光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史論文-1110151205趙君(編輯修改稿)
2024-08-31 14:12 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 橫梁，在圭上加一可移動(dòng)的“景符”)即在約寬2寸和斜銅時(shí)上扎一針孔，以“楮(即斜)竿”調(diào)其傾度以迎晶光。這樣，太陽(yáng)針孔像“僅如米許，隱然見橫梁于其中”，細(xì)如發(fā)絲。郭守敬的觀測(cè)結(jié)果之精確令拉普拉斯為驚之嘆。郭守敬的改進(jìn)是在實(shí)際測(cè)量、反復(fù)試驗(yàn)中創(chuàng)造，并且?guī)в卸恳饬x，可惜這種創(chuàng)造只是鳳毛麟角，很少有人繼承下來(lái)。 關(guān)于光的本性的概念，是以光的直線傳播觀念為基礎(chǔ)的，但從十七世紀(jì)開始，就發(fā)現(xiàn)有與光的直線傳播不完全符合的事實(shí)。意大利人格里馬第首先觀察到光的衍射現(xiàn)象，接著，胡克也觀察到衍射現(xiàn)象，并且和波意耳獨(dú)立地研究了薄膜所產(chǎn)生的彩色干涉條紋，這些都是光的波動(dòng)理論的萌芽。 十七世紀(jì)下半葉，牛頓和惠更斯等把光的研究引向進(jìn)一步歲展的道路。1672年牛頓完成了著名的三棱鏡色散試驗(yàn)，并發(fā)現(xiàn)了牛頓圈（但最早發(fā)現(xiàn)牛頓圈的卻是胡克）。在發(fā)現(xiàn)這些現(xiàn)象的同時(shí)，牛頓于公元1704年出版的《光學(xué)》，提出了光是微粒流的理論，他認(rèn)為這些微粒從光源飛出來(lái)。在真空或均勻物質(zhì)內(nèi)由于慣性而作勻速直線運(yùn)動(dòng)，并以此觀點(diǎn)解釋光的反射和折射定律。然而在解釋牛頓圈時(shí)，卻遇到了困難。同時(shí)，這種微粒流的假設(shè)也難以說(shuō)明光在繞過(guò)障礙物之后所發(fā)生的衍射現(xiàn)象。 惠更斯反對(duì)光的微粒說(shuō)，1678年他在《論光》一書中從聲和光的某些現(xiàn)象的相似性出發(fā)，認(rèn)為光是在“以太”中傳播的波．所謂“以太”則是一種假想的彈性媒質(zhì)，充滿于整個(gè)宇宙空間，光的傳播取決于“以太”的彈性和密度．運(yùn)用他的波動(dòng)理論中的次波原理，惠更斯不僅成功地解釋了反射和折射定律，還解釋了方解石的雙折射現(xiàn)象．但惠更斯沒(méi)有把波動(dòng)過(guò)程的特性給予足夠的說(shuō)明，他沒(méi)有指出光現(xiàn)象的周期性，他沒(méi)有提到波長(zhǎng)的概念．他的次波包絡(luò)面成為新的波面的理論，沒(méi)有考慮到它們是由波動(dòng)按一定的位相疊加造成的．歸根到底仍舊擺脫不了幾何光學(xué)的觀念，因此不能由此說(shuō)明光的干涉和衍射等有關(guān)光的波動(dòng)本性的現(xiàn)象．與此相反，堅(jiān)持微粒說(shuō)的牛頓卻從他發(fā)現(xiàn)的牛頓圈的現(xiàn)象中確定光是周期性的． 綜上所述，這一時(shí)期中，在以牛頓為代表的微粒說(shuō)占統(tǒng)治地位的同時(shí)，由于相繼發(fā)現(xiàn)了干涉、衍射和偏振等光的被動(dòng)現(xiàn)象，以惠更斯為代表的波動(dòng)說(shuō)也初步提出來(lái)了，因而這個(gè)時(shí)期也可以說(shuō)是幾何光學(xué)向波動(dòng)光學(xué)過(guò)渡的時(shí)期，是人們對(duì)光的認(rèn)識(shí)逐步深化的時(shí)期。 十九世紀(jì)是光的波動(dòng)說(shuō)大發(fā)展的時(shí)代。1801年，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯楊做了光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，并提出了波長(zhǎng)的概念，使一度冷落的波動(dòng)說(shuō)有了新的發(fā)展。同時(shí)托馬斯楊圓滿地解釋了“薄膜顏色”和雙狹縫干涉現(xiàn)象。1808年，法國(guó)的馬呂斯發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象，1817年，托馬斯．楊提出了光的橫向振動(dòng)的假說(shuō)，1818年，法國(guó)的土木工程師菲涅耳由光是橫波的振動(dòng)假說(shuō)出發(fā)，證明了光的偏振及所有已知的光學(xué)現(xiàn)象，因而獲得了當(dāng)年巴黎科學(xué)院舉行的科學(xué)競(jìng)賽的最佳論文獎(jiǎng)。而且菲涅耳于同年以楊氏干涉原理補(bǔ)充了惠更斯原理，由此形成了今天為人們所熟知的惠更斯菲涅耳原理，1849年，法國(guó)人斐索首次在地面上測(cè)量了光速，他又和另一位法國(guó)科學(xué)家傅科測(cè)定了水中的光速，1850年5 月6 日，傅科在他的博士論文中宣布：水中的光速比空氣中的光速要小，證明了惠更斯原理的正確性，從而使人們終于理解了光是一種波動(dòng)的概念。用它可圓滿地解釋光的干涉和衍射現(xiàn)象，也能解釋光的直線傳播。 在進(jìn)一步的研究中，觀察到了光的偏振和偏振光的干涉。為了解釋這些現(xiàn)象，菲涅耳假定光是一種在連續(xù)媒質(zhì)(以太)中傳播的橫波。為說(shuō)明光在各不同媒質(zhì)中的不同速度，又必須假定以太的特性在不同的物質(zhì)中是不同的；在各向異性媒質(zhì)中還需要有更復(fù)雜的假設(shè)。此外，由于光是橫波且光波的傳播速度很大，要求“以太”是剛勁度比鐵大千萬(wàn)倍的固體，但在其中運(yùn)動(dòng)又要不受任何阻力！如此性質(zhì)的以太是難以想象的。 1846年，法拉第發(fā)現(xiàn)了
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