牛顿和惠更新的对话

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  牛顿和惠更斯两位科学家之间的争论,由于牛顿的威望,“光的微粒说”在18世纪取得了统治地位。进入19世纪以后,“波动说”又重新活跃起来。
  第一位向“微粒说”发起冲击的是牛顿的同胞托马斯·杨。
  托马斯·杨:
  牛顿先生,您好!尽管我非常仰慕您的大名,但我并不因此认为您的观点都是正确的。我遗憾地看到,有的时候您也会弄错,而您的权威也许有时会阻碍科学的进步。
  为了证明光是一种波,我在暗室中做了一个举世闻名的“光的双缝干涉实验”。我们知道,干涉现象正是波动的一个特性。
  笔者解释一下,“双缝实验”是一种“双路径实验”。假设光束是由经典粒子组成,将光束照射一条狭缝,光通过狭缝后,照射在探测屏上,则在探测屏上应该会观察到对应于狭缝尺寸与形状的图样。可是,实际进行“单缝实验”时,探测屏会显示出光束被展开,狭缝越狭窄,则展开角度越大。探测屏会显示出在中央区域有一块比较明亮的光带,旁边衬托著两块比较暗淡的光带。类似地,假设光束是由经典粒子组成,将光束照射于两条相互平行的狭缝,那么在探测屏上应该会观察到两个单缝图样的总和。但实际并不是这样,在探测屏上显示出一系列明亮条纹与暗淡条纹相间的图样。托马斯·杨的实验成功证明了光确实是一种波,它只有用“波动说”才能解释,“微粒说”对此一筹莫展。而紧接着的是另一个著名实验——光的衍射实验,完成这个实验的正是法国物理学家菲涅尔。
  菲涅尔:
  大家好,我很荣幸为你们解释这个实验现象。这是一种波在传播过程中可以绕过障碍物,或穿过小孔、狭缝而不沿直线传播的现象,实验中成功地演示了明暗相间的衍射图样,而衍射现象也是波的基本特性之一。因此我也支持“光的波动说”,我认为牛顿先生的“微粒说”是不合理的。
  以上两个实验,给“微粒说”以致命打击的是对光速值的精确测定。牛顿和惠更斯在解释光的折射现象时,对于水中光速的假设是截然相反的,谁是谁非,难以证实。到了19世纪中叶,法国物理学家菲索和付科,分别采用高速旋转的齿轮和镜子,先后精确地测出光在水中的传播速度只有空气中速度的四分之三,又一次证明了“波动说”的正确性。
  牛顿:
  好吧,看来我也有错误的时候。所以大家千万记住了,不要盲目迷信權威啊!好好做实验,好好做研究。
  经过反复较量,“波动说”终于压过了“微粒说”,取得了稳固的地位。到19世纪60年代,麦克斯韦总结了电磁现象的基本规律,建立了光的电磁理论。到19世纪80年代,赫兹通过实验,证实了电磁波的存在。利用“光的电磁说”,对于以前发现的各种光学现象,都可以做出圆满的解释。这一切使“波动说”在同“微粒说”的论战中,取得了无可争辩的胜利。
  但是,物极必反。正当“波动说”欢庆胜利的时候,意外的事情发生了——“以太”存在的否定和光电效应的发现,这些新的实验事实又一次要置“波动说”于死地。“波动说”认为,光是依靠充满于整个空间的连续介质——“以太”做弹性机械振动传播的。为了验证“以太”的存在,1887年,美国物理学家迈克尔逊和莫雷使用当时最精密的仪器,设计了一个精巧的实验。
  迈克尔逊和莫雷:
  是的,我们的确做了这个实验,你们一定得记住实验的名字,要是实在记不住,就叫它MM实验也可以。虽然实验是失败的,但我们并不沮丧。实验结果证明,地球周围根本不存在什么“机械以太”。那么问题来了,没有“以太”,光波和电磁波是怎样传播的呢?
  面对这一“波动说”难以克服的困难,“微粒说”又跃跃欲试。而光电效应的发现,使“微粒说”再次“复辟登基”。所谓光电效应,就是指金属在光的照射下,从金属表面释放出电子的现象,所释放的电子叫做光电子。至此,“光的微粒说”又昂首挺胸,活跃在科学的舞台上。
  这时,又有一位牛人出现了,他就是——爱因斯坦,他运用“光量子说”把光电效应解释得一清二楚。但是,爱因斯坦并没有抛弃“波动说”,而是把二者巧妙地结合在一起,并辩证地指出:“光既是波,又是粒子,是连续的,又是不连续的。自然界喜欢矛盾……”这一思想充分地把粒子和波紧密地联系在一起,至此,“光的波粒二象性”就成为描述光的主要观点了。
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