理论教育 光的波动说与微粒说的科学变革

光的波动说与微粒说的科学变革

时间:2023-07-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:简言之,杨氏的“双缝试验”表明,只有假设光像波浪一样在空气中层层荡开才能解释得通其运动的方式。产生这种结果也许更多是因为牛顿拥有更高的声望,而非微粒说本身优于波动说。无论如何,19世纪初进行的杨氏试验已经引起了科学界的思想变革。杨氏试验似乎证明了光在空气中的运动载体是一系列的波动。参考阅读//No. 80 电子双缝试验,第164页牛顿使科学界坚信,光的载体是微粒。

光的波动说与微粒说的科学变革

一个命运起伏的理论

1803年,托马斯·杨公布了一个看似简单的试验的结果,改变了科学家们对光的认知。他的发现非常惊人,以至于颠覆了由伟大的艾萨克·牛顿引发的一个持续了一个世纪的共识。

简言之,杨氏的“双缝试验”表明,只有假设光像波浪一样在空气中层层荡开才能解释得通其运动的方式。在此之前,占据支配地位(后由牛顿普及)的观点则是光线实际上是极小的球状微粒构成的粒子流(参考阅读:光的微粒说,第120页)。

事实上,杨氏试验就是对100多年前早已被科学家们阐述过的观点的复兴,比如勒内·笛卡尔就曾在17世纪30年代提出过光作波状运动的观点。

到了17世纪后期,克里斯蒂安·惠更斯拓展了笛卡尔的研究。他将光线描述为波,还发现自己的试验模型不仅可以用来解释光线如何在物体表面进行反射,还可以解释光线从一个介质(如空气)运动到另一个介质(如水)时如何产生折射(或“弯曲”)的现象。

然而,尽管惠更斯的光模型的说服性至少能和牛顿的试验相提并论,但对18世纪科学界关于光的看法产生更大影响的是牛顿的理论。产生这种结果也许更多是因为牛顿拥有更高的声望,而非微粒说本身优于波动说。

无论如何,19世纪初进行的杨氏试验已经引起了科学界的思想变革。几年之后,奥古斯汀-让·菲涅尔发展了惠更斯的理论,并以此向科学界解释了杨氏试验的结果。从此,光的波动说成为主导思想——至少到20世纪初期仍是如此(参考阅读:光电效应,第152页)。(www.daowen.com)

杨氏试验似乎证明了光在空气中的运动载体是一系列的波动。

杨把一束均匀光投射到一块带有两条窄缝的不透明屏幕上。根据光的微粒说(以及简单的常识),他应该会看到屏幕背后的墙壁上出现两束分开的微光,但实际上杨看见的是暗光带和亮光带犹如条形码一样排列。他意识到光发生了衍射——光穿过窄缝时向四周扩散延伸,就像水通过窄口喷出一样。从两条缝中衍射出的光波对彼此产生了干扰和影响(再次类似于两条水波的相互作用),投射到墙上就形成了明暗相间的样子。

参考阅读//

No. 80 电子双缝试验,第164页

牛顿使科学界坚信,光的载体是微粒。

杨氏试验虽然简单,但是它强大的说服力使得“光像波浪一样运动”这一濒临灭绝的理论再次兴盛起来。

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