第八章现代天文学的发展与物理学的新革命 一.星光的奥秘与天体物理学的发展 天体的视位置就是从该天体发出的光线在进入观测者眼中时的 方向。除非该天体正巧在观测者正上方，否则光线将倾斜地进入大气 层，在其旅程的最后几英里中，光线经过的路径因折射而弯曲。古代 的天文学家就已经知道这一点，他们发现在地平线附近的天体的大气 折射效应是相当可观的。因此，如果一个观测者在没有大气层的地球 上看到太阳最后一束光线将要从视野上消失的那个时刻，在真正的地 球上的观测者仍然能够看到太阳的圆面。 1668年，后来成为巴黎天文台第一任台长的G.D.卡西尼 (G.D.Cassini,.1625-1712年)编制了木卫的星历表，导致了光速的第 一次测定。1672年，丹麦天文学家罗默(0.C.Romer,.1644-1710年) 进入巴黎天文台，参加木卫被食的观测。他发现，GD.卡西尼制定的 木卫星历表常常和观测不相符合，还发现，木卫一相继两次被食的时 间间隔也不一样长，当地球向着木星运动时，木卫一两次被食的时间 间隔变短[图见：宣焕灿编：《天文学史》，第135页，高等教育出版社，1992 年10月第1版]。罗默认为，这是由于光的传播有一定速度造成的。1676 年他发表论文宣称，光线穿过地球轨道直径的时间约需22分钟（今 测值为16分38秒)。正巧在这之前的1673年，GD.卡西尼等人首次 测出了太阳视差为9”.5，即日地距离约为1.4亿千米。于是可算出光 速约为21万千米/秒。尽管这与现代测定值30万千米/秒有较大差距， 但这毕竟第一次打破了光速无限的传统观念
第八章 现代天文学的发展与物理学的新革命 一. 星光的奥秘与天体物理学的发展 天体的视位置就是从该天体发出的光线在进入观测者眼中时的 方向。除非该天体正巧在观测者正上方，否则光线将倾斜地进入大气 层，在其旅程的最后几英里中，光线经过的路径因折射而弯曲。古代 的天文学家就已经知道这一点，他们发现在地平线附近的天体的大气 折射效应是相当可观的。因此，如果一个观测者在没有大气层的地球 上看到太阳最后一束光线将要从视野上消失的那个时刻，在真正的地 球上的观测者仍然能够看到太阳的圆面。 1668 年，后来成为巴黎天文台第一任台长的 G.D.卡西尼 （G.D.Cassini, 1625-1712 年）编制了木卫的星历表，导致了光速的第 一次测定。1672 年，丹麦天文学家罗默（O.C.Romer, 1644-1710 年） 进入巴黎天文台，参加木卫被食的观测。他发现，G.D.卡西尼制定的 木卫星历表常常和观测不相符合，还发现，木卫一相继两次被食的时 间间隔也不一样长，当地球向着木星运动时，木卫一两次被食的时间 间隔变短[图见：宣焕灿 编：《天文学史》，第 135 页，高等教育出版社,1992 年 10 月第 1 版]。罗默认为，这是由于光的传播有一定速度造成的。1676 年他发表论文宣称，光线穿过地球轨道直径的时间约需 22 分钟（今 测值为 16 分 38 秒）。正巧在这之前的 1673 年，G.D.卡西尼等人首次 测出了太阳视差为 9”.5，即日地距离约为 1.4 亿千米。于是可算出光 速约为 21 万千米/秒。尽管这与现代测定值 30 万千米/秒有较大差距， 但这毕竟第一次打破了光速无限的传统观念
