二光的本質(zhì)之爭(zhēng)

1、第二十章 光的波動(dòng)性（高中第三冊(cè)P.23）,光到底是什么？這個(gè)問(wèn)題早就引起了人們的注意，不過(guò)在很長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)對(duì)它的認(rèn)識(shí)卻進(jìn)展得很慢，直到17世紀(jì)才明確地形成了兩種學(xué)說(shuō)：一種是牛頓主張的微粒說(shuō)，認(rèn)為光是從光源發(fā)出的一種物質(zhì)微粒，在均勻的介質(zhì)中以一定的速度傳播；另一種是波動(dòng)說(shuō)，是跟牛頓同時(shí)代的荷蘭物理學(xué)家惠更斯（1629-1695）提出的，認(rèn)為光是在空間中傳播的某種波。,微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)都能解釋一些淘現(xiàn)象，但又不能解釋當(dāng)時(shí)觀察到的全部光

2、的現(xiàn)象。由于早期的波動(dòng)說(shuō)不能用數(shù)學(xué)作嚴(yán)格的表達(dá)和分析，再另上牛頓在物理學(xué)界的威望，微粒學(xué)一直占了上風(fēng)。 到了19世紀(jì)初，人們?cè)趯?shí)驗(yàn)中觀察到了光的十涉和衍射現(xiàn)象，這是波的特征，不能用微粒說(shuō)解釋，因而證明了波動(dòng)說(shuō)的正確性。19世紀(jì)60年代，麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，并認(rèn)為光也是一種電磁波。以后，赫茲在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了這種假說(shuō)，這樣，光的電磁說(shuō)使光的波動(dòng)理論發(fā)展到相當(dāng)完美的地步，取得了巨大的成功。,但是，19世紀(jì)末又發(fā)現(xiàn)了

3、新的現(xiàn)象——光電效應(yīng)，這種現(xiàn)象用波動(dòng)說(shuō)無(wú)法解釋。愛(ài)因斯坦于20世紀(jì)初提出了光子說(shuō)，認(rèn)為光具有粒子性，從而解釋了光電效應(yīng)。不過(guò)，這里所說(shuō)的光子完全 不同于牛頓所說(shuō)的“微粒”。 現(xiàn)在人們認(rèn)識(shí)到，光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性。,思考題,1、光的微粒說(shuō)與波動(dòng)說(shuō)各自的主要論點(diǎn)是什么？2、試述托馬斯·楊對(duì)光學(xué)的主要貢獻(xiàn)。3、菲涅耳對(duì)于干涉和衍射的研究有哪些特點(diǎn)？4、對(duì)于光的微粒性，愛(ài)因斯坦與牛頓的“微粒”有何不同。,

4、光的本質(zhì)之爭(zhēng),古代對(duì)光的認(rèn)識(shí)光的波動(dòng)說(shuō)與微粒說(shuō)的交鋒光的波粒二象性,從古代起,人們就開(kāi)始思考光的本性問(wèn)題.最初的一些假說(shuō)既幼稚又含混. 亞里士多德認(rèn)為,光是從眼睛里發(fā)射出來(lái)的某種東西. 畢達(dá)哥拉斯學(xué)派則主張,光是由媒質(zhì)以太以某種方式傳播． 十七世紀(jì)中，主張波動(dòng)說(shuō)的主要有笛卡兒、格里馬第、惠更斯和胡克等人，主張微粒說(shuō)的有牛頓，他們對(duì)光的波動(dòng)說(shuō)和微粒說(shuō)進(jìn)行了研究與發(fā)展．,,關(guān)于光的本質(zhì)問(wèn)題，笛卡兒在他《方法論》的

5、三個(gè)附錄之一《折光學(xué)》中提出了兩種假說(shuō)．一種假說(shuō)認(rèn)為，光是類似于微粒的一種物質(zhì)；另一種假說(shuō)認(rèn)為光是一種以“以太”為媒質(zhì)的壓力．雖然笛卡兒更強(qiáng)調(diào)媒介對(duì)光的影響和作用，但他的這兩種假說(shuō)已經(jīng)為后來(lái)的微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)的爭(zhēng)論埋下了伏筆．,格里馬第（Francesco Maria Grimaldi,1618-1663）最早明確提出光的波動(dòng)說(shuō)．他令百葉窗透過(guò)來(lái)一束光照在小棍上，得到較寬的帶色彩的影子，他稱之為“衍射”．由衍射現(xiàn)象格里馬第發(fā)現(xiàn)光線并不沿著

6、直線傳播，他設(shè)想，光是一種作波浪狀運(yùn)動(dòng)的精細(xì)流體，這種流體能以極大但有限的速度漫射，通過(guò)透明體；衍射現(xiàn)象中的色帶就如同一塊投入水中所形成的圓形波紋．由于是波浪式的流體，影子的邊緣就必然是模糊和有影像的；碰到障礙物時(shí)，就像水波一樣會(huì)繞過(guò)去．,1663年，英國(guó)科學(xué)家波義耳提出了物體的顏色不是物體本身的性質(zhì)，而是光照射在物體上產(chǎn)生的效果．他第一次記載了肥皂泡和玻璃球中的彩色條紋．這一發(fā)現(xiàn)與格里馬第的說(shuō)法有不謀而合之處，為后來(lái)的研究奠定了基礎(chǔ),

