光本质的认识史物理学专业.doc

光本质的认识史 摘要 作为自然界的一种普遍现象，光很早就进人了人们的研究范畴.从最初人们把光看成温暖和光明的象征到后来人们认识到光的直线传播、光的成像、光的反射、光的折射等现象，后来对光的现象研究得越深人，光所表现出的规律性就越明显，从而一代又一代的物理学家为了解开光的本性这个谜进行了不懈的努力。关键词：光；微粒说；波动 从笛卡儿(R. Descartes 1596-1650)1637年出版的《屈光学》一书中对光的猜测性的论述开始,人类探索光的本性已有300多年的历史,其间经历了复杂而漫长的认识过程。笛卡儿认为光好像机械脉冲沿着手杖传入盲人的手和脑 一样。1667年,胡克(R.Hooke1635- 1703)出版了《显微术》一书,他赞同笛卡儿的观点,认为“发光体的每个脉冲或振动都必然会形成一个球面,这个球面不断扩大,就如同把石头投进水中在水面周围形成波动”,他们可以说是波动说的创始人。光的微粒说的创始人可以上推到古希腊的德漠克利特,他认为光是一束从发光体运动到眼睛的微粒,而为光的微粒说奠定基础的却是牛顿。1672年牛顿(Newton)在做棱镜色散实验的基础上,发表了《光与颜色的新理论》的文章,阐明了他由光的波动观点而转变倾向于光的微粒观点。到了1704年,牛顿出版了《光学》一书,其中在对光的微粒说进一步肯定下能说明光在晶体中传播时所显示出光的传播的不对称性。但是,牛顿的微粒说也存在着缺陷,不能解释摩擦发光、独立传播定律、折射定律等。所以,牛顿的观点也受到了惠更(C.Hagens1629-1695)、胡克等人的反对。1690年,惠更斯在他出版的《光学》书中,提出了描述光传播过程的著名的惠更斯原理,他认为光的传播方式与声音类似,“可以互不干扰地相互穿透”。后来在十八世纪光学理论基本上无什么进展,直到托马斯·杨(T. young, 1773 -1829)、菲涅耳(A. J. Fresnel1788-1827)等人的潜心研究,才使光的波动说重新复兴起来。1814年,菲涅耳开始着眼于光的波动说的基础性理论研究和实验。最后菲涅耳和阿拉果一起进行了偏振光的干涉实验,得出振动方向一致是发生干涉的一个必要条件。1815年10月菲涅耳发表了关于光的衍射的第一篇研究论文。他认为波阵面前的振动是波阵面上面元发出子波在该点的迭加。其强度和面元面积成正比,和该点到面元的距离成反比并随衍射角的增加而下降。 1817年,英国物学家托马斯·扬知道偏振现象后,他设想如果认为光像“水波或拉紧的琴弦那样振动,”他说“用这理论可以解释沿半径方向以相等速度传播的横向振动”。但是这种观点未能得到物理学家的支持反而受到顽固的微粒说信奉者的强烈攻击,托马斯·扬在这关键时刻退却了。1819年,菲涅耳和阿拉果进一步用偏振光干涉实验证实了光的横波特性,解决了一系列的偏振问题,使光学发展到了一个新的阶段。1821年,菲涅耳用三个对称的椭园代替了惠更斯的旋转椭园建立了晶体双折射的可靠理论,进而清楚地解释了偏振光振动面旋转的现象,同时得到实验的证实。1824年,菲涅耳在光波横振动的假定下,得到可准确地计算出光的折反射时的能量分配问题、解释光的折反射时偏振态、说明半波损失及描述光在界面上反射和折射时的能量交换的菲涅耳公式。 参考文献 [1]谢帮同.世界经典物理学[M].沈阳:辽宁教育出版社, 1988· [2]斯杰潘诺夫E N.尚惠春译.光学300年[M].北京:科学普及出版社, 1981. [3]玻恩M,沃耳夫著E.扬葭荪,等译.光学原理[M].北京:科学出版社, 1978. [4]卡里约F.物理学史[M].呼和浩特:内蒙古人民出版社, 1981.