1717年，英国天文学家哈雷发现了恒星的自行，这一发现动摇 了那种把恒星看成固定在“恒星天”上的光点的传统观念。1728年， 布拉德雷(J.Bradley,1693-1762年)在致哈雷的信中，向英国皇家学 会报道了光行差现象。这是由于星体光线的传播和地球公转的一种合 成效应，就像落在火车窗口上的雨滴由于受到火车行进的影响而发生 的方向改变一样。据说布拉德雷曾经注意到，当船转向时，船上的风 向标也随之转向，这当然不是由于风向发生了变化，而是由于风向标 的指向不仅取决于风的速度，而且也取决于船的速度。通过对风向标 的类推，布拉德雷意识到，既然光速是有限的，那么他所见到恒星位 置不仅取决于该恒星所发出的光的速度，而且也取决于地球的运动速 度。他一直在寻找恒星周年视差，这是基于地球的观测者在地球半径 的外端点处进行观察时所产生的一种效应，而他找到的却是“光行 差”，是由地球本身的运动速度所造成的。沿地球轨道的切线方向， 半径与切线相互垂直，因此光行差与周年视差之间有3个月的相位 差。光行差的发现不仅提供了恒星位置的一项基本改正，而且还第一 次对哥白尼的日心地动说提供了观测证据。布拉德雷在1732年，还 发现了地球自转轴的摇摆即“章动”现象（这主要是因为月球对地球 的非正球体部分的吸引所造成的)，这种现象影响了我们用以测量恒 星位置的坐标。恒星离我们十分遥远，对它们的周年视差（简称视差） 的测定是颇为困难的工作。直到19世纪30年代末，才由俄国的B.牙 斯特鲁维(B.A.CtpyBe,1793-1804年)、德国的贝塞尔(Friedrich Wilhelm Bessel,.1784-1846年)和英国的亨德森(T.Henderson
1717 年，英国天文学家哈雷发现了恒星的自行，这一发现动摇 了那种把恒星看成固定在“恒星天”上的光点的传统观念。1728 年， 布拉德雷（J.Bradley, 1693-1762 年）在致哈雷的信中，向英国皇家学 会报道了光行差现象。这是由于星体光线的传播和地球公转的一种合 成效应，就像落在火车窗口上的雨滴由于受到火车行进的影响而发生 的方向改变一样。据说布拉德雷曾经注意到，当船转向时，船上的风 向标也随之转向，这当然不是由于风向发生了变化，而是由于风向标 的指向不仅取决于风的速度，而且也取决于船的速度。通过对风向标 的类推，布拉德雷意识到，既然光速是有限的，那么他所见到恒星位 置不仅取决于该恒星所发出的光的速度，而且也取决于地球的运动速 度。他一直在寻找恒星周年视差，这是基于地球的观测者在地球半径 的外端点处进行观察时所产生的一种效应，而他找到的却是“光行 差”，是由地球本身的运动速度所造成的。沿地球轨道的切线方向， 半径与切线相互垂直，因此光行差与周年视差之间有 3 个月的相位 差。光行差的发现不仅提供了恒星位置的一项基本改正，而且还第一 次对哥白尼的日心地动说提供了观测证据。布拉德雷在 1732 年，还 发现了地球自转轴的摇摆即“章动”现象（这主要是因为月球对地球 的非正球体部分的吸引所造成的），这种现象影响了我们用以测量恒 星位置的坐标。恒星离我们十分遥远，对它们的周年视差（简称视差） 的测定是颇为困难的工作。直到 19 世纪 30 年代末，才由俄国的 B.Я. 斯特鲁维（B.Я.CtpyBe, 1793-1804 年）、德国的贝塞尔（Friedrich Wilhelm Bessel, 1784-1846 年 ） 和 英 国 的 亨 德 森 （ T.Henderson
1798-1864年)分别测定了织女星、天鹅座61和半人马座a的视差。 笛卡尔曾经满有理由地确信光以无限大的速度传播，我们才看 到那样的世界。假如形成图像的来自不同距离的光线发源于不同的时 间，我们重建的外在世界该是多么混乱。正如19世纪著名天文学史 家克莱克(Agnes Clerke)在她的《恒星系统》(1890年)中指出：“我 们看恒星不是同时的。通过光与它们联络需要时间，我们看到的是以 前的图像…时间的延迟与它们所在的距离成正比。恒星不在我们看 到的地方一甚至也不是任意某个时刻所在的地方—一而是一个变 化的时间尺度。”