光波动学说的兴起
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波动光学摘要:本文介绍了波动光学的发展史,衍射现象及波动光学与几何光学的关系等。
关键词:摘要、引言、波动光学简介、波动光学发展史、波动光学衍射现象、波动光学与几何光学的关系。
黑龙江科技学院资源与环境工程学院化工09-1班姓名:李春山Summary: This article describes the history of wave optics, diffraction and wave optics and the relationship between geometrical optics, etc.Tags:Abstract, introduction, introduction to wave optics, history, fluctuation of optical diffraction wave optics, optical wave optics and geometry.Heilongjiang Science and Technology InstituteResources and Environment Engineering CollegeChemical Industry 09-1name: Li Chun Shan引言:波动光学首先是由C·惠更斯在1690年提出来的,是光学中非常重要的组成部分,内容包括光的干涉、光的衍射、光的偏振等,无论理论还是应用都在物理学中占有重要地位。
波动光学简介:光的波动学说首先是C·惠更斯在1690年提出来的。
他设想光的传播类似水波、声波。
光振动所达到的每一点都可以看作次波的中心。
次波的包络面为传播着的波阵面。
波阵面上每一点又产生新的次波,依次继续传播。
但这个原理只能说明光的折射和反射。
到1807年,T.杨用惠更斯原理做了双孔干涉实验,说明了光波的干涉。
到了1815年A.-J.菲涅耳补充了惠更斯原理,即各次波到达某一点的作用,要考虑到次波间的位相关系。
光的波动说激光常识关于光的本性,当时还存在另一种观点,即光的波动说.认为光是某种振动,以波的形式向四周围传播.其代表人物是荷兰物理学家惠更斯.他认为,光是由发光体的微小粒子的振动在弥漫于一切地方的“以太”介质中传播过程,而不是像微粒说所设想的像子弹和箭那样的运动.他指出:“假如注意到光线向各个方向以极高的速度传播,以及光线从不同的地点甚至是完全相反的地方发出时,光射线在传播中一条光线穿过另一条光线而相互毫不影响,就能完全明白这一点:当我们看到发光的物体时,决不可能是由于从它所发生的物质,像穿过空气的子弹和箭一样,通过物质迁移所引起的”.他把光比作在水面上投入石块时产生的同心圆状波纹.发光体中的每一个微粒把振动,通过“以太”这种介质向周围传播,发出一组组同心的球面波.波面上的每一点,又可以此点为中心,再向外传播子波.当然,这样的观点解释同时发生反射和折射,比微粒说的“猝发理论”方便得多,以水波为例,水波在传播时,反射与折射可以同时发生.一列水波在与另一列水波相遇时,可以毫无影响的相互通过。
惠更斯用波动说还解释了光的反射和折射.但他在解释光自光疏介质射向光密介质的近法线折射时,需假设光在光密介质中的传播速度较小.现代光速的测定表明,波动说在解释折射时依据的假设是正确的:光在光密介质中传播时光速较小.但在17世纪时,光速的测量尚在起步阶段,谁是谁非,没有定论。
当然,光的波动说在解释光的直进性和何以能在传播时,会在不透明物体后留下清晰的影子等问题也遇到困难。
可见,光的微粒说和波动说在解释光学现象时,都各有成功的一面,但都不能完满地解释当时所了解的各种光学现象。
在其后的100多年中,主要由于牛顿的崇高地位及声望,因而微粒说一直占主导地位,波动说发展很缓慢.人类对光本性的认识,还期待新的现象的发现.直到19世纪初,人们发现了光的干涉现象,进一步研究了光的衍射现象.干涉和衍射是波动的重要特征,从而光的波动说得到迅速发展.人类对光的本性的认识达到一个新的阶段。