7、在1665年出版的《顯微術(shù)》一書中，胡克注意到金剛石受到摩擦、打擊和加熱時(shí)在黑暗中會(huì)發(fā)光的現(xiàn)象，并以此為據(jù)認(rèn)為，“光必定是一種振動(dòng)”，并且是一種快速的小振幅的振動(dòng)．在談到光的傳播形式時(shí)，胡克寫道：“在一種均勻媒質(zhì)中這一運(yùn)動(dòng)在各個(gè)方向都以相等的速度傳播．于是發(fā)光體的每一脈動(dòng)和振動(dòng)都必將形成一個(gè)球面，這個(gè)球面將不斷增大，如同投入水后引起越來(lái)越大環(huán)狀波一樣（盡管肯定要快得多）．由此可知，在均勻媒質(zhì)中擾動(dòng)而成的球面的一切部分都與射線正交”．這實(shí)

8、際上已提出了波前或波面和媒質(zhì)各向同性的概念，并指出了光是由發(fā)光體的振動(dòng)在媒質(zhì)中引起的一系列與射線成直角的球形脈沖的擴(kuò)散．,,惠更斯在光學(xué)方面的最大貢獻(xiàn)是提出了光的波動(dòng)說(shuō)和惠更斯原理． 惠更斯認(rèn)為，光是發(fā)光體中微小粒子的振動(dòng)，在彌漫于宇宙空間的以太中傳播的波動(dòng)過(guò)程．光波是一種靠物質(zhì)載體來(lái)傳播的縱向波，以太作為一種媒質(zhì)傳輸光脈沖，它是以極高和有限的速度傳播的．他設(shè)想傳輸光的以太粒子應(yīng)是極硬的和富于彈性的．以此，他解釋了從無(wú)數(shù)

9、不同方向來(lái)的光線又如何可以互不妨礙地交叉通過(guò)的和光的反射定律。,惠更斯從光是波動(dòng)的傳播這一觀念出發(fā)，提出了著名的以他的名字命名的原理——惠更斯原理：“光波發(fā)射時(shí)，光在其中傳播的每一物質(zhì)粒子不只把運(yùn)動(dòng)傳給與原始粒子及光源在同一直線上的鄰近粒子，而且還應(yīng)傳給所有和它接觸并阻礙其運(yùn)動(dòng)的一切粒子．因此，在每一粒子周圍就產(chǎn)生以此粒子為中心的波”． 惠更斯還作圖說(shuō)明了這一原理．,,從圖中可見(jiàn)，由一點(diǎn)產(chǎn)生的光波的傳輸是以球面

10、波的形式傳輸?shù)模總€(gè)子波也都是下一個(gè)球面波的中心，而這些子波的波前的包絡(luò)面就是點(diǎn)波源的新波前．,惠更斯原理的示意圖,利用惠更斯原理，惠更斯在解釋折射現(xiàn)象時(shí)，修正了斯涅爾定律，得出光由空氣進(jìn)入水中時(shí)， ，即兩個(gè)正弦函數(shù)之比等于兩種介質(zhì)中的光速之比．因?yàn)楫?dāng)光由疏媒質(zhì)進(jìn)入密媒質(zhì)時(shí)是靠近法線折射的，所以稠密介質(zhì)中光速小于稀疏介質(zhì)中的光速．這一結(jié)論與費(fèi)馬的推導(dǎo)結(jié)果一致，但與笛卡兒和牛頓的結(jié)果不同．,,兩塊方

11、解石平行放置時(shí)所產(chǎn)生的現(xiàn)象（丹麥人巴塞林那斯在1669年發(fā)現(xiàn)）,,在解釋丹麥人巴塞林那斯（E·Bartholinus,1625-1698）在1669年發(fā)現(xiàn)的方解石雙折射現(xiàn)象時(shí)，惠更斯認(rèn)為，光通過(guò)以太微粒，同時(shí)也通過(guò)晶體物質(zhì)微粒，以太微粒對(duì)光波的傳輸有影響，并形成一個(gè)球面波（即尋常光線）；而晶體中規(guī)則排列的微粒都是橢球體，它們對(duì)光波的傳輸產(chǎn)生影響，并形成一個(gè)橢球面波（即非尋常光線）．即尋常光線的波面是通常的球面，而非尋常光線的

12、波面是一個(gè)橢球面．,惠更斯又認(rèn)為，對(duì)于非尋常光線來(lái)說(shuō)，光在不同方向上的傳播速度不同（即不同方向的折射角不同），所以一束光射入方解石后就會(huì)分裂為兩部分．但是，如果光波連續(xù)通過(guò)兩個(gè)方解石時(shí)，會(huì)產(chǎn)生4條光線；當(dāng)兩個(gè)晶體相互平行放置時(shí)，在第一塊晶體中形成的雙光線，在第二塊晶體中這些光線并不進(jìn)一步分開(kāi)，而是平行地通過(guò)第二塊晶體；當(dāng)相互垂直放置時(shí)，兩個(gè)晶體中的尋常光線和非尋常光線會(huì)相互交換；適當(dāng)放置第二塊方解石，雙折射還會(huì)消失，就只有一根射出．對(duì)此