[爱德华哈里森：《宇宙学》，李红杰姜田李泳译，第86 页，湖南科学技术出版社，2008年10月第1版]在宇宙学中有着决定意义 的一个事实是，当我们遥望天空时，也就在回望过去，遥望的距离越 大，回望的时间越远。 18世纪20至30年代，瑞典的斯维登堡(E.Swedenborg, 1688-1772年)最早推测：恒星都是人们所熟悉的银河的成员，它构 成了一个动力学上完整的体系，这种体系在宇宙中也不是唯一的。 1750年，英国天文学家赖特(T.Wright,1711-1786年)在其著作《新 颖的宇宙理论》中提出，天上所有的恒星和银河构成了一个巨大的天 体系统，其形状很像一个“磨盘”，它的直径比它的厚度大得多。他 指出，正是由于这样的分布，所以我们从这个天体系统内向外看去， 便看到银河的形象。他甚至说，天球上银河轮廓的不齐一，可能是由 于太阳不在这个天体系统中心的缘故。 1755年，康德在《自然通史和天体论》中，提出了赖特思想的
1798-1864 年）分别测定了织女星、天鹅座 61 和半人马座α的视差。 笛卡尔曾经满有理由地确信光以无限大的速度传播，我们才看 到那样的世界。假如形成图像的来自不同距离的光线发源于不同的时 间，我们重建的外在世界该是多么混乱。正如 19 世纪著名天文学史 家克莱克（Agnes Clerke）在她的《恒星系统》（1890 年）中指出：“我 们看恒星不是同时的。通过光与它们联络需要时间，我们看到的是以 前的图像……时间的延迟与它们所在的距离成正比。恒星不在我们看 到的地方——甚至也不是任意某个时刻所在的地方——而是一个变 化的时间尺度。”[爱德华•哈里森：《宇宙学》，李红杰 姜田 李泳 译，第 86 页，湖南科学技术出版社，2008 年 10 月第 1 版]在宇宙学中有着决定意义 的一个事实是，当我们遥望天空时，也就在回望过去，遥望的距离越 大，回望的时间越远。 18 世纪 20 至 30 年代，瑞典的斯 维登堡（E.Swedenborg, 1688-1772 年）最早推测：恒星都是人们所熟悉的银河的成员，它构 成了一个动力学上完整的体系，这种体系在宇宙中也不是唯一的。 1750 年，英国天文学家赖特（T.Wright，1711-1786 年）在其著作《新 颖的宇宙理论》中提出，天上所有的恒星和银河构成了一个巨大的天 体系统，其形状很像一个“磨盘”，它的直径比它的厚度大得多。他 指出，正是由于这样的分布，所以我们从这个天体系统内向外看去， 便看到银河的形象。他甚至说，天球上银河轮廓的不齐一，可能是由 于太阳不在这个天体系统中心的缘故。 1755 年，康德在《自然通史和天体论》中，提出了赖特思想的
科学解释。康德说，银河系的恒星在引力作用下形成一个旋转的圆盘， 模糊的星云类似于旋转的银河系。这些星系也许是很多星系聚集在一 起，形成的一个众多星系的巨大系统，而这些大星系也可能聚集起来， 形成更大的系统，无限下去，充满无限的空间。在如此的宇宙等级里， 每一级都由无限多的中心组成，而每一级的中心又围绕更高一级的中 心聚集成团。在无限层次的最高级，是主宰宇宙结构的终极中心。 1761年，德国学者兰伯特(J.H.Lambert,1728-1777年)出版了 《宇宙论书简》一书，书中对恒星世界的结构提出了一种无限阶梯式 的宇宙模型，似乎具有分形特征。他认为太阳系是第一级体系，太阳 极其周围的许多恒星构成的庞大的恒星集团是第二级体系，其中的天 体都围绕着一个巨大的“中心太阳”运动；银河是这种庞大的恒星集 团的总合，构成第三级体系，这个体系围绕着其中的超巨质量体旋转。 第四级、第五级由此类推，直至无穷。