量子力学发展重大事件量子力学发展重大事件1690年,惠更斯出版《光论》,波动说被正式提出1704年,牛顿出版《光学》,微粒说成为主导(与胡可第一次微波大战)1807年,杨整理了光方面的工作,提出了双缝干涉实验,波动说再一次登上舞台1819年,菲涅尔证明光是一种横波1856-1865,麦克斯韦建立电磁力学,光被解释为电磁波的一种1885年,巴尔末提出了氢原子光谱的经验公式1887年,赫兹证实了麦克斯韦电磁理论,但他同时也发现了光电效应现象1893年,黑体辐射的维恩公式被提出1896年,贝克勒耳发现了放射性1896年,发现了光谱的塞曼效应1897年,J.J.汤姆逊发现了电子1900年,普朗克提出了量子概念,以解决黑体问题1905年,爱因斯坦提出了光量子的概念,解释了光电效应1910年,α粒子散射实验1911年,超导现象被发现1913年,玻尔原子模型被提出1915年,索末菲修改了玻尔模型,引入相对论,解释了塞曼效应和斯塔克效应1918年,玻尔的对应原理成型1922年,斯特恩-格拉赫实验1923年,康普顿完成了X射线散射实验,光的粒子性被证实1923年,德布罗意提出物质波的概念1924年,玻色-爱因斯坦统计被提出1925年,泡利提出不相容原理1925年,戴维逊和革末证实了电子的波动性1925年,海森堡创立了矩阵力学,量子力学被建立1925年,狄拉克提出q数1925年,乌仑贝克和古德施密特发现了电子自旋1926年,薛定谔创立了波动力学1926年,波动力学和矩阵力学被证明等价1926年,费米-狄拉克统计1927年,G.P.汤姆逊证实了电子的波动性1927年,海森堡提出不确定性原理1927年,波恩作出了波函数的概率解释1927年,科莫会议和第五届索尔维会议召开,互补原理成型1928年,狄拉克提出了相对论化的电子波动方程,量子电动力学走出第一步1930年,第6届索尔维会议召开,爱因斯坦提出光箱实验1932年,反电子被发现1932年,查德威克发现中子1935年,爱因斯坦提出EPR思维实验1935年,薛定谔提出猫佯谬1935年,汤川秀树预言了介子1938年,超流现象被发现1942年,费米建成第一个可控核反应堆1942年,费因曼提出路径积分方法1945年,第一颗原子弹爆炸1947年,第一个晶体管1948年,重正化理论成熟,量子电动力学被彻底建立1952年,玻姆提出导波隐变量理论1954年,杨-米尔斯规范场,后来发展出量子色动力学1956年,李政道和杨振宁提出弱作用下宇称不守恒,不久被吴健雄用实验证实1957年,埃弗莱特提出多世界解释1960年,激光技术被发明1963年,盖尔曼等提出夸克模型1964年,贝尔提出贝尔不等式1964年,CP对称性破缺被发现1968年,维尼基亚诺模型建立,导致了弦论的出现1970年,退相干理论被建立1973年,弱电统一理论被建立1973年,核磁共振技术被发明1974年,大统一理论被提出1975年,τ子被发现1979年,惠勒提出延迟实验1982年,阿斯派克特实验,定域隐变量理论被排除1983年,Z0中间玻色子被发现,弱电统一理论被证实1984年,第一次超弦革命1984年,格里芬斯提出退相干历史解释,后被哈特尔等人发扬1986年,GRW模型被提出1993年,量子传输理论开始起步1995年,顶夸克被发现1995年,玻色-爱因斯坦凝聚在实验室被做出1995年,第二次超弦革命开始。
演变光的波动理论的演变光的波动理论是关于光在传播过程中表现出的波动性质的一种科学理论。
它的演变经历了许多重要的发展和突破,为人类对光的理解和应用提供了重要的支持。
本文将从光的波动理论最初的提出开始,逐步介绍其主要的演变历程。
一、光的波动理论的最初提出光的波动理论最早是由英国科学家胡克和惠更斯提出的。
他们认为光是一种横波,它在空间中的传播类似于水波的传播。