13、，惠更斯的波動(dòng)理論是難以解釋的．,對(duì)于影子邊緣的色帶和薄膜顏色——光的衍射和干涉現(xiàn)象，惠更斯也是難以解釋的；惠更斯的波動(dòng)說(shuō)解釋偏振現(xiàn)象時(shí)也遇到了困難．可見(jiàn)，惠更斯的波動(dòng)說(shuō)雖然取得了很大成功，但它是不完善的． 首先，惠更斯的波是縱波（不是橫波），而且是脈沖波；其次，惠更斯也沒(méi)有建立起關(guān)于波動(dòng)過(guò)程的周期性概念． 總之，波動(dòng)說(shuō)的困難在于它難以解釋光的直線傳播這一基本事實(shí)；不能解釋偏振現(xiàn)象，不能圓

14、滿地解釋雙折射現(xiàn)象；傳輸光波的以太物質(zhì)也是值得懷疑的．,光的微粒說(shuō)的代表人物是牛頓．在牛頓1740年出版的《光學(xué)》一書中，對(duì)光的本性的理論進(jìn)行了總結(jié)，在書中提出的31條疑問(wèn)中，牛頓也論述了光的波動(dòng)說(shuō)，并對(duì)光的波動(dòng)說(shuō)的困難進(jìn)行了深入的剖析，但更多是傾向于光的微粒說(shuō)． 牛頓反對(duì)波動(dòng)說(shuō)的理由，主要有以下三點(diǎn)： 第一，他認(rèn)為光的波動(dòng)說(shuō)不能很好地說(shuō)明光的直線傳播這一基本事實(shí)．,在“疑問(wèn)28”中，牛頓寫道：“應(yīng)該觀察

15、光在障礙物內(nèi)的繞射，因?yàn)閿D壓或運(yùn)動(dòng)在流體中傳播時(shí)，如果遇障礙而一部分運(yùn)動(dòng)受到阻礙，那么在障礙物外邊，傳播就不可能沿著直線，而將繞過(guò)障礙擴(kuò)展到其外邊平靜的媒質(zhì)中去，水波和聲波就是這樣繞過(guò)障礙物的．但是我們從來(lái)不知道光會(huì)沿著彎曲的道路走，或者會(huì)彎到影子里面去”．但是牛頓當(dāng)時(shí)沒(méi)有注意到衍射現(xiàn)象中影子里面的亮條紋． 對(duì)于光的衍射，牛頓還進(jìn)一步談到：“這種彎曲不是向著陰影而是離開(kāi)它，并且只有在光線通過(guò)物體旁邊，與它相距很近

16、時(shí)才有這種現(xiàn)象．一旦光線經(jīng)過(guò)這物體之后，它就筆直前進(jìn)”．,第二，光的波動(dòng)說(shuō)不能解釋光的偏振現(xiàn)象．　　　1678年惠更斯發(fā)現(xiàn)加上第二塊方解石后不能引起光的第二次雙折射卻引起偏振現(xiàn)象，而他的波動(dòng)說(shuō)卻不能解釋． 　　　牛頓注意到了光的波動(dòng)說(shuō)在解釋雙折射現(xiàn)象時(shí)所遇到的困難．他在疑問(wèn)28中寫道：“因?yàn)閺囊粋€(gè)發(fā)光物體傳播出去的擠壓或運(yùn)動(dòng)，通過(guò)一種均勻媒質(zhì)時(shí)必須在所有的方向上都一樣．然而根據(jù)那些（在方解石，也稱冰洲石上的）實(shí)驗(yàn)，光線看來(lái)在不同方向

17、上有著不同性質(zhì)．…” 換言之，普通光線的性質(zhì)在垂直于傳播方向的一切方向上是相同的，但是由雙折射所得到的光線在垂直于傳播方向的某些特殊方向上具有不同于其他方向的性質(zhì)．,牛頓認(rèn)為，除了現(xiàn)有的研究之外，光還應(yīng)有一些尚未發(fā)現(xiàn)的“固有性質(zhì)”， “這些屬性是原來(lái)就存在于光線之中的”．由于當(dāng)時(shí)一般都把光波與屬于縱波的聲波作比較，所以牛頓的結(jié)論是：“對(duì)我來(lái)說(shuō)，如果光僅僅是在以太中傳播的擠壓或運(yùn)動(dòng)，那么這似乎是解釋不通的．”,第三

18、，對(duì)光的波動(dòng)說(shuō)賴以存在的“以太”的懷疑． 在“疑問(wèn)28”中，牛頓還寫道：“對(duì)于天空為流體媒質(zhì)（除非它們非常稀薄）所填滿的那種主張，一個(gè)最大的反對(duì)理由在于行星和彗星在天空中各種軌道上的運(yùn)動(dòng)是那樣有規(guī)則和持久，因此很明顯，天空里沒(méi)有一切可覺(jué)察的阻力，所以也沒(méi)有任何可覺(jué)察到的物質(zhì)．……而如果把它拋棄，那么光是這樣一種介質(zhì)中傳播的擠壓或運(yùn)動(dòng)的這種假說(shuō)，也就和它一起拋棄了”．,雖然牛頓基本上是肯定微粒說(shuō)的，但是在解釋薄