1855年，洪堡(von Humboldt) 在《宇宙》一书中引进了“宇宙岛”概念：“我们的宇宙岛形成一个 透镜状的恒星系统。” 这些玄思的恒星宇宙模型正确与否，需要天文学观测的检验。 威廉·赫歇尔(William Herschel,1738-1822)兄妹用精度和聚光能力 都无与伦比的望远镜巡视天空。在他们发表的著作中，基于如下三个 假设解释观测结果：(1)星际空间对星光是透明的：(2)所有恒星都 与太阳相似：(3)恒星在空间均匀分布。 银河系中心论（以太阳处于银河系中心的理论）根本上是假设 (1)的结果。那时，天文学家还不知道漂浮在恒星之间的尘埃气体
科学解释。康德说，银河系的恒星在引力作用下形成一个旋转的圆盘， 模糊的星云类似于旋转的银河系。这些星系也许是很多星系聚集在一 起，形成的一个众多星系的巨大系统，而这些大星系也可能聚集起来， 形成更大的系统，无限下去，充满无限的空间。在如此的宇宙等级里， 每一级都由无限多的中心组成，而每一级的中心又围绕更高一级的中 心聚集成团。在无限层次的最高级，是主宰宇宙结构的终极中心。 1761 年，德国学者兰伯特（J.H.Lambert, 1728-1777 年）出版了 《宇宙论书简》一书，书中对恒星世界的结构提出了一种无限阶梯式 的宇宙模型，似乎具有分形特征。他认为太阳系是第一级体系，太阳 极其周围的许多恒星构成的庞大的恒星集团是第二级体系，其中的天 体都围绕着一个巨大的“中心太阳”运动；银河是这种庞大的恒星集 团的总合，构成第三级体系，这个体系围绕着其中的超巨质量体旋转。 第四级、第五级由此类推，直至无穷。1855 年，洪堡（von Humboldt） 在《宇宙》一书中引进了“宇宙岛”概念：“我们的宇宙岛形成一个 透镜状的恒星系统。” 这些玄思的恒星宇宙模型正确与否，需要天文学观测的检验。 威廉•赫歇尔（William Herschel, 1738-1822）兄妹用精度和聚光能力 都无与伦比的望远镜巡视天空。在他们发表的著作中，基于如下三个 假设解释观测结果：（1）星际空间对星光是透明的；（2）所有恒星都 与太阳相似；（3）恒星在空间均匀分布。 银河系中心论（以太阳处于银河系中心的理论）根本上是假设 （1）的结果。那时，天文学家还不知道漂浮在恒星之间的尘埃气体
云对星光的显著的吸收作用。赫歇尔成功地证明两颗相互环绕的恒星 双星的运动符合开普勒定律。1785年，威廉在一篇题为“论天 空的结构”的论文中指出，许多星云是距离遥远的类似我们银河系的 星系。双星的发现使他意识到，恒星的亮度一般说来可以很悬殊，第 二个假设就站不住脚了。第三个假设也不可靠，最后连第一个假设也 令人怀疑。 19世纪末以前，人们一直认为恒星的空间运动是随机的。1904 年，荷兰天文学家卡普坦发现，恒星的空间运动并不是随机的，而是 在银河面内存在着两个互相背离的优先运动的方向，他认为这是银道 面内存在着彼此相背而行的两大星流造成的。卡普坦的“二星流”假 设在提出后的20年中没有得到正确解释。1922年，在大量观测基础 上，卡普坦提出了一个银河系结构模型，认为银河系是一个直径40000 光年的扁平系统，太阳位于中心附近，距太阳越远处恒星数目越少。 这一银河系模型后来被称为卡普坦宇宙，是对赫歇尔的银河系模型的 定量发展。1916-1917年，沙普利利用球状星团中的造父变星来测量 当时已知的近百个球状星团的距离，进而研究它们的空间分布。他发 现，这些球状星团有1/3位于占天空面积只有2%的人马座内，90% 以上以人马座为中心的半个天球上。沙普利认为，球状星团实际上是 对称而均匀地发布在银河系之中的，只是由于太阳不在银河系中心才 造成了这种表观的不对称。1917年，他提出了一个直径30万光年、 厚3万年、银心位于人马座方向距太阳5万光年处的银河系模型。尽 管这一银河系模型的一些数据都偏大，但关于太阳不在银河系中心的