这一理论解释了光的许多现象,如衍射和干涉等。
然而,在当时,光的粒子性质也是无法忽视的,因此,波动理论并不完全能够解释一些光的行为。
二、光的波粒二象性的揭示与量子力学的发展20世纪初,爱因斯坦提出了光的粒子性质的理论,即光子理论。
他认为光既可以看作是一种波动,又可以看作是一种由光子组成的微粒。
这个理论的提出解决了波动理论难以解释的问题,同时也为量子力学的发展奠定了基础。
量子力学的出现彻底改变了光的波动理论,将光的传播和相互作用问题完全纳入了量子力学的范畴。
三、量子电动力学的建立与量子光学的发展二十世纪三十年代,量子电动力学理论的建立和发展使光的波动理论迈向了一个新的高度。
量子电动力学将电磁场和电荷耦合在一起进行描述,从而建立起了能够解释光的各种现象的理论模型。
同时,量子光学的发展进一步加深了对光的波动性质的理解,特别是在微观领域对光与物质相互作用的研究。
四、光的量子力学描述与光子学的研究光的波动理论的演变还涉及到光的量子力学描述和光子学的研究。
根据量子力学理论,将光的波动性质通过量子态的描述进行了更加深入的研究。
同时,光子学的研究将光与物质相互作用、信息传输等方面进行了探索,为光的应用提供了新的途径和思路。
五、光的波动光学与光的量子力学的结合在现代物理学发展的历程中,光的波动理论和光的量子力学逐渐趋于统一。
通过光的波动光学和光的量子力学的结合,我们能够更全面地理解光的本质和行为规律。
这种结合不仅为光的应用提供了理论基础,也为光学技术的发展带来了更多可能性。
请根据以下内容:
起源:
光的波动学说的起源可以追溯到1687年自然哲学家伽利略的《牛顿力学第二法则》。
伽利略认为,光是一种从星体向地球传播的粒子。
18世纪:
在18世纪,波动学说的发展受到了哥白尼和伽利略的影响。
哥白尼认为,光是一种不可见的普遍存在的物质,这种物质被称为“空气”或“光”。
伽利略认为,光是一种从星体向地球传播的粒子。
19世纪:
19世纪,波动学说又受到了爱迪生和麦克斯韦的影响。
爱迪生发现了电光效应,并发展出了现代光学。
麦克斯韦则建立了现代电磁学,他认为电磁波是由电荷产生的波动。
20世纪:
在20世纪,光的波动学说得到了进一步的发展。
波动观念被用来解释光的各种现象,并且为光的相关领域的发展奠定了基础,如光学、电磁学和量子力学。
光的波动说的复兴托马斯·杨、菲涅尔19世纪的光学是由英国医生托马斯·杨以复兴波动说的论文揭开序幕的。
杨(1773—1829)生于英国的米斯维顿一个富裕的家庭。
据说他2岁就能读书,4岁已将《圣经》通读两遍,是一位十足的神童。
青年时代,他是一位多才多艺的人,会十几门外语,能演奏多种乐器。
他起先在爱丁堡大学学医,后在德国哥廷根大学取得了博士学位,1799年开始在伦敦开办诊所。
杨的光学研究始自对视觉器官的研究。
他第一个发现,眼球在注视距离不同的物体时改变形状。
1800年,杨发表了《关于光和声的实验和问题》一文,对延续了一个世纪的微粒说提出异议。
他说:“尽管我仰慕牛顿的大名,但我并不因此非得认为他是万无一失的。
我遗憾地看到他也会弄错。
而他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步。
”“在文章的光学部分,杨提出了否定微粒说的几个理由:第一,强光和弱光源所发出的光线有同样的速度,这用微粒说不好解释;第二,光线由一种介质进入另一种介质时,一部分被反射,而另一部分被折射,用微粒说解释也很牵强。
在文章的声学部分,杨依据水波的叠加现象,提出了声波的叠加理论。
他把由叠加造成的声音的加强和减弱称为“干涉”。
在声波干涉中,“拍”现象即叠加造成的声音时断时强的效果,引起了杨的特别注意。
他联想到,如果光是一种波动,也应该有干涉和拍现象,即两种光波叠加时,应该出现明暗相间的条纹。
1801年,杨向皇家学会宣读了关于薄片颜色的论文。
文中正式将干涉原理引入了光学之中,并且用这一原理解释薄片上的色彩和条纹面的衍射。