19、膜色彩和“牛頓環(huán)”時(shí)，他提出了與波動(dòng)說(shuō)很相近的“猝發(fā)”理論．牛頓認(rèn)為，光微粒在折射面或反射面處將激起物質(zhì)和媒質(zhì)的振動(dòng)，這種振動(dòng)的傳播速度比光線還要快，因而可以趕上和超過(guò)光線；每一光線由于受到這種降臨到它的每一振動(dòng)的作用而相繼處于一陣容易透射、一陣容易反射的狀態(tài)．“每條光線在它通過(guò)任何折射面時(shí)都要進(jìn)入某種短暫的組態(tài)或狀態(tài)，這種組態(tài)或狀態(tài)在光線行進(jìn)中按相等的間隔復(fù)原，并且在每次復(fù)原時(shí)傾向于使光線容易穿過(guò)下一個(gè)折射面，而在兩次復(fù)原之間則容易被

20、它所反射．”,牛頓將“每一次復(fù)原和下一次復(fù)原之間光線通過(guò)的間隔”稱為“猝發(fā)間隔”．這與“波長(zhǎng)”的定義很相似，可見(jiàn)他對(duì)光的周期性是有所認(rèn)識(shí)的． 光的微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)幾乎是在同一時(shí)代產(chǎn)生的，為什么十九世紀(jì)以前光的微粒說(shuō)一直占據(jù)著統(tǒng)治地位，其原因是多方面的，大體可歸納為以下幾個(gè)方面： 第一，惠更斯的波動(dòng)說(shuō)本身的不完善性，而解決微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)爭(zhēng)論的判決性實(shí)驗(yàn)——光速的測(cè)定，還無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行．,第二

21、，在17、18世紀(jì)，經(jīng)典力學(xué)已經(jīng)建立并取得很大成就．這種傳統(tǒng)觀念也影響著人們?nèi)菀捉邮苡媒?jīng)典力學(xué)的機(jī)械論——微粒說(shuō)來(lái)解釋光的本性． 第三，牛頓的威望很高，權(quán)威提出的理論易被人們所接受．牛頓自己也沒(méi)有想到，由于他的權(quán)威地位，使得接受波動(dòng)說(shuō)延誤了一個(gè)多世紀(jì)．,進(jìn)入1800年，英國(guó)醫(yī)生托馬斯·楊（Thomas Young, 1773-1829)和法國(guó)工程師菲涅耳(Augustin Jcan Fresn

22、el, 1788-1827)、阿拉果的工作，使波動(dòng)說(shuō)又重新提出，并取得成功． 1800年，托馬斯·楊在論文《聲學(xué)和光學(xué)的大綱和實(shí)驗(yàn)》中，他認(rèn)為光與聲都是波，提出了反對(duì)光的微粒說(shuō)的新論據(jù)：在解釋由強(qiáng)光源和弱光源所發(fā)出的光粒子有同樣的速度方面的困難，以及在解釋射線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，一部分不斷地被反射，而另一部分不斷地發(fā)生折射的困難．研究了聲波的疊加原理，提出了“干涉”的概念．,1801年，托馬斯

23、·楊在《哲學(xué)雜志》上發(fā)表的論文很完整地闡述了干涉原理，即“當(dāng)同一束光的兩部分從不同路徑，精確地或非常接近地沿同一方向進(jìn)入人眼，則在光線的路程差是某一長(zhǎng)度的整數(shù)倍處，光將最強(qiáng)，而在干涉區(qū)之間的中間帶則最弱，這一長(zhǎng)度對(duì)于不同顏色的光是不同的．” 托馬斯·楊還明確指出：相互疊加的兩部分光必須是發(fā)自同一光源． 為了進(jìn)一步說(shuō)明干涉理論，托馬斯·楊還用紫外線做實(shí)驗(yàn)．由于紫外線是不可見(jiàn)光，他讓紫外

24、線反射在涂有氯化銀溶液的紙上，結(jié)果出現(xiàn)了黑環(huán)，從而證明了他的干涉原理．,借助干涉原理，托馬斯·楊解釋了“牛頓環(huán)”現(xiàn)象，即在透鏡與玻璃之間形成一個(gè)空氣層，光線在空氣層的上下表面反射的兩束光相互疊加就產(chǎn)生了干涉現(xiàn)象． 1802年，托馬斯·楊在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)上講演時(shí)講述了自己所作的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)．他還測(cè)定了光波的波長(zhǎng)，“比較各次實(shí)驗(yàn)，看來(lái)空氣中極紅端的波的寬度約為 英寸，而極紫端則為

25、 英寸”．這里的“波的寬度”就是波長(zhǎng)，折合成現(xiàn)代的數(shù)據(jù)，約為 埃（紅光）和 埃（紫光）．托馬斯·楊實(shí)現(xiàn)了用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得可見(jiàn)光的波長(zhǎng)．,,,,,盡管托馬斯·楊的理論在他的祖國(guó)——英國(guó)受到一些人的猛烈攻擊，但卻受到一些法國(guó)學(xué)者和工程師的重視，在19世紀(jì)初，他們對(duì)光的波動(dòng)說(shuō)的研究，大大地推動(dòng)了光的波動(dòng)說(shuō)乃至整個(gè)光學(xué)的發(fā)展． 1809年夏的一個(gè)傍晚，法國(guó)工程師、物理

26、學(xué)家馬呂斯（Etienne Louis Malus,1775-1812）用方解石（也稱冰洲石）晶體觀看被玻璃窗反射的太陽(yáng)光像時(shí)，他驚奇地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在某一位置用晶體觀察時(shí)，太陽(yáng)的雙像之一消失了．,在當(dāng)天晚上，馬呂斯又發(fā)現(xiàn)，蠟燭光以36度角落在水面上反射時(shí)，用方解石也會(huì)看到類似的現(xiàn)象，即只有一個(gè)像；在其他的情況下，兩個(gè)火焰像的明亮程度不同；當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方解石時(shí)，兩個(gè)火焰像呈現(xiàn)出交替的明暗變化． 馬呂斯作了的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，如果從

27、方解石出來(lái)的兩束光同時(shí)以36度角落在水面上，尋常光被部分地反射，而非尋常光則完全未被反射，不被反射的光被折射進(jìn)入水中了，他由此得出了“偏振”的術(shù)語(yǔ)．他證明，尋常光與非尋常光的“偏振”方位是相互垂直的；折射光只是部分偏振光，其偏振狀態(tài)與反射光的偏振狀態(tài)恰成相反分布．,1811年，英國(guó)科學(xué)家布儒斯特（David Brewster, 1781-1868）發(fā)現(xiàn)，光線射向兩種介質(zhì)的界面，當(dāng)反射光線與折射光線恰好垂直時(shí)，反射光就成為平面偏振光

28、．同年，法國(guó)物理學(xué)家阿拉果（Dominique Francois Arago,1786-1853）也發(fā)現(xiàn)了色偏振現(xiàn)象． 對(duì)于偏振現(xiàn)象，馬呂斯與布儒斯特都堅(jiān)持用微粒說(shuō)來(lái)解釋，并反對(duì)用波動(dòng)說(shuō)來(lái)解釋, 而當(dāng)時(shí)托馬斯·楊也不能解釋. 直到1817年，托馬斯·楊得出了新的觀點(diǎn)，光波與聲波的不同之處在于，光波是像水那樣的橫波．他寫信向阿拉果表達(dá)了自己的觀點(diǎn)，阿拉果將此信轉(zhuǎn)告菲涅耳．,橫波的偏振現(xiàn)象

29、,只有橫波才有偏振現(xiàn)象.,菲涅耳是工程師，1814年他對(duì)光學(xué)發(fā)生了興趣，獨(dú)立做了托馬斯·楊在10年前所做過(guò)的實(shí)驗(yàn)，并有所進(jìn)步. 在阿拉果的鼓勵(lì)下，菲涅耳加快了他的研究進(jìn)度，最終為波動(dòng)說(shuō)提供了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)． 1815年，菲涅耳向科學(xué)院提交了關(guān)于衍射的報(bào)告，在這篇報(bào)告中，除了衍射的實(shí)驗(yàn)外，還提出了惠更斯-菲涅耳原理-----“在任何一點(diǎn)的光源振動(dòng)可以看作在同一時(shí)刻傳播到那一點(diǎn)上的光的元振動(dòng)的總和，這些元振動(dòng)

30、來(lái)自所考察的未受阻攔的波的所有部分在它以前位置的任何一點(diǎn)的各個(gè)作用．”,菲涅耳采用了惠更斯的子波概念，并使子波具有了頻率、振幅和位相的內(nèi)容，從而使光的衍射理論更加完善． 為了說(shuō)明干涉原理，菲涅耳設(shè)計(jì)了新的實(shí)驗(yàn)---雙光干涉實(shí)驗(yàn)．他使兩個(gè)平面鏡并接起來(lái)，交接的角度小于180度．兩面平面鏡對(duì)一較小光源反射，便可得到兩束相干光，在屏上產(chǎn)生了清晰的干涉條紋．由于完全避開(kāi)衍射作用，使光的干涉得到了充分的肯定．,在計(jì)算衍射花紋時(shí)，

31、菲涅耳提出了半波帶法，結(jié)合惠更斯-菲涅耳原理，可精確地計(jì)算出光通過(guò)圓邊、直邊等形狀的孔發(fā)生的衍射情況．利用惠更斯-菲涅耳原理還成功地證明了光是沿直線傳播的．成功地消除了光的波動(dòng)說(shuō)的一大困難，對(duì)確立光的波動(dòng)說(shuō)具有重要意義． 當(dāng)阿拉果將托馬斯·楊關(guān)于光波是橫波的觀點(diǎn)轉(zhuǎn)告菲涅耳，菲涅耳很快就以橫波觀點(diǎn)為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出光的反射和折射的振幅比公式，即菲涅耳公式，并且與后來(lái)根據(jù)電動(dòng)力學(xué)理論導(dǎo)出的公式完全一樣．這一公式的建