云对星光的显著的吸收作用。赫歇尔成功地证明两颗相互环绕的恒星 ——双星的运动符合开普勒定律。1785 年，威廉在一篇题为“论天 空的结构”的论文中指出，许多星云是距离遥远的类似我们银河系的 星系。双星的发现使他意识到，恒星的亮度一般说来可以很悬殊，第 二个假设就站不住脚了。第三个假设也不可靠，最后连第一个假设也 令人怀疑。 19 世纪末以前，人们一直认为恒星的空间运动是随机的。1904 年，荷兰天文学家卡普坦发现，恒星的空间运动并不是随机的，而是 在银河面内存在着两个互相背离的优先运动的方向，他认为这是银道 面内存在着彼此相背而行的两大星流造成的。卡普坦的“二星流”假 设在提出后的 20 年中没有得到正确解释。1922 年，在大量观测基础 上，卡普坦提出了一个银河系结构模型，认为银河系是一个直径40000 光年的扁平系统，太阳位于中心附近，距太阳越远处恒星数目越少。 这一银河系模型后来被称为卡普坦宇宙，是对赫歇尔的银河系模型的 定量发展。1916-1917 年，沙普利利用球状星团中的造父变星来测量 当时已知的近百个球状星团的距离，进而研究它们的空间分布。他发 现，这些球状星团有 1/3 位于占天空面积只有 2%的人马座内，90% 以上以人马座为中心的半个天球上。沙普利认为，球状星团实际上是 对称而均匀地发布在银河系之中的，只是由于太阳不在银河系中心才 造成了这种表观的不对称。1917 年，他提出了一个直径 30 万光年、 厚 3 万年、银心位于人马座方向距太阳 5 万光年处的银河系模型。尽 管这一银河系模型的一些数据都偏大，但关于太阳不在银河系中心的
创见为建立银河系的正确图像跨出了革命性的一步。 1925-1926年，瑞典天文学家林德布拉德(B.Lindblad,1895-1965 年)相继发表了两篇题为“星流与恒星系统的结构”的论文，认为银 河系中心不与太阳相重合，而位于人马座方向某处，卡普坦发现的“二 星流”现象，正是银河系自转的一种反映。1927年，奥尔特对银河 系自转问题作了进一步研究。奥尔特指出：(1)如整个银河系象刚体 那样转动，则这种转动将不会造成恒星的视线方向的位移，而银河自 行则具有对称性，但银河系的实际情况与这种图像并不吻合。(2)如 银河系中的大部分物质集中在银心不远处，则离银心较远处天体的运 动将接近于行星绕太阳的开普勒旋转，其旋转速度几乎与1/R2(R为 天体离银心的距离)成正比。于是，银河系将作较差自转，这使得与 银心或反银心成45方向上的恒星有最大的视向速度。奥尔特进一步 推出了银河系较差自转同恒星的银经自行和视向速度的数学关系，建 立了恒星天文学中著名的奥尔特公式。奥尔特对银河系自转的定量研 究有力地证实了林德布拉德的假设，他还根据恒星的空间分布，提出 了银河系具有旋臂结构的正确见解。从此，沙普利的银河系图像才得 到公认。 如果说中世纪的天文学家是几何学家，18世纪的天文学家是天 体力学家，那么到了19世纪下半叶，天文学家必须掌握实验物理学 家所专长的光谱研究的技巧。星光与神秘的星云成了兴趣的焦点，甚 至作为边缘学科的宇宙学也被吸收到天文学研究的主流中来。1825 年，法国实证主义哲学家孔德(A.Comte,1798-1857年)在他的《实