在这篇论文中,杨还系统地提出了波动光学的基本原理,提出了光波长的概念,并给出了测定结果。
杨指出,正是由于光波长太短,以致遇障碍物拐弯能力不大,人们才很难观察到这类现象。
杨的论文在英国学界引起了敌视。
当然,他的论文在阐述实验方面不够明晰。
尽管他本人实际上做过十分精确的实验,但由于表述的问题使读者感到干涉理论只是一些没有实验根据的理论推测。
光的发展历程人类对光的利用与研究可以追溯到史前时期。
在早期,人们使用火把和篝火来获得照明,尽管这种方法非常有限并且存在危险性。
然而,随着科学技术的进步,人们开始探索光的性质和特点。
在17世纪,荷兰科学家亨利克·霍兰发现了光的折射现象,提出了光的波动理论。
这一理论被后来的科学家如苏格兰人托马斯·杨和法国人奥古斯丁·菲涅耳在光的衍射和干涉研究中进一步发展和完善。
19世纪初,英国科学家约翰·道尔顿首次将白光分解为不同的颜色,证明了光是由不同波长的电磁波组成的。
这一发现为后来的光谱研究奠定了基础。
随着电学和磁学的发展,科学家开始研究光的电磁性质。
法国科学家安德烈-玛丽·安培和英国科学家詹姆斯·克拉克·马克士威分别提出了电磁辐射和电磁波的概念,对光的电磁性质有了更深入的了解。
这一理论在20世纪初被德国科学家马克斯·普朗克进一步发展,形成了量子理论,解释了光的粒子性质。
光的研究还引发了对光速和时间的思考。
在19世纪,法国科学家雅克·法田提出光速是恒定不变的,并将其作为时间的基准。
爱因斯坦在20世纪提出了相对论,进一步解释了光速和时间之间的关系,奠定了现代物理学的基础。
随着科技的进步,人类开始利用光进行通信和储存。
在20世纪中叶,光纤通信系统的出现改变了人们的通信方式,使数据传输速度大大提升。
类似地,激光技术的发展使人类能够进行更精确的测量和切割,应用于医疗、制造和研究领域。
今天,光在各个领域得到广泛的应用,包括医疗诊断、通信、能源、娱乐和科学研究等。
人们通过光学技术不断改善生活质量,推动科学技术的发展。
总之,光的发展历程经历了人类的探索和研究,从最初的照明到进一步了解光的性质和特点,再到光的电磁理论和量子理论的提出,以及科技的应用和发展。
光的发展为人类带来了巨大的进步和改变,对人类的生活和科学研究产生了深远的影响。
光的干涉与衍射现象的历史演变光的干涉和衍射现象是光学中重要的现象,通过这两种现象的研究,我们能够更深入地了解光的性质和行为。
本文将回顾光的干涉与衍射现象的历史演变,从最早的观察到对现象的解释及其进一步应用的发展。
1. 光的干涉的观察与现象描述人们对光的干涉现象的最早观察可以追溯到17世纪。
在1665年,英国科学家赫胥黎将光通过一个狭缝照射到屏幕上,观察到了明暗相间的条纹。
这一现象被称为干涉现象。
进一步的研究显示,当光通过多个狭缝或圆孔时,这些干涉条纹还会发生变化。
2. 双缝干涉实验1801年,英国物理学家托马斯·杨进行了著名的双缝干涉实验。
他将光通过两个狭缝照射到屏幕上,并观察到了一系列交替的明暗条纹。
杨的实验结果进一步证实了光的波动性,这一观点在光学中扮演了重要的角色。
3. 光的波动理论的发展基于光的干涉现象和杨的双缝干涉实验,19世纪初,法国物理学家奥古斯丁·菲涅耳提出了光的波动理论。
他认为光是以波的形式传播的,并且能够解释光的干涉和衍射现象。
菲涅耳的理论对后来光学研究的发展起到了重要推动作用。
4. 衍射现象的发现与解释衍射现象的研究也起源于17世纪。
1665年,赫胥黎将光通过一个小孔照射到屏幕上,发现了一些奇特的现象:光在小孔周围形成了明暗相间的环形图案。
这一现象被称为衍射。
5. 衍射理论的建立衍射现象的解释和理论建立主要归功于法国物理学家奥古斯特·菲涅耳。
1821年,菲涅耳提出了关于衍射的理论,并通过实验证实了他的假设。
他的成果为波动光学奠定了坚实的基础,并对后来的光学研究产生了深远影响。
6. 光的干涉与衍射的进一步应用光的干涉和衍射现象的研究不仅仅是对物质世界的探索,还为科学家们提供了一系列应用的思路和方法。
例如,通过干涉仪等器材可以制造出薄膜、光栅等物质,这些应用在光学仪器和现代科技中得到了广泛应用。
结论光的干涉与衍射现象是光学中重要的研究方向,通过对这些现象的观察和解释,科学家们对光的性质和行为有了更深入的理解。
光学发展简史光学是研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射等现象以及光的性质和应用的学科。
它是自古以来人类认识光的过程中逐步形成的一门科学。
本文将为您介绍光学发展的历史,从古代的光学思想到现代光学技术的发展。
1. 古代光学思想在古代,人们对光的性质和传播方式有了一些初步的认识。
公元前4世纪的古希腊哲学家柏拉图和亚里士多德提出了关于光的传播方式的理论。
柏拉图认为光是由眼睛发出的细小颗粒,这些颗粒通过空气传播。
而亚里士多德则认为光是由物体发出的,通过空气传播到我们的眼睛。
2. 光的折射和反射公元10世纪,阿拉伯科学家伊本·海塔姆开始研究光的折射和反射现象。
他通过实验观察到光在不同介质中的传播方式,并提出了光的折射定律和反射定律。
这些定律为后来的光学研究奠定了基础。
3. 光的波动理论17世纪,荷兰科学家胡克和英国科学家惠更斯提出了光的波动理论。
他们认为光是一种波动,通过介质传播。
这一理论解释了光的干涉和衍射现象,并为后来的光学研究提供了重要的理论基础。
4. 光的粒子性质19世纪末,德国物理学家普朗克和爱因斯坦提出了光的粒子性质。
他们认为光由一些微粒组成,这些微粒被称为光子。
光的粒子性质解释了光的能量传递和光电效应等现象。
5. 光学技术的发展20世纪,随着科学技术的进步,光学技术得到了迅猛发展。
光学被应用于各个领域,如通信、医学、军事等。
光纤通信技术的浮现使得信息传输更加快速和稳定。
激光技术的发展使得激光器在医学、创造业等领域得到广泛应用。
6. 现代光学研究现代光学研究涉及到许多领域,如光学材料、光学器件、光学成像等。
光学材料的研究致力于寻觅新的材料,以改善光学器件的性能。
光学器件的研究包括光学透镜、光学棱镜、光学滤波器等的设计和创造。
光学成像技术的发展使得我们能够观测到微观世界的细节。
总结:光学发展经历了数千年的演变,从古代的光学思想到现代的光学技术,人类对光的认识和应用不断推进。
光学的发展不仅推动了科学的进步,也改变了我们的生活方式。
光学发展简史光学是一门研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射和吸收等现象的学科,它在人类历史上有着悠久的发展历史。
本文将从古代到现代,为您介绍光学领域的发展简史。
1. 古代光学发展古代光学的发展可以追溯到古希腊时期。
公元前500年左右,古希腊哲学家毕达哥拉斯提出了“光是由眼睛发出的一种物质”这一观点。
后来,古希腊哲学家亚里士多德提出了“光是由物体发出的一种形式”这一观点。
这些观点为后来的光学研究奠定了基础。
2. 光学的实验与理论突破17世纪,光学领域发生了重大的实验与理论突破。
伽利略·伽利莱通过实验观察到光的折射现象,并提出了“光速不变”的观点。
克里斯蒂安·惠更斯通过实验验证了伽利略的观点,并进一步提出了“光是由粒子组成”的学说。
这些实验和理论的突破,为后来的光学研究奠定了基础。
3. 光的波动理论的提出19世纪,光的波动理论的提出进一步推动了光学的发展。
托马斯·杨和奥古斯特·菲涅耳等科学家通过实验证明了光的干涉和衍射现象,从而证实了光是一种波动现象。
这一理论的提出,为后来的光学研究提供了重要的理论基础。
4. 光的电磁理论的发展19世纪末,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦通过数学推导,提出了光的电磁理论。
他认为光是电磁波,同时也是电场和磁场的相互作用产生的。
