对光的本质的探索

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1、对光的本质的探索在近代物理学中，最早关心光的本性问题的是笛卡儿，他提出了粒子学说。17世纪中叶，意大利博洛尼亚大学数学教授格里马第对光的本性做了认真的实验研究和思考，1660年明确指出光的本性是波，反驳了笛卡儿的粒子说。在他去世后2年，即1665年他的书《发光、颜色和彩虹的物理和数学》出版，记载了“衍射”实验以及他对衍射提出的解释。同年胡克的《显微术》总结了笛卡儿和格里马第的思想，猜想光的颜色决定于光振动时的频率。1672年牛顿提出光的颜色理论时，他利用粒子观点，解释颜色的复合和分解。胡克立即对牛顿的粒子说进行了批评。牛顿和胡克在光的本性问题上的分歧，激发了惠更斯

2、的好奇心，促使他认真研究光的本性。荷兰物理学家惠更斯（1629-1695）是17世纪与开普勒、伽利略、笛卡儿、牛顿齐名的科学家。他的父亲是一位著名的诗人、重要的文官，曾担任驻外大使和国家顾问，与当时许多著名学者都有交往。笛卡儿是他家的常客，伽利略为了精确计算时间，曾向惠更斯的父亲求教。从小受到良好教育的惠更斯对数学有特殊的爱好和敏感，当他在1655年获得法律学博士学位后。就潜心钻研数学、天文学和物理学，并取得了重大成就。1689年，惠更斯的名著《论光》问世，阐述了他在波动光学方面的全部成果，在一定程度上，这本书可以与牛顿的《光学》相媲美。惠更斯不同于格里马第和胡克

3、，他不仅坚持波动说，而且通过实验和几何学，建立起光波动说的基本观点，从而成为波动说的代表人物。惠更斯不仅提出光是一种波，而且还提出“惠更斯原理”，用这一原理可以精确计算和解释光的反射、折射和衍射。1678年惠更斯向巴黎科学院提交了他的光学名著《论光》，并就光的波动说向院士们作了阐述，在阐述中反驳了牛顿的粒子学说。于是，一场科学史上著名的争论就在惠更斯和牛顿之间爆发了。牛顿在得知惠更斯的反驳之后，开始修改和充实他在1675年就动手写的《光学》一书，以进一步发展他的粒子学说，反驳惠更斯的责难。1704年，牛顿的《光学》公开出版。在这本书里，牛顿主要以光的色散、反射和折

4、射现象为基础，坚持对光的本性作粒子的解释。牛顿还通过光的粒子说，把所有自然现象都融进他的质点力学体系之中，而牛顿的机械自然观也通过光的粒子说，有一进一步的发展，以至成为此后近300年占统治地位的科学自然观。11   18世纪，大部分科学家接受了牛顿的粒子学说，放弃了惠更斯的波动说。一是因为惠更斯的波动说缺乏数学的完美性，加上惠更斯1695年去世，胡克1703年去世，波动说失去了他们的主将，再没有人与牛顿进行论战；另一个原因是牛顿的科学声誉越来越高，而且他把粒子学说纳入壮丽而完美的力学体系之中，这更令人神往。因此，18世纪光学没有什么大的发展。在科学史上，18世纪是

5、一个相对停滞的世纪。16-17世纪，自然科学中那种风起云涌、轰轰烈烈的科学革命和丰功伟绩，在18世纪悄悄地消失了。神学自然观和形而上学自然观形成了一个新思想枷锁，限制、阻碍了科学的发展。首先是牛顿，他到晚年越来越滑向神学，最后他甚至用上帝的“第一推动”来解释宇宙的生成、运动，而且他认为宇宙是不变的。后来，由于一些哲学家的加工，这种神学自然观更加系统化，成了臭名昭著的“神创论”。在生物学中，林奈的物种不变论，更加强了神学的自然观。恩格斯曾经带着强烈的讽刺提到这种非常浅薄的“神创论”，他说：“根据这种理论，猫被创造出来是为了吃老鼠，老鼠被创造出来是为了给猫吃，而整个自

6、然界被创造出来是为了证明造物主的智慧。”这样，整个自然科学领域在18世纪陷入停滞不前的局面，科学思想也逐渐僵化。光学领域也是如此。粒子学说被奉为金科玉律，谁也不敢触动它一根汗毛。人们所能作的是宣传、讲授牛顿的粒子理论，重复牛顿的实验。在长达一个世纪里，光学几乎毫无进展。托马斯·杨生在英国一个银行家的富裕家庭，从小可说是一个神童。两岁就会看书，14岁已掌握多种语言。他贪婪地阅读各种各样的书，包括文学作品、科学著作。还十分喜爱各种乐器。他长大后，天赋并没有衰退，所以他在剑桥大学读书时被人们称为“奇人杨”。后来他学习医学，主攻生理光学。但他对行医不怎么有兴趣，接受皇家学

7、院的邀请讲授自然科学，可惜他缺乏讲课必需的才能，讲课常常超出了学生的理解能力，因而不久他就离开了皇家学院，不得不把大部分时间用于行医。幸运的是他从1802年被选为皇家学会的外事秘书，这个职务一直担任到去世为止。这个职务虽然不会给他带来什么经济上的好处，但可以使他不至于只是一个医生，而远离科学研究。11杨看到了牛顿的光学理论有严重的缺陷，值得人们深思。他指出：“尽管我仰慕牛顿的大名，但我并不因此非得认为他是万无一失的。我遗憾地看到他也会弄错。而他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步。”杨进行了一系列的光学实验，以便彻底否定牛顿的粒子学说。1801年，杨成功地完成了著名

8、的“杨氏双