光学简史之六牛顿出世,对光学意味着什么

在小学自然课上,我们都做过一个实验,把一束光照向三棱镜,在墙上就会出现赤橙黄绿青蓝紫七色,这就是光的色散实验,这也是我们第一次近距离接触物理学大神。因为这个实验最早是由牛顿做的。不过这时候的牛顿还没有提出牛顿力学和微积分,就是说牛顿是以光学研究踏入科学殿堂的。光的色散实验改变了之前人们对颜色的认知,之前人们都认为颜色是物体本身的性质,牛顿指出颜色是物体和不同色光的结果。既然解决了颜色问题,那么肥皂泡薄膜的奇幻色彩又是怎么回事呢?可不是按照赤橙黄绿青蓝紫的顺序排列的,这个问题最早是由胡克最早研究的。胡克在牛顿之前可谓是天之骄子,无所不通,号称“英国达芬奇”,当时就任英国皇家科学院实验室主任,不过胡克研究问题有一个毛病,就是对任何问题都是浅尝即止,这次他老毛病又犯了,所以这个问题就要由牛顿来解决了。对于肥皂泡来说,难以取得定量的研究,因此肥皂泡这种东西,极其不稳定,说是转瞬即逝有点过分,可是也很难测量厚度和大小,于是牛顿采取了更稳妥的方法,就是磨制凸透镜。牛顿取来两块玻璃体,一块是14英尺望远镜用的平凸镜,另一块是50英尺左右望远镜用的大型双凸透镜。在双凸透镜上放上平凸镜,使其平面向下,当把玻璃体互相压紧时,就会在围绕着接触点的周围出现各种颜色,形成色环。于是这些颜色又在圆环中心相继消失。在压紧玻璃体时,在别的颜色中心最后现出的颜色,初次出现时看起来像是一个从周边到中心几乎均匀的色环,再压紧玻璃体时,这色环会逐渐变宽,直到新的颜色在其中心现出。如此继续下去,第三、第四、第五种以及跟着的别种颜色不断在中心现出,并成为包在最内层颜色外面的一组色环,最后一种颜色是黑点。反之,如果抬起上面的玻璃体,使其离开下面的透镜,色环的直径就会偏小,其周边宽度则增大,直到其颜色陆续到达中心,后来它们的宽度变得相当大,就比以前更容易认出和训别它们的颜色了。牛顿环这个实验非同小可,这其实就是光的干涉现象,牛顿这时候已经走到了波动说的边缘,不过牛顿并没有立刻深入研究,因为这时候还有更重要的事情要做。那个时候的显学是天文学,而观测星空则需要天文望远镜,毕竟不是每个人都有第谷那么好的视力,自从伽利略使用天文望远镜观测星空以来,天文学取得了飞速的发展,地心说也因此破产,但是天文望远镜的制造却遇到了瓶颈。传说当年伽利略采用望远镜观测星空,取得了丰硕的成果,开普勒表示不服,于是向伽利略借望远镜,可是伽利略没借,开普勒无可奈何,可是开普勒为什么不自己造一个呢?当时的天文望远镜采用的是格里高利折射式望远镜,由格里高利设计,胡克制造成功,可为什么格里高利不自己造一个呢?因为制造望远镜就需要磨制镜片,而磨制镜片是一门高深的技术活,当时可没有加工厂给他们制造合适的镜片,这些天才的科学家们只好自己手工磨制,当时测量技术不佳,稍有偏差,镜片就报废了,无论开普勒还是格里高利都是没有一双巧手,所以只能设计而不能制造,非不为也,乃不能也。而牛顿发现了牛顿环,就可以精密地检测镜片的精度,可以说,牛顿环就相当于一把尺子,这样就可以在磨制过程中不断调节,提高了磨制镜片的成功率。虽然提高了成功率,但是磨制镜片还是一个麻烦活,牛顿干脆重新设计了天文望远镜,之前格里高利望远镜是折射式望远镜,需要多个凹面镜,牛顿改成了反射式望远镜,只需要一个凹面镜。牛顿反射望远镜当少年牛顿意气风发地新式望远镜摆放在皇家科学院案头,以为会获得掌声,结果却遭到了胡克的打击,因为牛顿的发明侵入了胡克的最得意的科学领域,从唯我独尊变成处于下风,无论谁都会有些懊恼,但是胡克的反应却有些过分了,这样牛顿也非常生气。光学的发展就好像是走在一条蜿蜒的小路上,虽然走得慢,但是大家都在朝着一个方向前进,但是历史却因为这一次纷争改变了。对于光的本性,胡克首倡波动说,法国科学院掌门人惠更斯也支持胡克,本来牛顿环实验也是支持波动说的,但是对手支持的就应该反对,牛顿则提出了微粒说,认为光是一些微小的颗粒。其实牛顿提出微粒说也不是完全为了怼胡克,毕竟都是科学家,牛顿在提出微粒说的同时,也并没有明确反对波动说,而且微粒说更加符合我们的日常经验,光的反射现象可是微粒说最好的证据,我们都打过羽毛球兵乓球台球不是。那么光到底是微粒还是波呢?这一场争论却吵了几百年。

转载请注明地址:http://www.1xbbk.net/jwbjj/8544.html


  • 上一篇文章:
  • 下一篇文章:
  • 网站简介 广告合作 发布优势 服务条款 隐私保护 网站地图 版权声明
    冀ICP备19027023号-7