这一理论的提出,进一步深化了人们对光的理解,为后来的光学研究提供了重要的理论基础。
5. 光学技术的发展20世纪以来,随着科学技术的不断进步,光学领域的研究和应用得到了极大的发展。
人们发明了各种光学仪器,如望远镜、显微镜、光谱仪等,这些仪器在天文学、生物学、化学和物理学等领域发挥着重要的作用。
此外,光纤通信技术的出现更是使光学在信息传输领域发挥了重要的作用。
总结:光学的发展经历了古代的哲学思辨、实验与理论突破、波动理论的提出、电磁理论的发展以及现代光学技术的应用等阶段。
从古希腊时期的哲学思考,到17世纪的实验与理论突破,再到19世纪的波动理论和电磁理论的提出,光学的研究逐渐深入,并在20世纪得到了广泛的应用。
光波动学说的兴起摘要:光的世界,五彩缤纷.人类对光的认识经历了由现象到本质、由简单到复杂、由个别知识积累到形成光学知识结构等一系列循序渐进、螺旋上升的过程.在不同时代,光学有着不同发展周期和知识结构,随着人类对自然知识的探索和科学技术的发展,光学知识结构也不断更新和完善,人们对光的认识也在不断变化着.本文研究光波动学说从萌芽到兴起的过程,有益于加深人们对光的本性认识,对我们形成科学思维能力也有很大的帮助.关键字:光光波动说光粒子说兴起The rise of wave theory of lightAbstract:Light of the world, is colorful. Mankind's understanding of light experienced by the phenomenon to the nature, from simple to complex, the accumulation of knowledge by the individual knowledge structure to form a series of progressive optics, screw up the process. At different times, with different development of optical cycle and the knowledge structure, with the nature of human knowledge, and science and technology in the development of optical knowledge structure update and improve, people's understanding of light changing. In this paper, from the embryonic to the rise of wave theory of light of process beneficial to deepen understanding of the nature of light, form a scientific thinking on our ability to be very helpful.Keywords: light wave theory of light paticle theory of light rise目录1人类早期对光的认识和研究 (3)2 光波动学说的萌芽时期 (3)3光微粒说和光波动说并存的时期 (4)3.1光微粒说与波动说的思想渊源 (4)3.2微粒说和波动说的对立 (5)3.3 微粒说先占统治地位 (7)4光波动说的复兴及其与微粒说的最终较量 (7)4.1 托马斯.杨的对波动说的研究和贡献 (7)4.2 菲涅尔与泊松亮斑 (9)4.3 光波动说的胜利 (11)5光波动学说的兴起和稳固 (12)6 对科学家探索出光波动说过程的总结和致敬 (13)1人类早期对光的认识和研究古代人对于光现象的记载和研究是和日常生活、观察天象、占星问卜等同时开始的,因此光学的起源也和力学、热学一样,可以追溯到二、三千年前.