer će i dalje moći raspravljati o 0.0000000001% razlike u oštrini među brendovima objektiva.

Njihovi nalazi su objavljeni u članku Opšta formula za dizajn dvo-asfernih singletnih leća bez sferne aberacije, u časopisu Applied Optics.



Slika ispod prikazuje algebarsku formulu. “U ovoj jednadžbi opisujemo kako bi se obliku druge asferične površine datog objektiva trebala dati prva površina, koju pruža korisnik, kao i udaljenost između objekta i slike”, objašnjava González. "Druga površina je takva da ispravlja svu aberaciju koju stvara prva površina, a sferna aberacija je eliminisana."

Annotation 2019-07-09 212019

Formula rješava problem Wasserman-Wolf-a, koji je analitički formuliran 1949. godine, ali naučnicima je poznat oko 2000 godina.

Problem Levi-Civita
Kao dio ovog istraživanja, Rafael G. González-Acuña, Alejandro Chaparro Romo i Julio Gutiérrez Vega također su objavili članak „Opća formula za dizajniranje slobodnog singleta bez sferne aberacije i astigmatizma“ u primijenjenoj optici, gdje oni daju analitičko rješenje Problem Levi-Civita formulisan 1900. godine.

Problem Levi-Civite, koji je postojao bez rješenja više od jednog vijeka, takođe je smatran mitski velikim problemom.

Važno je napomenuti da su oba rješenja - problem Wasserman-Wolf i problem Levi-Cita - analitički, sa simboličnom matematikom. To znači da je rješenje problema, bez obzira na to kako mijenjate ulazne varijable, jedinstveno, a ne aproksimacija.



Dakle… možemo li očekivati ​​jeftinije i bolje leće?

Bolje? Da. Zaista jeftinije tu i tamo.

Jeftinije? Vjerovatno ne. Iako će objektivi biti jeftiniji za proizvodnju, imajte na umu da jednom kad neko označi naljepnicu “made for photographers” na proizvodu, cijena je višestruko veća zbog “dodane vrijednosti” vaše umjetnosti.

Izvor: https://petapixel.com/2019/07/05/goodbye-aberration-physicist-solves-2000-year-old-optical-problem/?fbclid=IwAR3w2Za5QFfD6odPGlEc_g6NSUo7eYFz0AVIYUpU6v5nMBxGJZBFdQ5A43Y

Ostavite Vaš komentar

Sva Fizika
%d bloggers like this: