Pagkakita sa Hindi Nakikita​—Ang Siyensiya ng Optiks

ISANG magandang tanawin, isang maningning na paglubog ng araw, isang marikit na bulaklak​—pawang magagandang panooring nakatutuwang pagmasdan. Bagaman bihira nating pag-isipan kung ano ang nasasangkot sa paningin, tiyak na natutuwa tayo na tayo’y nakakakita.

Kahanga-hanga man ang ating mata, ang nakikita natin sa pamamagitan ng ating mga mata lamang ay maliit na bahagi ng kung ano ang maaaring makita. Sa paggamit ng optikal na mga instrumento​—mula sa simpleng lenteng nagpapalaki hanggang sa mga teleskopyo, mikroskopyo, pantanging mga kamera, ispektroskopyo, at iba pa​—ang siyensiya ng optiks, gaya ng tawag sa pag-aaral ng liwanag, ay lubhang nagpalawak ng ating kaalaman tungkol sa ating sarili at sa daigdig sa palibot natin.

Bagaman maaaring pamilyar ka sa ilan sa optikal na mga instrumentong ito, alam mo ba kung paano ito gumagana? Halimbawa, bakit pinalalaki ng lenteng nagpapalaki ang mga bagay? Ano ang nagpapangyari sa isang instrumento na palitawin ang daigdig ng mga mikroorganismo at ang isa naman ay ipakita ang pagkalaki-laking kalawakan ng sansinukob? Ang siyensiya ng optiks ay isang nakapagtatakang larangan ng pag-aaral sa loob ng mahabang panahon.

Ang Pangunahing Elemento

Nakagamit ka na ba ng hinahawakang lenteng nagpapalaki upang magsunog ng butas sa isang piraso ng papel sa pamamagitan ng pagtutuon dito ng isang sinag ng araw? Ang taglay mo ay isang optikal na instrumento sa pinakasimpleng anyo nito​—isang lente. Ang maliit na batik na iyon sa papel ay sa katunayan isang larawan ng araw na ginawa ng simpleng lente na hawak mo. Ang pagtitipon ng lahat ng enerhiya sa sinag ng araw na iyon sa munting batik ang nagpainit dito upang masunog ang papel.

Ang isa pang lenteng pamilyar sa marami ay ang isa na nasa harap ng isang kamera. Alam mong ipinopokus nito ang liwanag mula sa isang bagay upang makabuo ng isang larawan sa film upang makakuha ng litrato. Oo, iyan nga ang ginagawa ng isang lente. Iniipon nito ang liwanag upang makabuo ng isang larawan ng angkop na sukat at tindi upang ito’y makita o maitala. Ngunit papaano ibinabaluktot ng lente ang liwanag at tinitipon ito, o ipinopokus? Ang sagot ay nakasalig sa optikal na pangyayaring tinatawag na refraction.

Kapag inilubog mo ang isang patpat sa isang lawa ng tubig, ano ang nakikita mo? Hindi ba’t ang patpat ay parang baluktot mula sa bahaging nakalubog sa tubig? Inilalarawan ng karaniwan subalit kakatwang pangyayaring ito na kapag ang sinag ng liwanag ay nagdaraan mula sa isang daanan tungo sa isa, gaya ng mula sa tubig tungo sa hangin, hindi ito nagpapatuloy sa tuwid na linya; ito’y baluktot maliban kung ito’y tumatama sa hangganan nang patindig. Ito ang tinatawag ng mga siyentipiko na refraction. Ang punto kung saan ang liwanag ay nababaluktot ay depende sa mga daanan​—hangin, tubig, langis, salamin, at iba pa​—at sa anggulo ng insidente, yaon ay, ang anggulo sa pagitan ng sinag ng liwanag at ng vertical sa pasukan.