32、立也是菲涅耳對(duì)光學(xué)的重大貢獻(xiàn)之一．,新理論最重要的成就是解釋了當(dāng)時(shí)惠更斯不能解釋的雙折射現(xiàn)象． 1819年，菲涅耳與阿拉果合作進(jìn)行了驗(yàn)證光是橫波的觀點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)-----證明相互垂直的偏振光不相干涉 ．他們將單色光射向楊氏雙縫，其后的兩條光路上各放置一個(gè)起偏器，觀察屏幕上形成的干涉條紋變化情況．結(jié)果令人信服地證明，光是橫波．,隨著光的波動(dòng)學(xué)說(shuō)的建立，人們開(kāi)始為光波尋找載體，以太說(shuō)又重新活躍起來(lái)．但人們?cè)趯ふ乙蕴倪^(guò)程中遇到

33、了許多困難，于是各種假說(shuō)紛紛提出，以太成為了十九世紀(jì)的眾焦點(diǎn)之一． 　　菲涅耳在研究以太時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題是，橫向波的介質(zhì)應(yīng)該是一種類固體，而以太如果是一種固體，它又怎么能不干擾天體的自由運(yùn)轉(zhuǎn)呢．不久以后泊松也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題：如果以太是一種類固體，在光的橫向振動(dòng)中必然要有縱向振動(dòng)，這與新的光波學(xué)說(shuō)相矛盾．,為了解決各種問(wèn)題，1839年柯西提出了第三種以太說(shuō)，認(rèn)為以太是一種消極的可壓縮性的介質(zhì)．柯西試圖以此解決泊松提出的困難．

34、 1845年，斯托克斯以石蠟、瀝青和膠質(zhì)進(jìn)行類比，試圖說(shuō)明有些物質(zhì)既硬得可以傳播橫向振動(dòng)又可以壓縮和延展——因此不會(huì)影響天體運(yùn)動(dòng)． 　　1887年，英國(guó)物理學(xué)家麥克爾遜與化學(xué)家莫雷以“以太漂流”實(shí)驗(yàn)否定了以太的存在．,但此后仍不乏科學(xué)家堅(jiān)持對(duì)以太的研究．甚至在麥克斯韋的光的電磁說(shuō)提出以后，還有許多科學(xué)家潛心致力于對(duì)以太的研究． 自從托里拆利和蓋利克得到了比較高的真空以后，光和聲音相反，在傳播中不需要物質(zhì)這一點(diǎn)已是

35、確定無(wú)疑的了．,十九世紀(jì)中后期，在光的波動(dòng)說(shuō)與微粒說(shuō)的論戰(zhàn)中，波動(dòng)說(shuō)已經(jīng)取得了決定性勝利．但人們?cè)跒楣獠▽ふ逸d體時(shí)所遇到的困難，卻預(yù)示了波動(dòng)說(shuō)所面臨的危機(jī)． 1887年，德國(guó)科學(xué)家赫茲發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)，光的粒子性再一次被證明！ 　 二十世紀(jì)初，普朗克和愛(ài)因斯坦提出了光的量子學(xué)說(shuō)．1921年，愛(ài)因斯坦因?yàn)?quot;光的波粒二象性"這一成就而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)． 　　 1921年，康普頓在試驗(yàn)中證明了X射線的粒子性

36、．1927年，杰默爾和后來(lái)的喬治·湯姆森在試驗(yàn)中證明了電子束具有波的性質(zhì)．同時(shí)人們也證明了氦原子射線、氫原子和氫分子射線具有波的性質(zhì)．,在新的事實(shí)與理論面前，光的波動(dòng)說(shuō)與微粒說(shuō)之爭(zhēng)以“光具有波粒二象性”而落下了帷幕． 　　光的波動(dòng)說(shuō)與微粒說(shuō)之爭(zhēng)從十七世紀(jì)初笛卡兒提出的兩點(diǎn)假說(shuō)開(kāi)始，至二十世紀(jì)初以光的波粒二象性告終，前后共經(jīng)歷了三百多年的時(shí)間．牛頓、惠更斯、托馬斯．楊、菲涅耳等多位著名的科學(xué)家成為這一論戰(zhàn)雙方的主辯手．正是他們

37、的努力揭開(kāi)了遮蓋在“光的本質(zhì)”外面那層撲朔迷離的面紗． 　　經(jīng)過(guò)三個(gè)世紀(jì)的研究，我們得出了光具有波粒二象性的結(jié)論，然而隨著科學(xué)的不斷向前發(fā)展，在光的本性問(wèn)題上是否還會(huì)有新的觀點(diǎn)、新的論據(jù)出現(xiàn)呢？波粒二象性真的是最后結(jié)果嗎？,,光的衍射,,S,,,,然而1672年，偉大的牛頓在他的論文《關(guān)于光和色的新理論》中談到了他所作的光的色散實(shí)驗(yàn)：讓太陽(yáng)光通過(guò)一個(gè)小孔后照在暗室里的棱鏡上，在對(duì)面的墻壁上會(huì)得到一個(gè)彩色光譜．他認(rèn)為，光的復(fù)合和分解就像