我国的《墨经》就记载了许多光学现象,例如投影、小孔成像、平面镜、凸面镜、凹面镜等等.西方也很早就有光学知识的记载,欧几里得(Euclid,公元前约330-275)的《反射光学》(Catoptrica)研究了光的反射,阿拉伯学者阿勒·哈增(Al-Hazen ,965~1038)写过一部《光学全书》,讨论了许多光学现象.由于光的物理本性不象力的本性那样比较容易为人们认识,因此古代光学基本上停留在对几何光学现象的描述与总结上,作为一门科学,发展比较缓慢.从光学器具看,中国的青铜镜早就应用,而玻璃和珐琅在埃及、希腊、罗马发现较早.柏拉图学园( 428—348 B.C.)的教学内容中就已有光的直进和反射角与人射角相等的内容(反射定律的发明者已不可考).欧几里得( Euclid,约330—275 B.C.)在《光学》一书中说:“我们假想光是直线进行的,在线与线之间还留出一些空隙光,光线自物体到人眼成为一个锥体,锥顶就在人眼,锥底在物体.只有被光线碰到的东西,才能为我们看见.”这就是“流出论”的根据.但原子论者则主张一切感觉都是从物体发出的物质流引起的.亚里士多德介于二者之间,主张“视觉是在眼睛和可见物体之间的中介者运动的结果”.总体看来,人类早期不乏对光的一些正确认识,但整体上并没有形成一个理性的科学体系.2 光波动学说的萌芽时期17世纪中期,已经发明并且制造了望远镜、显微镜等光学仪器,发现了光的直线传播规律,光的独立传播定律,光的反射和折射定律,费马原理等规律,人们已认识了光的几何性质,初步建立了几何光学知识的基本结构.与此同时,人们又发现了一些违背几何光学知识的现象.意大利的格里马尔迪(F.M.Grimaldi,公元1618—1663)通过观察放在光书中小棍子的影子发现衍射现象和双光干涉.1669年,丹麦科学家巴塞林(公元1625—1698)发现光的双折射,这些现象的发现在光学发展史上具有重大意义,因为当时已有的几何光学知识解释这些现象遇到了极大地困难,它迫使人们对光的行为和本性进行新的认识.格里马尔迪为了解释衍射及双光干涉现象,假定光是以极快速度传播、能够作波浪式动作的流体.英国物理学家胡克(HooK Robert,公元1635—1703)主张光是一种振动.他指出:在均匀媒质中,光的振动“在各个方向上都以相等速度传播,于是发光体的每一脉冲和振动都必须形成一个球面,这个球面将不断扩大,如同投石于水中引起的越来越大的球状波一样.”荷兰物理学家惠更斯是波动说的创立者,他在1678年《论光》中明确指出:“光同声音一样,是以球面波传播的.这种波,同石子投在平静的水面上所形成的波是相似的.”他提出惠更斯原理,形成了比较完整的惠更斯波动理论. 惠更斯波动理论很好的解释了反射折射以及双折射现象,同时解释干涉和衍射现象也获得了一定的成功.但是由于时代的限制,惠更斯波动学说有很大的缺陷.在惠更斯时代,人们只知道纵波,因此这种理论不能解释偏振现象.此外,由于17、18世纪经典力学已经建立并取得很大的成就,人们总想着用经典力学的概念描述并解释光学现象,因而光的波动学说没有被立即承认,直到一百多年后,到19世纪初,由于托马斯·杨(T.Young公元1773—1829)和菲涅尔(A.Fresne公元1788—1827)等人的工作才使光的波动说重新兴旺并向前发展.3光微粒说和光波动说并存的时期3.1光微粒说与波动说的思想渊源关于对光的本性这一古老之谜的认识要追溯到古希腊时代.古希腊杰出的原子论者德漠克利特(Democritus,公元前460一前370)最早提出光是物质微粒的观点.他认为视觉是由物体射出的微粒进入眼睛而引起的.古希腊的男一个原子论者伊壁鸠鲁(Epicurus,公元前341一前270)和古罗马的原子论者卢克来修(Lucretius,公元前99一前55)坚持这一学说.卢克来修说:“从任何我们看见的东西,必定永远有许多原初物体流出来,被发放出来;被散布到四周各处,这些物体撞击眼睛,引起了视觉.”量子论者的这一观点是后来把光看作某种物质实体的粒子说的萌芽.古希腊杰出的思想家亚里士多德(Aristotle,公元前384一前322)认为,视觉是在眼睛和可见物体之间的中间介质运动的结果.他认为这种中间介质有让光通过的可能性(潜在能力),即是透明的,光则把这种可能性变为现实。