Tingnan muli ang lente ng isang kamera. Mapapansin mo na ang ibabaw ng lente ay hindi patag kundi nakakurba na gaya ng ibabaw ng isang globo, o kukób. Ngayon ay gunigunihin ang sinag ng liwanag na nagtutungo rito mula sa malayo. Sa gitna; ang liwanag ay patayo sa ibabaw ng lente, kaya ito’y naglalakbay nang diretso nang walang nagaganap na refraction. Ang anggulo ng insidente ay palaki nang palaki tungo sa gilid ng lente. Nangangahulugan ito na ang refraction na pinangyayari ng lente ay mas malaki rin mientras mas malayo sa gitna ang tama ng liwanag. Dahil dito, lahat ng sinag na nagmumula sa iisang dako sa isang panig ng maayos na hugis na lente ay mag-iipon, o mapopokus, sa kabilang panig upang makabuo ng larawan. 

Pagdisenyo sa Optikal na Sistema

Gayunman, upang gawing masalimuot ang mga bagay, ang liwanag ng iba’t ibang kulay, o wavelength, ay nare-refract sa iba’t ibang antas. Ito ang dahilan kung bakit ikinakalat ng isang prismo ang sinag ng liwanag sa mga kulay nito, nag-aanyo ng isang bahaghari. Ito mismo ang nangyayari sa isang simpleng lente; ang larawan ay karaniwan nang may makulay, sa gayo’y baligtad, na mga palawit.

Ang problemang ito’y maaaring mapagtagumpayan sa pamamagitan ng maingat na pagdidisenyo. Halimbawa, nalalaman ng mga siyentipiko na maaaring baguhin ng nilalamang kemikal ng salamin na ginagamit sa isang lente ang kakayahan nitong mag-refract. Sa paggawa ng isang sistema ng mga lente na yari sa iba’t ibang uri ng salamin at iba’t ibang mga kurba, mababawasan ng isang disenyador ang pagkasira ng ipinababanaag na larawan at pagpilipit.

Gayunman, ang pagdisenyo sa gayong sistema ay hindi simple. Dati’y kinasangkutan ito ng maraming taong nagsagawa ng nakapapagod na mga kalkulasyon sa loob ng mga linggo at mga buwan upang makagawa ng disenyo. Ngayon, mga computer ang ginagamit sa pagkalkula sa lahat ng posibleng pagkakaiba-iba ng mga anggulo ng sinag ng liwanag, layo sa pagitan ng mga lente, ang pagkakurba ng bawat lente, at marami pang ibang salik. Ang computer ay iprinograma upang piliin ang kombinasyon na makagagawa ng isang sistema na may pinakamataas na antas ng pagkaeksakto.

Ang isang mahusay na lente ng kamera ay maaaring may apat hanggang pito, o higit pa, na indibiduwal na mga elemento, na ang mga ibabaw ay eksakto hanggang sa kaliit-liitang ikasampung-libo ng isang milimetro. Bawat elemento ay dapat na ipatong sa eksaktong ugnayan sa isa’t isa. Upang makuha ang hangga’t maaari’y pinakamaraming liwanag, ang diyametro ng bawat elemento ay dapat na malaki at praktikal. Lahat ng bagay na ito ay magastos gawin, at iyan ang dahilan kung bakit ang isang kamerang may kaeksaktuhan (precision camera) ay napakamahal. Halimbawa, isa sa mga kamerang ginamit sa space shuttle ay maaaring kumuha ng detalyadong larawan sa lupa na 10 metro paibayo mula sa mahigit 240 kilometro ang taas sa kalawakan. Ang lente ng kamerang ito ay may walong elemento, at ito’y nagkakahalaga ng siyam na milyong dolyar!

Pagkakita sa Hindi Nakikita

Isip-isipin kung ano ang nasasangkot sa pagdisenyo, paggawa, at pagsubok sa isang optikal na sistema para gamitin sa isang teleskopyo na magpapangyari sa atin na tumingin sa ating pagkalaki-laki, kasindak-sindak na sansinukob. Ang malalayong bituin ay napakalabo anupa’t ang karamihan sa kanila ay hindi nakikita ng ating mata. Titipunin ng isang teleskopyo ang hangga’t maaari’y maraming liwanag mula sa pagkalalayong mga bituing ito, ipopokus ito sa isang karaniwang punto, at bubuo ng isang nakikitang larawan.

