如果学习真理是科学家的目标,那么他必须使自己成为他所读一切的敌人。
哈桑·伊本·阿尔海瑟姆是伊斯兰黄金时代的阿拉伯数学家、天文学家和物理学家。他被称为"现代光学之父",对光学和视觉感知的原理做出了重大贡献。他最有影响力的著作名为《光学书》(Kitab al-Manazir),成书于1011-1021年间,其拉丁文版本保存至今。作为一位博学者,他还撰写了有关哲学、神学和医学的著作。
伊本·阿尔海瑟姆首次解释了视觉是通过光从物体反射后进入眼睛而产生的。他也是第一个证明视觉发生在大脑而不是眼睛中的人。基于古希腊Aristotle开创的自然主义实验方法,伊本·阿尔海瑟姆是早期支持假说必须由可验证的程序或数学证据支持的观点的倡导者——他是现代科学方法的早期先驱,比文艺复兴时期的科学家早五个世纪。
伊本·阿尔海瑟姆出生在Basra,他大部分富有成效的时期在Fatimid王朝的首都Cairo度过,以撰写各种论著和为贵族成员授课为生。伊本·阿尔海瑟姆有时根据他的出生地被冠以"al-Basri"的绰号,或"al-Misri",意为"埃及人"。Abu'l-Hasan Bayhaqi将Al-Haytham称为"第二个Ptolemy",John Peckham称他为"物理学家"。伊本·阿尔海瑟姆为现代物理光学的发展铺平了道路。
传记
伊本·阿尔海瑟姆·Alhazen约生于965年,出身于Iraq的Basra一个阿拉伯家族,当时该地是Buyid酋长国的一部分。他在家乡Basra担任过vizier职位,因其应用数学知识而声名远播。由于他声称能够控制Nile的泛滥,Fatimid哈里发al-Hakim邀请他去实现Aswan的一个水利项目。然而,伊本·阿尔海瑟姆不得不承认他的项目不可行。回到Cairo后,他被任命为一个行政职位。在他证明自己也无法完成这项任务后,他激怒了哈里发Al-Hakim bi-Amr Allah,据说他被迫躲藏起来,直到哈里发在1021年去世,之后他被没收的财产被归还给他。据传说,Alhazen装疯,在这段时期被软禁。在这期间,他写出了他那部有影响力的《光学书》。Alhazen继续住在Cairo,在著名的al-Azhar大学附近,直到他约在1040年去世,靠他的文学创作所得维持生计。在Aya Sofya中保存有一份Apollonius的《圆锥曲线》的副本,是由伊本·阿尔海瑟姆亲笔所写。
他的学生中有来自Semnan的波斯人Sorkhab Sohrab,和埃及王子Abu al-Wafa Mubashir ibn Fatek。
光学书
Alhazen最著名的作品是他七卷本的光学论著《光学书》(Kitab al-Manazir),成书于1011至1021年。
《光学书》在12世纪末或13世纪初由一位不知名的学者翻译成拉丁文。它由Friedrich Risner在1572年出版,标题为《光学宝库:阿拉伯人Alhazen的七卷书,首次出版;同一作者关于晨暮光与云层升高的著作》(Opticae thesaurus: Alhazeni Arabis libri septem, nuncprimum editi; Eiusdem liber De Crepusculis et nubium ascensionibus)。Risner也是"Alhazen"这一名称变体的创造者;在Risner之前他在西方被称为Alhacen。这部著作在中世纪享有很高的声誉。Alhazen关于几何主题的著作在1834年被E. A. Sedillot在Paris的Bibliothèque nationale中发现。总的来说,A. Mark Smith已经统计了18份完整或接近完整的手稿和五份残片,保存在14个地点,包括Oxford的Bodleian Library和Bruges图书馆各一份。
光学理论
在古代存在两种关于视觉的主要理论。第一种理论是发射理论,由Euclid和Ptolemy等思想家支持,他们认为视觉是通过眼睛发射光线而实现的。第二种理论是内入理论,由Aristotle及其追随者支持,认为物体的物理形式进入眼睛。之前的伊斯兰作家如al-Kindi本质上是按照Euclidean、Galenist或Aristotelian的思路论述的。对《光学书》影响最大的是Ptolemy的《光学》,而眼睛的解剖学和生理学描述则基于Galen的叙述。Alhazen的成就在于他成功地综合了Euclid的数学光线论、Galen的医学传统和Aristotle的内入论。Alhazen的内入论追随了al-Kindi,并与Aristotle决裂,声称"从每个被任何光照射的彩色物体的每个点,沿着可以从该点引出的每条直线发出光和色"。然而,这留给他一个问题,即如何从许多独立的辐射源形成连贯的图像;特别是,物体的每个点都会向眼睛的每个点发送光线。Alhazen所需的是物体上的每个点只对应眼睛上的一个点。他试图通过声称眼睛只会感知来自物体的垂直光线来解决这个问题——对于眼睛上的任何一个点,只有直接到达它的光线,不被眼睛的任何其他部分折射的光线,才会被感知。他使用物理类比论证,垂直光线比斜光线更强:就像直接投向木板的球可能会击碎木板,而斜向投向木板的球会弹开一样,垂直光线比折射光线更强,只有垂直光线才能被眼睛感知。由于在任何一个点只有一条垂直光线会进入眼睛,而所有这些光线都会汇聚在眼睛中心成一个圆锥,这使他能够解决物体上的每个点向眼睛发送许多光线的问题;如果只有垂直光线重要,那么他就获得了一一对应关系,混乱也就可以解决了。他后来在《光学》第七卷中声称其他光线将通过眼睛折射并被感知为垂直光线。