创见为建立银河系的正确图像跨出了革命性的一步。 1925-1926 年，瑞典天文学家林德布拉德（B.Lindblad, 1895-1965 年）相继发表了两篇题为“星流与恒星系统的结构”的论文，认为银 河系中心不与太阳相重合，而位于人马座方向某处，卡普坦发现的“二 星流”现象，正是银河系自转的一种反映。1927 年，奥尔特对银河 系自转问题作了进一步研究。奥尔特指出：（1）如整个银河系象刚体 那样转动，则这种转动将不会造成恒星的视线方向的位移，而银河自 行则具有对称性，但银河系的实际情况与这种图像并不吻合。（2）如 银河系中的大部分物质集中在银心不远处，则离银心较远处天体的运 动将接近于行星绕太阳的开普勒旋转，其旋转速度几乎与 1/R2（R 为 天体离银心的距离）成正比。于是，银河系将作较差自转，这使得与 银心或反银心成 45 0方向上的恒星有最大的视向速度。奥尔特进一步 推出了银河系较差自转同恒星的银经自行和视向速度的数学关系，建 立了恒星天文学中著名的奥尔特公式。奥尔特对银河系自转的定量研 究有力地证实了林德布拉德的假设，他还根据恒星的空间分布，提出 了银河系具有旋臂结构的正确见解。从此，沙普利的银河系图像才得 到公认。 如果说中世纪的天文学家是几何学家，18 世纪的天文学家是天 体力学家，那么到了 19 世纪下半叶，天文学家必须掌握实验物理学 家所专长的光谱研究的技巧。星光与神秘的星云成了兴趣的焦点，甚 至作为边缘学科的宇宙学也被吸收到天文学研究的主流中来。1825 年，法国实证主义哲学家孔德（A.Comte, 1798-1857 年）在他的《实
证哲学讲义》里断言：“恒星的化学组成是人类绝不能得到的知识。” 然而，天体分光术的问世却使这种预言很快就破产了。 早在1666年，牛顿就用三棱镜发现了白色的太阳光原来是由七 色彩带组成。1802年，英国物理学家沃拉斯顿(W.H.Wollaston,. 1766-1828年)在棱镜前加上一个狭缝观测太阳，结果不仅得到了七 色彩带，在其中还发现不少暗线。1814年，德国光学家夫琅和费 (Joseph Fraunhofer,,1787-1826年)用狭缝、准直管、三棱镜和望远 镜构成了第一台分光镜，并用它仔细研究太阳光谱。他发现，太阳光 谱中有十多条非常清晰的暗线，他把这些主要暗线用A,B,C等字母表 示，而在这些主要暗线之间他又数出了574条较微弱的暗线，这些强 或弱的暗线称夫琅和费线。他注意到太阳光谱的橙黄色区域里存在着 双重的D线。当他用分光镜观测某些火焰的光谱时，发现对应于太 阳的双重D吸收线的位置上，恰恰存在着两条明线！夫琅和费发现 了这些现象，但却无法解释。 1853年，瑞典天文学家埃斯特罗姆（A.J.Angstrom,1814-1874 年)在将太阳光谱与一些元素的光谱进行比较后，在一篇论文中提出 了灼热气体可以产生与它形成吸收线时波长相同的发射线的见解，但 由于缺乏严格的论证而未引起重视。 1858-1859年，德国化学家本生(R.W.E.Bunsen,1811-1899年) 发现，把钠、钾、锂、锶、钡等不同物质放在他创制的煤气灯上燃烧 时会发出各不相同的颜色。他想到是否可以根据颜色来判断物质的化 学成分。但当几种物质按不同的比例混合时，含量较少的那种物质的
证哲学讲义》里断言：“恒星的化学组成是人类绝不能得到的知识。” 然而，天体分光术的问世却使这种预言很快就破产了。 早在 1666 年，牛顿就用三棱镜发现了白色的太阳光原来是由七 色彩带组成。1802 年，英国物理学家沃拉斯顿（W.H.Wollaston, 1766-1828 年）在棱镜前加上一个狭缝观测太阳，结果不仅得到了七 色彩带，在其中还发现不少暗线。1814 年，德国光学家夫琅和费 （Joseph Fraunhofer, 1787-1826 年）用狭缝、准直管、三棱镜和望远 镜构成了第一台分光镜，并用它仔细研究太阳光谱。他发现，太阳光 谱中有十多条非常清晰的暗线，他把这些主要暗线用 A,B,C 等字母表 示，而在这些主要暗线之间他又数出了 574 条较微弱的暗线，这些强 或弱的暗线称夫琅和费线。