38、不同顏色的微粒混合在一起又被分開(kāi)一樣．在這篇論文里他用微粒說(shuō)闡述了光的顏色理論． 　　第一次波動(dòng)說(shuō)與粒子說(shuō)的爭(zhēng)論由“光的顏色”這根導(dǎo)火索引燃了．從此胡克與牛頓之間展開(kāi)了漫長(zhǎng)而激烈的爭(zhēng)論．,,,牛頓肖像,1672年2月6日，以胡克為主席，由胡克和波義耳等組成的英國(guó)皇家學(xué)會(huì)評(píng)議委員會(huì)對(duì)牛頓提交的論文《關(guān)于光和色的新理論》基本上持以否定的態(tài)度． 牛頓開(kāi)始并沒(méi)有完全否定波動(dòng)說(shuō)，但在爭(zhēng)論展開(kāi)以后，牛頓在很多論文中對(duì)胡克的波動(dòng)說(shuō)進(jìn)

39、行了反駁． 　　1675年12月9日，牛頓在《說(shuō)明在我的幾篇論文中所談到的光的性質(zhì)的一個(gè)假說(shuō)》一文中，再次反駁了胡克的波動(dòng)說(shuō)，重申了他的微粒說(shuō)． 　　由于此時(shí)的牛頓和胡克都沒(méi)有形成完整的理論，因此波動(dòng)說(shuō)和微粒說(shuō)之間的論戰(zhàn)并沒(méi)有全面展開(kāi)．但科學(xué)上的爭(zhēng)論就是這樣，一旦產(chǎn)生便要尋個(gè)水落石出．舊的問(wèn)題還沒(méi)有解決，新的爭(zhēng)論已在醞釀之中了．,波動(dòng)說(shuō)的支持者，荷蘭著名天文學(xué)家、物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家惠更斯繼承并完善了胡克的觀點(diǎn)．1666年，惠更斯應(yīng)邀來(lái)

40、到巴黎科學(xué)院以后，開(kāi)始了對(duì)物理光學(xué)的研究．他仔細(xì)的研究了牛頓的光學(xué)試驗(yàn)和格里馬第實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為其中有很多現(xiàn)象都是微粒說(shuō)所無(wú)法解釋的．因此，他提出了波動(dòng)學(xué)說(shuō)比較完整的理論．他認(rèn)為，光是一種機(jī)械波；光波是一種靠物質(zhì)載體來(lái)傳播的縱向波，傳播它的物質(zhì)載體是“以太”；波面上的各點(diǎn)本身就是引起媒質(zhì)振動(dòng)的波源．根據(jù)這一理論，惠更斯證明了光的反射定律和折射定律，也比較好的解釋了光的衍射、雙折射現(xiàn)象和著名的“牛頓環(huán)”實(shí)驗(yàn)．,就在惠更斯積極的宣傳波動(dòng)學(xué)說(shuō)的同時(shí)

41、，牛頓的微粒學(xué)說(shuō)也逐步的建立起來(lái)了．牛頓修改和完善了他的光學(xué)著作《光學(xué)》．基于各類實(shí)驗(yàn)，在《光學(xué)》一書中，牛頓一方面提出了兩點(diǎn)反駁惠更斯的理由：第一，光如果是一種波，它應(yīng)該同聲波一樣可以繞過(guò)障礙物、不會(huì)產(chǎn)生影子；第二，冰洲石的雙折射現(xiàn)象說(shuō)明光在不同的邊上有不同的性質(zhì)，波動(dòng)說(shuō)無(wú)法解釋其原因．另一方面，牛頓把他的物質(zhì)微粒觀推廣到了整個(gè)自然界，并與他的質(zhì)點(diǎn)力學(xué)體系融為一體，為微粒說(shuō)找到了堅(jiān)強(qiáng)的后盾．,隨著惠更斯與胡克已相繼去世，波動(dòng)說(shuō)一方無(wú)人

42、應(yīng)戰(zhàn)．而牛頓由于其對(duì)科學(xué)界所做出的巨大的貢獻(xiàn)，成為了當(dāng)時(shí)無(wú)人能及的一代科學(xué)巨匠．隨著牛頓聲望的提高，人們對(duì)他的理論頂禮膜拜，重復(fù)他的實(shí)驗(yàn)，并堅(jiān)信與他相同的結(jié)論．整個(gè)十八世紀(jì)，幾乎無(wú)人向微粒說(shuō)挑戰(zhàn)，也很少再有人對(duì)光的本性作進(jìn)一步的研究．　　十八世紀(jì)末，在德國(guó)自然哲學(xué)思潮的影響下，人們的思想逐漸解放． 1801年，楊氏進(jìn)行了著名的楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)所使用的白屏上明暗相間的黑白條紋證明了光的干涉現(xiàn)象，從而證明了光是一種波．