Karamihan ng optikal na mga teleskopyo ay gumagamit ng malukong na salamin upang tipunin ang malalabong sinag ng liwanag. Ang kilalang teleskopyong Hale sa Mount Palomar, halimbawa, ay may salamin na 5 metro ang diyametro at makaaaninag sa layo na ilang bilyong light-years. Kasindak-sindak man ito, ang teleskopyong Hale ay nadaig na ngayon ng isang nasa taluktok ng Mauna Kea sa Hawaii. Ang teleskopyong ito ay may 10 metrong salamin​—apat na ulit sa kakayahan ng teleskopyo sa Palomar na magtipon ng liwanag. Sa katunayan, napakalakas nito anupa’t “ipahihintulot nitong makita ng isa ang liwanag ng isang kandila mula sa buwan,” sabi ni Howard Keck, pangulo ng organisasyon na nagkaloob ng 70 milyong dolyar upang suportahan ang proyekto.

Sa loob ng ilang panahon ang mga mata ng mga astronomo ay nakatutok sa isang kakaibang uring teleskopyo: ang $1,600,000,000 HST (Hubble Space Telescope). Inilunsad ng space shuttle, ito’y lumiligid sa lupa sa isang palaikutan na 500 kilometro sa kalawakan. Kung walang sagabal sa atmospera ng lupa, makakikita ito nang husto anupa’t,  sa teoriya, ang lakas nitong makakita ay “katumbas ng pagkakita sa kaliwa’t kanang mga ilaw sa unahan ng kotse mula sa layo na 4,000 kilometro,” sabi ng magasing Sky & Telescope. Upang maabot ang antas na ito ng katatagan, ang ibabaw ng 2.4 metrong salamin nito ay kailangang maging eksakto hanggang sa ikalimang-milyon ng isang milimetro. Gayunman, sa malaking pagkabigo ng lahat, ang unang mga larawan na ibinalik ng HST mula sa kalawakan ay malabo, maliwanag na ito’y dahil sa isang depekto sa paggawa. “Isang piraso ng sintetik na film na kasinlaki ng isang butil ng buhangin,” sabi ng report ng New Scientist, “ang natanggal sa isang calibrating device noong ginagawa ang pangunahing salamin (salamin na unang tatanggap ng liwanag mula sa bagay). Bunga nito ang salamin ay napatag nang husto.” Maliwanag, kahit na ang pinakaadelantadong teknolohiya ay nagkakamali rin!

Sa pamamagitan ng teleskopyo ay nakikita natin ang nasa malayo, maaari naman tayong makakita nang malapitan sa pamamagitan ng mikroskopyo. Ang sinaunang mga mikroskopyo ay wala kundi isang lenteng nagpapalaki. Noong ika-17 siglo, ginamit ang tambalang mikroskopyo, kung saan ang larawan ay binubuo ng isang lente na higit pang palalakihin ng isa pang lente. Ang unang lente ay karaniwang tinatawag na objective dahil sa ito ay nakatutok sa bagay na pagmamasdan, at ang ikalawang lente, ang bahagi na doon ka sumisilip.

Upang magawa ng mikroskopyo ang gawain nito, dapat nitong matipon ang hangga’t maaari’y maraming sinag ng liwanag mula sa pagkaliit-liit na bagay. Upang gawin iyon, ang lenteng objective ay hinuhubog na parang kalahating globo, parang kabuti. Bagaman isang milimetro lamang o wala pa sa diyametro, ang ibabaw nito ay dapat na eksakto hanggang sa ikaisang-libo ng isang milimetro.

