闲谈光的波粒之争详解.pptx

漫谈光发展中的恩怨纠葛 To be or not to be : that is the question 光成像 在古希腊时代，人们猜想，光是一种从我们的眼睛中发射出去的东西，当它到达某样事物的时候，这样事物就被我们所“看见”。 柏拉图认为有三种不同的光，分别来源于眼睛、被看到的物体、光源本身，而视觉是三者综合作用的结果 2 光成像 卢克莱修（物性论）：光是从光源直接到达人眼的，但始终不为人们接收。 伊斯兰的阿尔.哈桑：我们之所以能够看到物体，知识由于光从物体上反射进我们眼睛中的结果。 3 卢克莱修 阿尔.哈桑 罗杰尔.培根 光的运动 4 欧几里德--光的反射 开普勒—光的折射 涅耳—光的折射定律 费马 “光总是走最短的路线”，光学 作为一门物理学被正式确立起来 微粒说 微粒说：光是由一粒粒非常小的“光原子”所组成的。 （这种观点一方面十分符合当时流行的元素说，另外一方面，古代的人们除了粒子之外对别的物质形式也了解得不是太多） 5 微粒说 微粒说：光是由一粒粒非常小的“光原子”所组成的。 （这种观点一方面十分符合当时流行的元素说，另外一方面，古代的人们除了粒子之外对别的物质形式也了解得不是太多） 能用来解释的问题（1）为什么光总是沿着直线前进，（2）为什么会严格而经典的反射，（3）折射现象（可以由粒子流在不同介质里的速度变化而得到解释） 显而易见的困难（1）两道光相互碰撞的时候不会相互弹开，（2）这些细小的光粒子在灯亮之前隐藏在何处，（3）光粒子的数量是不是无限多 6 波动说 7 笛卡儿 格里马第 在他《方法论》 的三个附录之一《 折光学》 中率先提出了这样的可能：光是一种压力，在媒质里传播。 意大利的一位数学教授格里马第（ Francesco Maria Grimaldi） 做了一个实验，他让一束光穿过两个小孔后照到暗室里的屏幕上，发现在投影的边缘有一种明暗条纹的图像。格里马第马上联想起了水波的衍射，于是提出：光可能是一种类似水波的波动，这就是最早的光波动说。 波动说 波动说：光不是一种物质粒子，而是由于介质的振动而产生的一种波。 8 波动说 波动说：光不是一种物质粒子，而是由于介质的振动而产生的一种波。 9 容易解释（1）投影里的明暗条纹（2）直线传播和反射（光的波长是极短的 ，在大多数情况下，光的行为犹同经典粒子一样） 基本的难题：既然波本身是介质的振动，那它必须在某种介质中才能够传递。 而光则不然，它似乎不需要任何媒介就可以任意地前进。  波动说 但是波动说巧妙地摆脱了这个难题：它假设了一种看不见摸不着的介质来实现光的传播，这种介质有一个十分响亮而让人印象深刻的名字，叫做“以太”（ Aether） 。 波动说作为一种新兴的理论，迅速发展与微粒平分秋色，格里马第的光衍射实验是最好的说明。但它却拖着一个沉重的包袱----以太的假设，这个凭空想象出来的媒介。 10 第一次波粒战争 11 导火索：在1663年提出的一个理论——我们看到 的各 种颜色，其实并不是物体本身的属性，而是光照上去才产生 的效果。从而对颜色属性的激烈争论。 波义耳 格里马第 认为：颜色的不同是因为光波频率的不同引起的。 罗伯特·胡克：观察了光在肥皂泡里映射出的 色彩以及光通过薄云母片而产生的光辉。根据他 的判断,光必定是某种快速的脉冲,于是他在1665 年出版的《 显微术》 （ Micrographia） 一书中 明确地支持波动说。 12 罗伯特·胡克 《 显微术》 是一本划时代的伟大著作，它很快为胡克赢得了世界性的学术声誉，波动说由于这位大将的加入，似乎也在一时占了上风。 第一次波粒战争 第一次波粒战争 13 在1666年，牛顿在家休假期间用三棱镜进行了 著名的色散试验。 (1)由此发现了白光是由各种不同颜色的光组成的。(2)牛顿又设法将几种不同的单色光合成白光，并且计算出不同颜色光的折射率， 结论：物质的色彩是不同颜色的光在物体上有不同的反射率和折射率造成的。 公元1672年，牛顿把自己的研究成果发表在《皇家学会哲学杂志》上 艾萨克·牛顿 光的色散 第一次波粒战争 然而牛顿的理论里，光的复合和分解被比喻成不同颜色微粒的混合和分开。他的文章被交给一个三人评议会审阅，胡克和波义耳正是这个评议会的成员，胡克对此观点进行了激烈的抨击。 胡克：牛顿论文中正确的部分（也就是色彩的复合） 是窃取了他1665年的思想，而牛顿“原创”的微粒说则不值一提，仅仅是“假说”而已。 14 这个批评虽然不能说是全无道理，但很可能只是胡克想给牛顿来一个下马威。作为当时在光学和仪器方面独一无二的权威，胡克显然没把牛顿这个毛头小伙放在眼里，他后来承认说，自己只花了3－4小时来阅读牛顿的文章。 第一次波粒战争 牛顿大