43、,1808年，拉普拉斯用微粒說(shuō)分析了光的雙折射線現(xiàn)象，批駁了楊氏的波動(dòng)說(shuō)． 　 1809年，馬呂斯在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象．在進(jìn)一步研究光的簡(jiǎn)單折射中的偏振時(shí)，他發(fā)現(xiàn)光在折射時(shí)是部分偏振的．因?yàn)榛莞乖岢鲞^(guò)光是一種縱波，而縱波不可能發(fā)生這樣的偏振，這一發(fā)現(xiàn)成為了反對(duì)波動(dòng)說(shuō)的有利證據(jù)． 　　1811年，布呂斯特在研究光的偏振現(xiàn)象時(shí)發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象的經(jīng)驗(yàn)定律．,光的偏振現(xiàn)象和偏振定律的發(fā)現(xiàn)，使當(dāng)時(shí)的波動(dòng)說(shuō)陷入了困境，使物理光學(xué)

44、的研究更朝向有利于微粒說(shuō)的方向發(fā)展． 　 面對(duì)這種情況，楊氏對(duì)光學(xué)再次進(jìn)行了深入的研究，1817年，他放棄了惠更斯的光是一種縱波的說(shuō)法，提出了光是一種橫波的假說(shuō)，比較成功的解釋了光的偏振現(xiàn)象．吸收了一些牛頓派的看法之后，楊氏又建立了新的波動(dòng)說(shuō)理論．,1882年，德國(guó)天文學(xué)家夫瑯和費(fèi)首次用光柵研究了光的衍射現(xiàn)象．在他之后，德國(guó)另一位物理學(xué)家施維爾德根據(jù)新的光波學(xué)說(shuō)，對(duì)光通過(guò)光柵后的衍射現(xiàn)象進(jìn)行了成功的解釋． 　

45、　至此，新的波動(dòng)學(xué)說(shuō)牢固的建立起來(lái)了．微粒說(shuō)開(kāi)始轉(zhuǎn)向劣勢(shì)．,隨著光的波動(dòng)學(xué)說(shuō)的建立，人們開(kāi)始為光波尋找載體，以太說(shuō)又重新活躍起來(lái)．但人們?cè)趯ふ乙蕴倪^(guò)程中遇到了許多困難，于是各種假說(shuō)紛紛提出，以太成為了十九世紀(jì)的眾焦點(diǎn)之一． 　　菲涅耳在研究以太時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題是，橫向波的介質(zhì)應(yīng)該是一種類固體，而以太如果是一種固體，它又怎么能不干擾天體的自由運(yùn)轉(zhuǎn)呢．不久以后泊松也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題：如果以太是一種類固體，在光的橫向振動(dòng)中必然要有縱向振動(dòng)，這與

46、新的光波學(xué)說(shuō)相矛盾．,為了解決各種問(wèn)題，1839年柯西提出了第三種以太說(shuō)，認(rèn)為以太是一種消極的可壓縮性的介質(zhì)．柯西試圖以此解決泊松提出的困難． 1845年，斯托克斯以石蠟、瀝青和膠質(zhì)進(jìn)行類比，試圖說(shuō)明有些物質(zhì)既硬得可以傳播橫向振動(dòng)又可以壓縮和延展——因此不會(huì)影響天體運(yùn)動(dòng)． 　　1887年，英國(guó)物理學(xué)家麥克爾遜與化學(xué)家莫雷以“以太漂流”實(shí)驗(yàn)否定了以太的存在．但此后仍不乏科學(xué)家堅(jiān)持對(duì)以太的研究．甚至在麥克斯韋的光的電磁說(shuō)提

47、出以后，還有許多科學(xué)家潛心致力于對(duì)以太的研究．,十九世紀(jì)中后期，在光的波動(dòng)說(shuō)與微粒說(shuō)的論戰(zhàn)中，波動(dòng)說(shuō)已經(jīng)取得了決定性勝利．但人們?cè)跒楣獠▽ふ逸d體時(shí)所遇到的困難，卻預(yù)示了波動(dòng)說(shuō)所面臨的危機(jī)． 1887年，德國(guó)科學(xué)家赫茲發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)，光的粒子性再一次被證明！ 　 二十世紀(jì)初，普朗克和愛(ài)因斯坦提出了光的量子學(xué)說(shuō)．1921年，愛(ài)因斯坦因?yàn)?quot;光的波粒二象性"這一成就而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)． 　　 1921年，康

48、普頓在試驗(yàn)中證明了X射線的粒子性．1927年，杰默爾和后來(lái)的喬治·湯姆森在試驗(yàn)中證明了電子束具有波的性質(zhì)．同時(shí)人們也證明了氦原子射線、氫原子和氫分子射線具有波的性質(zhì)．,在新的事實(shí)與理論面前，光的波動(dòng)說(shuō)與微粒說(shuō)之爭(zhēng)以“光具有波粒二象性”而落下了帷幕． 　　光的波動(dòng)說(shuō)與微粒說(shuō)之爭(zhēng)從十七世紀(jì)初笛卡兒提出的兩點(diǎn)假說(shuō)開(kāi)始，至二十世紀(jì)初以光的波粒二象性告終，前后共經(jīng)歷了三百多年的時(shí)間．牛頓、惠更斯、托馬斯．楊、菲涅耳等多位著名的科學(xué)家成