他关于垂直光线的论证并未清楚地解释为什么只有垂直光线被感知;为什么较弱的斜光线不能被更弱地感知呢?他后来关于折射光线将被感知为垂直光线的论证似乎也不够有说服力。然而,尽管存在这些缺陷,当时没有其他理论如此全面,它的影响力巨大,特别是在西欧。直接或间接地,他的《光学书》(De Aspectibus)激发了13至17世纪光学领域的许多活动。Kepler后来的视网膜像理论解决了物体上的点与眼睛中的点相对应的问题,直接建立在Alhazen的概念框架之上。
Alhazen通过实验证明了光沿直线传播,并进行了各种关于透镜、镜子、折射和反射的实验。他对反射和折射的分析分别考虑了光线的竖直和水平分量。
暗箱为古代中国人所知,由汉代博学家Shen Kuo在他的科学著作《梦溪笔谈》中描述,该著作出版于公元1088年。Aristotle在他的《问题集》中讨论了其背后的基本原理,但Alhazen的著作也包含了中国之外,在中东、欧洲、非洲和印度地区关于暗箱的第一个清晰描述和早期分析。
Alhazen使用暗箱观察了部分日食。在他的论文《日食的形状》中,他写道他观察到日食时太阳的镰刀形。他的论文导言如下:日食时太阳的形象,除非是全食,表明当太阳的光通过一个狭窄的圆孔并投射到孔对面的平面上时,就会呈现月牙形。他的发现巩固了暗箱在历史上的重要性。

Alhazen研究了视觉的过程、眼睛的结构、眼睛中的图像形成和视觉系统。Ian P. Howard在1996年的《感知》文章中论证,Alhazen应该被誉为许多发现和理论的发现者,这些发现和理论之前被归功于数个世纪后的西欧作家。例如,他描述了19世纪后来成为Hering等神经支配律的现象。他在Aguilonius之前600年就写出了垂直Horopter的描述,实际上比Aguilonius的描述更接近现代定义——他关于双眼视差的工作在1858年被Panum重复。Craig Aaen-Stockdale虽然同意Alhazen应该被誉为许多进步的发现者,但也表示了一些谨慎,特别是当将Alhazen与他非常熟悉的Ptolemy分离开来考虑时。Alhazen纠正了Ptolemy关于双眼视觉的一个重大错误,但其他方面他的叙述非常相似;Ptolemy也试图解释现在所谓的Hering律。总的来说,Alhazen建立在并扩展了Ptolemy的光学理论。在一份基于Lejeune和Sabra的更详细的伊本·阿尔海瑟姆对双眼视觉研究贡献的叙述中,Raynaud表明对应、同名和交叉复视的概念在伊本·阿尔海瑟姆的光学中就已经存在。但与Howard相反,他解释了为什么伊本·阿尔海瑟姆没有给出horopter的圆形,以及为什么通过实验推理,他实际上更接近Panum融合区的发现而不是Vieth-Müller圆。在这方面,伊本·阿尔海瑟姆的双眼视觉理论面临两个主要限制:对视网膜作用的认识不足,以及显然缺乏对眼球路径的实验调查。
Alhazen最原创的贡献在于,在描述了他认为眼睛的解剖学构造之后,他继续考虑这种解剖学如何会作为光学系统在功能上表现。他对针孔投影的理解来自他的实验,似乎影响了他对眼睛中图像反演的思考,他试图避免这种反演。他主张垂直照射到透镜或他称之为玻璃体上的光线在离开玻璃体时会进一步向外折射,由此产生的图像就直立地进入眼睛后部的视神经。他追随Galen,认为透镜是视觉的感受器官,尽管他的一些工作暗示他认为视网膜也参与其中。
Alhazen的光与视觉综合遵循Aristotelian体系,以逻辑、完整的方式详尽地描述了视觉过程。
科学方法
与Alhazen的光学研究相关的一个方面与他的科学研究中对实验(i'tibar)和受控测试的系统和方法论依赖有关。此外,他的实验指令基于将古典物理学(ilm tabi'i)与数学(ta'alim)结合,特别是几何学。这种数学-物理学的实验科学方法支撑了他在《光学书》(Kitab al-Manazir)、《光学》(De aspectibus)或《透视学》(Perspectivae)中的大多数命题;并为他关于视觉、光和颜色的理论奠定了基础,以及他在反射光学和折射光学(分别研究光的反射和折射)中的研究。
调查科学家著作的人如果学习真理是他的目标,他的职责是使自己成为他所读一切的敌人,并且从各个方面进行攻击。他在执行批判性审查时也应该怀疑自己,以免陷入偏见或宽纵。
根据Matthias Schramm的说法,Alhazen"首次系统地使用改变实验条件的方法,以一种恒定和均匀的方式进行实验,表明通过两个小孔投射的月光在屏幕上形成的光点强度随着其中一个孔被逐渐遮挡而不断减弱。"G. J. Toomer对Schramm的观点表示了一些怀疑,部分原因是当时(1964年)《光学书》还未完全从阿拉伯语翻译过来,Toomer担心在没有上下文的情况下,特定的段落可能被anachronistically解读。虽然承认Alhazen在发展实验技术中的重要性,Toomer论证Alhazen不应该与其他伊斯兰和古代思想家孤立地考虑。Toomer在他的评论中得出结论,没有对更多内容进行翻译,就不可能评估Schramm关于伊本·阿尔海瑟姆是现代物理学真正创始人的主张。



