二光的本质之争.ppt

第二，在17、18世纪，经典力学已经建立并取得很大成就．这种传统观念也影响着人们容易接受用经典力学的机械论——微粒说来解释光的本性． 第三，牛顿的威望很高，权威提出的理论易被人们所接受．牛顿自己也没有想到，由于他的权威地位，使得接受波动说延误了一个多世纪． 进入1800年，英国医生托马斯·杨（Thomas Young, 1773-1829)和法国工程师菲涅耳(Augustin Jcan Fresnel, 1788-1827)、阿拉果的工作，使波动说又重新提出，并取得成功． 1800年，托马斯·杨在论文《声学和光学的大纲和实验》中，他认为光与声都是波，提出了反对光的微粒说的新论据：在解释由强光源和弱光源所发出的光粒子有同样的速度方面的困难，以及在解释射线从一种介质进入另一种介质时，一部分不断地被反射，而另一部分不断地发生折射的困难．研究了声波的叠加原理，提出了“干涉”的概念． 1801年，托马斯·杨在《哲学杂志》上发表的论文很完整地阐述了干涉原理，即“当同一束光的两部分从不同路径，精确地或非常接近地沿同一方向进入人眼，则在光线的路程差是某一长度的整数倍处，光将最强，而在干涉区之间的中间带则最弱，这一长度对于不同颜色的光是不同的．” 托马斯·杨还明确指出：相互叠加的两部分光必须是发自同一光源． 为了进一步说明干涉理论，托马斯·杨还用紫外线做实验．由于紫外线是不可见光，他让紫外线反射在涂有氯化银溶液的纸上，结果出现了黑环，从而证明了他的干涉原理． 借助干涉原理，托马斯·杨解释了“牛顿环”现象，即在透镜与玻璃之间形成一个空气层，光线在空气层的上下表面反射的两束光相互叠加就产生了干涉现象． 1802年，托马斯·杨在英国皇家学会上讲演时讲述了自己所作的双缝干涉实验．他还测定了光波的波长，“比较各次实验，看来空气中极红端的波的宽度约为 英寸，而极紫端则为 英寸”．这里的“波的宽度”就是波长，折合成现代的数据，约为 埃（红光）和 埃（紫光）．托马斯·杨实现了用实验方法测得可见光的波长． S 亮 亮 亮 暗 暗 S1 S2 尽管托马斯·杨的理论在他的祖国——英国受到一些人的猛烈攻击，但却受到一些法国学者和工程师的重视，在19世纪初，他们对光的波动说的研究，大大地推动了光的波动说乃至整个光学的发展． 1809年夏的一个傍晚，法国工程师、物理学家马吕斯（Etienne Louis Malus,1775-1812）用方解石（也称冰洲石）晶体观看被玻璃窗反射的太阳光像时，他惊奇地发现，当在某一位置用晶体观察时，太阳的双像之一消失了． 在当天晚上，马吕斯又发现，蜡烛光以36度角落在水面上反射时，用方解石也会看到类似的现象，即只有一个像；在其他的情况下，两个火焰像的明亮程度不同；当转动方解石时，两个火焰像呈现出交替的明暗变化． 马吕斯作了的进一步研究发现，如果从方解石出来的两束光同时以36度角落在水面上，寻常光被部分地反射，而非寻常光则完全未被反射，不被反射的光被折射进入水中了，他由此得出了“偏振”的术语．他证明，寻常光与非寻常光的“偏振”方位是相互垂直的；折射光只是部分偏振光，其偏振状态与反射光的偏振状态恰成相反分布． 1811年，英国科学家布儒斯特（David Brewster, 1781-1868）发现，光线射向两种介质的界面，当反射光线与折射光线恰好垂直时，反射光就成为平面偏振光．同年，法国物理学家阿拉果（Dominique Francois Arago,1786-1853）也发现了色偏振现象． 对于偏振现象，马吕斯与布儒斯特都坚持用微粒说来解释，并反对用波动说来解释, 而当时托马斯·杨也不能解释. 直到1817年，托马斯·杨得出了新的观点，光波与声波的不同之处在于，光波是像水那样的横波．他写信向阿拉果表达了自己的观点，阿拉果将此信转告菲涅耳． 横波的偏振现象 只有横波才有偏振现象. 菲涅耳是工程师，1814年他对光学发生了兴趣，独立做了托马斯·杨在10年前所做过的实验，并有所进步. 在阿拉果的鼓励下，菲涅耳加快了他的研究进度，最终为波动说提供了一个坚实的数学基础． 1815年，菲涅耳向科学院提交了关于衍射的报告，在这篇报告中，除了衍射的实验外，还提出了惠更斯-菲涅耳原理-----“在任何一点的光源振动可以看作在同一时刻传播到那一点上的光的元