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光的故事(四)第一次光的波粒之战的结束

光的故事(四)第一次光的波粒之战的结束

作者: 三个爸爸实验室 | 来源:发表于2019-08-09 10:37 被阅读6次

光的故事(四


十七至十八世纪,英国和法国在科学界就像是江湖上的少林和武当,分庭抗礼。一大批科学家如群星般在这两个国家升起。

巴黎皇家科学院

惠更斯就是这个时代的一个巨星。作为一个荷兰人,他是巴黎皇家科学院的首任院长,还是英国皇家科学院第一个外国会员。他在力学,光学,数学,天文学领域都有着很多重要贡献,我们以后有机会会在科学家故事里详细介绍。今天,我们还是聊聊他和光有关的故事。

在前文里,我们知道牛顿设计制造了反射式望远镜,让望远镜制造变的简单并且缩短了望远镜的长度。17世纪后半世纪,任何一个光学领域的权威,都跟望远镜脱不了干系,惠更斯也是如此。

与牛爵爷充满天才的设计不一样的是,惠更斯更简单粗暴,他设计的“天空望远镜”,直接抛弃了镜筒,把巨大的物镜安在高塔之上,然后观测者站在几个街区外,手持目镜对着物镜进行观测。

惠更斯望远镜

与胡克对很多领域都浅尝辄止不同,惠更斯对自己研究的领域都有独到深刻的研究。

对于光,他与牛顿有着完全不同的见解,他支持胡克的波动说,并进行了详细的研究。

惠更斯在数学理论方面更是具有非常高的才华。除了牛顿之外,另外一个独立发明微积分的数学家莱布尼茨,就是在惠更斯的指导下开始学习数学的。

1678年惠更斯写了《论光》一文,以波动理论为基础,通过数学方法反推出光的折射和反射定律。让波动说在这场战争中抢得了先机。

而此时提出微粒说的牛顿,正在准备他那篇划时代的巨著《自然哲学的数学原理》,暂时无心参与争论。1687年,《自然哲学的数学原理》一书出版,开宗立派,奠定了牛顿在科学史上不可撼动的地位,以至于到如今,如果有人提到一本书叫《原理》,那么一定是指牛顿的这本皇皇巨著。

《原理》出版两年后的1689年,惠更斯访问英国,在那里遇到了牛顿。我们不知道两位科学巨星的会面具体交流了什么,但是他们一定没有互相说服对方。

两人会面一年后,惠更斯出版了《光论》一书,第一次提出并给定了严谨、可建模的“机械波”概念,并且发表了与之配套的“惠更斯原理”

《光论》中最精彩部分是对双折射提出的模型,用球和椭球方式传播来解释寻常光和非常光所产生的奇异现象,书中有几十幅复杂的几何图,足以看出他的数学功底。

这本书彻底完整的建立了波动学说,波动说在这场战役中暂时占据了上风。微粒说因为没有一个领袖人物发展出完整的理论,处于完全的劣势。

《光论》出版5年后,惠更斯安详的离开了人世。而牛顿因为万有引力和牛顿力学体系的建立,成为了当之无愧的科学界第一人。

1703年,与牛顿斗了一辈子的胡克在落寞中走完了自己68年的人生旅途。牛顿成为新的英国皇家学会主席,这个位置也让牛顿在科学界的地位变得更为举足轻重。

没有人预料到,这一年会是第一次光的波粒战争的分水岭。

胡克逝世后第二年,牛顿出版了巨著《光学》。

这本著作汇聚了牛顿在剑桥三十年研究的心得,从粒子的角度,阐明了反射,折射,透镜成像,眼睛成像原理,光谱等方方面面的内容。同时也将波动说中的周期,振动等理论引入到微粒说,全面完善的补足了粒子学说。

紧接着,他将波动说无法解释的问题一一提出,并对惠更斯的《光论》一书加以反驳。

而波动说领域已经没有惠更斯和胡克两大领袖,牛顿用一己之力,扭转了光的波粒战争的走势。

牛顿因为《原理》一书奠定了他武林至尊的地位,没有人再怀疑他在光学方面的正确性。这是一次摧枯拉朽的打击,波动派毫无抵抗节节败退,微粒说彻底赢得了光的第一次波粒战争的胜利,此后的一个世纪,再没有人对光是粒子提出质疑。

直到整整一百年后,一个叫托马斯.杨的医生做了一个可以进入物理学重要性前五的实验:光的双缝干涉。吹响了波动说反攻的号角。

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