光的本性认识的发展.doc

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1、.光的本性认识的发展光的本住问题是贯穿在光学发展中的一个根本问题。正是这种对光的本性的探讨有力地推动了光学以及整个物理学的发展。人们对光的本性的认识，从光是“物质的微粒流”，经历了光是“以太的振动”，光是电磁波到光是波粒二象性的统一等各个认识阶一段。这一认识历程从牛顿和惠更斯之争算起到现在其间经历了三百多年。人们遵循实验——假设——理论——实验这条途径，逐步达到了对光的本性的认识，这一认识揭示了物质世界光和电磁的统一，光的波动性和微粒性的统一。德国物理学家劳厄在谈到这一认识的重大意义时指出：“在这以前还是完全互不相依的光的理论和电动力学理论的这种自然的结合发展是作为物理知识的真理

2、一性证明的一个最伟大的事件”。他在《物理学史》的导言中着重指出了研究两类不同的物理思想“它们不期而遇并且自然地相结合”的意义。他说：“凡是经历了这种令人极为惊奇的事件的人，即使是在很远的距离经历的，或者至少能在事后加以回顾的，都不会怀疑：这些相互结合的理论，即使不包含完全的真理，终究也包含了与人类的附加因素无关的客观真理的一种重要的内核。否则，它们的结合只能理解为奇迹。物理学史的理想必须是把这样的事件尽可能明晰地刻画出来”。下面我们就来叙述人类对光的本性认识的发展过程。（一）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索到古希腊时代。古希腊杰出的原子论者德漠克利特

3、（Democritus，公元前460～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～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。”.专业.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

4、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。科学发展到了17世纪，法国哲学家、物理学家、数学家笛卡儿（ReneDescartes，1596～1650）提出了对光的本性的看法。英籍德国物理学家玻恩（MaxBorn，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

5、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。另一方面，笛卡儿又从光的微粒观念中推导出反射定律与折射定律。笛卡儿在《光的折射》中写道：“假设我们将球从A点击到B点，碰到地面CSE时，球因受阻而偏离原来的运动方向（

6、图9－1）。它将往哪个方向偏？为了简化所研究的问题，我们假定：地面是平滑坚硬的，并且球在下落和弹跳时速度保持不变。我们不考虑球在离开球拍以后能够继续运动的原因，也不考虑球的重量、大小以及形状对运动方向会有什么影响。因为我们的目的并不是研究这些问题，而是研究光；并且上述因素对光都没有影响。”接着笛卡儿开始了对平滑表面上光的反射的研究。他把球的速度分解为垂直分量及水平分量。当球碰到地面时，只是球速的垂直分量方向相反，大小不变。水平分量是不变的，由此很容易证明光的入射角等于它的反射角。笛卡儿继续写道：“现在让我们来观察折射现象。首先假定球从A点被抛至B点，在B点碰到的不是地面，而是一块

7、布CBE，它非常稀疏和不结实，将减慢球的速度。”他仍然把速度分成垂直分盟及水平分量，垂直方向速度减小而水平分量不变图9－2。由此得.专业.即对各向同性介质，、与光的传播方向无关。上式右端是一个与入射角无关的常数，它表明入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数；这样便解释了折射定律。但是实验表明当光从光疏介质（例如空气）进入光密介质《例如水》时，光折向界面法线即i1＜i2，按照上述公式则υ1＞υ2，从微粒论的观点看来，光在光密介质中的光速应当大于光在光疏介质中的光速。后来，实验证明