Kawili-wili, ang kakayahang makita ang maliliit na mga bagay ay hindi gaanong depende sa instrumento kundi sa liwanag na ginagamit upang ilawan ang bagay na minamasdan. Mientras mas maliit ang bagay na titingnan, dapat na mas maikli ang wavelength ng umiilaw na liwanag. Ang optikal na mga mikroskopyo ay gumagamit ng nakikitang liwanag, at tinatakdaan sila nito na makita ang mga bagay na hindi na liliit pa sa ikasampung-libo ng isang milimetro ang lapad. Pinangyari ng unang mga mikroskopyo ang mga siyentipiko na matuklasan na ang mga halaman ay binubuo ng di-mabilang na mga selula​—isang pagsisiwalat. Ngayon, ang mga estudyante sa biyolohiya ay maaaring  sumilip sa daigdig ng mga baktirya at mga selula ng dugo sa pamamagitan ng kanilang mga mikroskopyo sa silid aralan.

Upang makita ang mas maliliit pang bagay, mayroon tayong mikroskopyong elektron. Gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan nito, sa halip ng nakikitang liwanag, ang mga sinag na malakas-enerhiyang mga elektron ay itinututok sa mga bagay na kasinliit ng ikaisang milyon ng isang milimetro. Ipinakikita nito ang mga virus at mas malalaking molekula.

Kumusta naman ang kayarian ng atomo o ang nukleo nito? Upang makita ang mga bagay na ito, kailangang “durugin” ng mga siyentipiko ang isang atomo at saka gamitin ang mga computer upang iguhit ang larawan ng resulta. Kaya, sa diwa, ang pinakamalaki at pinakamalakas na “mga mikroskopyo” ay ang particle accelerators​—cyclotrons, synchrotrons, at iba pa​—ang laki ng ilan ay sinusukat sa kilometro. Pinangyari ng mga instrumentong ito na makita ng mga siyentipiko ang mga sekreto ng mga puwersang nagpapanatili sa sansinukob.

Ang Kababalaghan ng Paningin

Kung ihahambing sa masalimuot na mga instrumentong ito, aakalain ng isa, na ang mata ng tao ay saunahin. Simple, marahil; saunahin, nungka! Ang mata ay walang problema sa iba’t ibang kulay ng liwanag. Ang awtomatikong sistema nito ng pagpopokus ay mabilis at mahusay. Maaari itong makakita sa tatlong dimensiyon. Nakikilala nito ang milyun-milyong antas ng liwanag at kulay. Makagagawa ito at makarerekord ng isang bagong larawan tuwing ikasampo ng isang segundo. Ang talaan ay nagpapatuloy pa. Anong galing na obramaestra​—ang mata ng tao!

Anong laki ng ating pasasalamat sa kakayahang makakita​—mayroon man o walang gamit na optikal na mga aparato! Ang mas maraming kaalaman tungkol sa malalaki at maliliit na mga bagay, nakikita at hindi nakikita, ay nagdala ng maraming pakinabang. Higit sa lahat, ang kahanga-hangang kaloob ng paningin, pati na ang natutuhan sa pamamagitan ng siyensiya ng optiks, ay dapat tumulong sa atin na makita ang karunungan at pag-ibig ng isa na naglaan ng mga bagay na ito, ang Maylikha, ang Diyos na Jehova.​—Awit 148; Kawikaan 20:12.

[Mga larawan sa pahina 23]

Ang kagila-gilalas na Orion nebula, 1,300 light-years ang layo

[Credit Line]

NASA photo

Nakasingit: Isa sa mga teleskopyo sa Kit Peak National Observatory, Arizona, E.U.A.

[Mga larawan sa pahina 24]

Itaas: Ang punò ng isang kaliskis sa pakpak ng gamugamo, pinalaki ng 20,000 beses ng mikroskopyong elektron

Ibabang kaliwa: Pinalaki ng 40,000 beses, higit pang detalye ang nakikita, inilalarawan ang masalimuot na disenyo sa kayarian ng lahat ng nabubuhay na bagay.

[Credit Line]

Itaas at ibabang kaliwa: Outdoor Pictures

Ibabang kanan: Ang tambalang mikroskopyo ni Hooke mula sa “Micrographia” ni Robert Hooke, 1665

[Credit Line]

Historical Pictures Service