《光学原理》word版

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1、《光学原理》历史引言光学现象背后的物理原理，就我们这本书所涉及的那些来说，在1900年前已经大体上系统形成了。从那年以后，光学同物理学的其它部门一样，由于能量量子的发现而经历了一场测第的革命。虽然这个发现曾深深地影响了我们关于光的本性的见解，但是它并没有使早先的理论和技术失去作用；只不过是揭示了它们的能力限度，并确定了它们的有效范围。旧的原理和方法以及它们对许许多多不同情况的应用，一直不断扩大，而且现在孩子继续扩大着，势头不减。要把如此广大领域内几世纪期间所获得的只是，有条理地表述处理啊，我们不可能去按照历史发展的足迹，而一一介绍

2、它许多错误的起点和弯路。因此我们任务，在这个引言里，必须只分别记叙关于光的本性的观念在其发展过程中的几个主要里程碑。古代的哲学家已经熟悉火镜，光的直进，光的折射和反射，这引起它们对于光的本性的深思。就我们所知，头几本关于光学的系统著作是属于希腊的哲学加和数学家的[恩培多克勒（Empedocles，公元前490-430年），欧几里得（Euclid，公元前300年）。]在新哲学的创立者当中，笛卡尔（R.Descartes，1596-1650）可以提出来说一说，因为他分局他的形而上学观念系统地陈述了关于光的本性的见解.笛卡尔认为，光在本

3、质上是一种压力，在一种完全弹性的、充满一切空间的媒质（以太）之中传递，他并且把颜色的差异归因与这个媒质中粒子的不同速度的旋转运动。但是只是在伽利略对于力学作了发展，从而证明了实验方法的能力之后，光学才奠定了温度的基础。反射定律已为希腊人所知道；折射定律则是于1621年由斯涅耳从实验室上发现。1657年，费马提出了著名的最小时间原理，光永远是选一条路走，以使它在最短时间内抵达目的地，而后由这个原理出发，并假设不同媒质中阻力不同，即可得到这是定律。这个原理具有重大的哲学意义，由于它似乎包含一种目的论形式的解释，与自然科学格格不入，因而

4、引起了很多争论。第一个干涉现象，即薄膜产生的彩色，而今大家称之为“牛顿环”的，系由玻意大耳和胡克各自独立发现。胡克还观察到在几何阴影区内有光存在——光的“衍射”18。但是这个现象以前格里马耳迪曾经报导过，胡克第一个主张这种看法，认为光是由快的震动多组成，可于刹那之间，或者说以非常大的速度，传播过任何距离，他并且相信，在均匀媒质中每个震动都姜产生一个圆球，这个圆球姜恒稳地向外扩大。胡克试图用这些概念来揭示折射现象和说明彩色。但是，只是当牛顿于1666年发现白光可以用三菱镜分解成各种颜色，并且确定每一种纯颜色各由一个折射率来标志的时候

5、，颜色的基本性质才搞清楚。波动理论当时在光的直进和偏振方面所遇到的困难，似乎对于牛顿起了决定作用。使他致力于发现射理论（或称微粒理论）。按照这个理论，光是以微小粒子的形式从发光物体传播出来的。在牛顿颜色理论发布的时候，人们还不知道光的传播是否是瞬时的。1675年，罗麦从木星卫星蚀的观测，发现光的速度为有限。光的波动理论，如我们所看到的，在为它而战斗的第一批展示当中就有胡克，之后为惠更斯大大加以改进和扩充。惠更斯提出了一个原理（随后以他的名字命名），按照这个原理，光扰动所落到的“以太”的每一点，可以看作是一个新扰动的中心，各向外发射

6、一个球面波；这些次级波按这样方式进行组合，使得它们的包络面决定以后任何时刻的波阵。借助这个原理，惠更斯成功地推导出反射定律和折射定律。此外他还能够说明冰洲石的双折射现象【有巴托莱纳斯于1669年发现】，这里他假设在晶体中，除原球面波以外，还存在另一个椭球面波。在研究这个问题的过程中，惠更斯发现了基本现象——偏振：如果冰洲石双折射所产生的每一条光线通过另一个相同的晶体，并使后一晶体绕光线方向转动，则可以使该光线消失不见。然而，对这些现象的揭示却留待牛顿来作了；牛顿假设，光线具有“侧边”；的确，这个“横向性”对牛顿接受波动理论，似乎是

7、一个不可克服的障碍，已为那时科学家们只熟悉纵波（从声的传播）。由于牛顿的权威，他对波动理论的摒弃使得这一理论停滞不前近一世纪之久。但是它仍然有个别的支持者，如大数学家欧勒（L.Euler，1707-1783）.直到十九世纪初夜，才获得一些决定性的发现，导致人们普遍接受波动理论。向这迈出的第一步，是1801年杨氏提出干涉原理并对薄膜彩色作出解释。但是，由于杨氏的见解大部是定性表达的，所以没有赢得普遍承认。大约在这个时候。马吕斯发现了反射光的偏振，事情显然是这样。1808年。一天傍晚，他通过冰洲石18晶体观察日落从窗户玻璃上的反射，发

8、现当把晶体绕视线转动时，双折射所产生的两个像的相对强度在改变。但是，马吕斯没有试图对这个现象进行解释，他认为当时的理论都不能给予说明。这时，发现理论已由拉普拉斯和毕奥进一步加以发展。它的拥护者提出衍射题目，作为1818年巴黎科学院悬奖征文问题，期望