所以,没有中间介质就没有视觉.在这个理论中包含着后来的光的波动说的思想.学发展到了17世纪,法国哲学家、物理学家、数学家笛卡儿(Rene Descartes,1596~1650)提出了对光的本性的看法.英籍德国物理学家玻恩(Max Born,1882—1970)和美国物理学家沃耳夫(Emil.Wolf,1922一)在他们的《光学原理》的历史引言中说:“在新哲学的创立者当中,笛卡儿可以提出来说一说,因为他根据他的形而上学观念系统地陈述了关于光的本性的见解.笛卡儿认为,光在本质上是一种压力,在一种完全弹性的,充满一切空间的介质(以太)之中传递,他并且把颜色的差异归因于这个介质中粒子的不同速度的旋转运动.”笛卡儿对光的本性没有明确而统一的观点.他在他的著作《光的折射》中提出了一个比喻:光通过介质传入人眼,就象机械脉冲沿着手杖传入盲人的手和脑中一样,并没有某种物质性的东西传入眼睛使我们看到光和色.笛卡尔在这里强调了介质的影响和接触作用,认为光是以太介质中某种压力的传播过程,所以可以把他算作波动论者.但是同时笛卡儿又从光的微粒观念中推导出反射定律与折射定律.3.2微粒说和波动说的对立英国物理学家、天文学家胡克在他1665年发表的《放大镜下微小物体的显微术或某些生理学的描述》(以下简称《显微术》一书中,明确主张光是一种振动. 同时他还提出这种振动必定是短促的.在讨论了光的直线传播和光速是有限的之后,他写道:“在一种均匀介质中这一运动在各个方向都以相等的速度传播.所以发光体的每一个脉动或振动都必将形成一个球面.这个球面将不断地增大,就如同把一石块投入水中后在水面一点周围的环状波膨胀为越来越大的圆圈一样(尽管肯定要快得多).由此可知,在均匀介质中扰动起来的这些球面的一切部分与射线交成直角.”可见,胡克实际上已接触到波前或波面的概念.而经典物理学的奠基者牛顿基本上是主张微粒说. 他根据光的直线传播性质,提出光是微粒流的理论.他认为这些微粒从光源飞出来,在真空式均匀物质内由于惯性而作匀速直线运动.早在1672年2月6日牛顿送交英国皇家学会的一封信“关于光和色的新理论”中,就提出了光的微粒说,这是牛顿提交给皇家学会的第一篇论文 ,也正是以这篇论文为起点 ,引发了牛顿的微粒说与惠更斯( Huo gens Christian , 1629 ~1695)、胡克的波动说之间的长达300年的论战 .牛顿认为光线可能是由球形的物体所组成,并用这种观念解释了光的直线传播和光的反射折射定律.“牛顿环”现象是牛顿的一项重要发现,从这一发现中他提出并确立了光的周期性.他在《光学》中详细地描述了这一实验现象.当他把一个平凸透镜放在一个双凸透镜上时,他观察到一系列明暗相间的同心圆环.压紧玻璃体,改变其间空气膜的厚度,又发现了条纹的移动.他还精确地测量了环的半径,发现环的半径的平方构成一个算术级数.这里最重要的是对光的周期性的发现.牛顿这样写着;“有时我一连数了三十多次周期性变化的序列,在每一个序列中都包括一明一暗的环,但是由于它们太窄无法数清楚.”牛顿的精确观察,本来是光的波动性的证明.他的测量也为确定各种色光的波长提供了根据,但是他并未由此走向波动说,而是用他的光的微粒和以太振动相结合的新观点,解释了他发现的牛顿环现象.胡克与牛顿争论时,提出不少问题,特别是微粒说所不能解释的一些事例.为了回答胡克提出的问题,牛顿又进一步研究,想办法如何来完善自己的假说和理论.由于牛顿对振动和波动过程有一个严格的了解并有一个严整的数学原理,所以他在与胡克争论过程中,认为在自己的关于光的粒子结构的理论中,作出的结论是正确的,但是他也表明作出这个结论并没有绝对肯定,所以只能用两个字来表示:“可能”。