他注意到太阳光谱的橙黄色区域里存在着 双重的 D 线。当他用分光镜观测某些火焰的光谱时，发现对应于太 阳的双重 D 吸收线的位置上，恰恰存在着两条明线！夫琅和费发现 了这些现象，但却无法解释。 1853 年，瑞典天文学家埃斯特罗姆（A.J.Angstrom, 1814-1874 年）在将太阳光谱与一些元素的光谱进行比较后，在一篇论文中提出 了灼热气体可以产生与它形成吸收线时波长相同的发射线的见解，但 由于缺乏严格的论证而未引起重视。 1858-1859 年，德国化学家本生（R.W.E.Bunsen, 1811-1899 年） 发现，把钠、钾、锂、锶、钡等不同物质放在他创制的煤气灯上燃烧 时会发出各不相同的颜色。他想到是否可以根据颜色来判断物质的化 学成分。但当几种物质按不同的比例混合时，含量较少的那种物质的
颜色往往无法看到。他的朋友物理学家基尔霍夫(G.R.Kirchoff, 1824-1887年)建议把火焰的光分成光谱再来进行观察。他们让火焰 的光通过分光镜，当钠、钾、锂、锶、钡等不同物质在火焰上燃烧时， 就会产生不同的明线光谱。凭着元素和光谱之间的对应性，可以判断 在火焰上燃烧的究竟是什么。这样就找到了一种根据光谱来判断化学 元素的方法一一光谱分析法。 在这之后，化学家本生忙于搜罗各种东西来作光谱分析，以发 现更多的新元素。而物理学家基尔霍夫却在为40多年前夫琅和费的 观测事实所困扰：太阳光谱里夫琅和费线的本质是什么？为什么钠具 有两条黄色明线光谱，而太阳中恰恰在这个对应位置上有两条暗线？ 他让太阳光直接穿过本生灯的火焰，并在本生灯上燃烧着钠，结果钠 蒸汽的两条黄线并没有弥补太阳光谱中那两条对应的D线，却反而 使D线更黑了。基尔霍夫又用温度很高的氢氧焰来点燃石灰棒，他 知道这将产生纯粹的连续光谱，接着他还在燃烧的石灰棒与分光镜之 间燃起了钠盐，这时分光镜中并没有出现钠蒸汽的明线光谱，反而出 现两条暗线，其位置和太阳光谱中的的D线位置完全一致。经过一 番思考以后，他终于领悟了夫琅和费线的奥妙。他想到，太阳内部温 度很高，它发出连续光谱，但太阳外围的温度较低，在这其中有什么 元素，就会把连续光谱中的相应谱线吸收掉，产生吸收线。于是，1859 年，基尔霍夫提出了两条定律：(1)每一种元素都有它自己的光谱： (2)每一种元素都可以吸收它能够发射的谱线。这两条定律称为基 尔霍夫定律。基尔霍夫还进一步指出，炽热的固体或液体发出连续光
颜色往往无法看到。他的朋友物理学家基尔霍夫（G.R.Kirchoff, 1824-1887 年）建议把火焰的光分成光谱再来进行观察。他们让火焰 的光通过分光镜，当钠、钾、锂、锶、钡等不同物质在火焰上燃烧时， 就会产生不同的明线光谱。凭着元素和光谱之间的对应性，可以判断 在火焰上燃烧的究竟是什么。这样就找到了一种根据光谱来判断化学 元素的方法——光谱分析法。 在这之后，化学家本生忙于搜罗各种东西来作光谱分析，以发 现更多的新元素。而物理学家基尔霍夫却在为 40 多年前夫琅和费的 观测事实所困扰：太阳光谱里夫琅和费线的本质是什么？为什么钠具 有两条黄色明线光谱，而太阳中恰恰在这个对应位置上有两条暗线？ 他让太阳光直接穿过本生灯的火焰，并在本生灯上燃烧着钠，结果钠 蒸汽的两条黄线并没有弥补太阳光谱中那两条对应的 D 线，却反而 使 D 线更黑了。基尔霍夫又用温度很高的氢氧焰来点燃石灰棒，他 知道这将产生纯粹的连续光谱，接着他还在燃烧的石灰棒与分光镜之 间燃起了钠盐，这时分光镜中并没有出现钠蒸汽的明线光谱，反而出 现两条暗线，其位置和太阳光谱中的的 D 线位置完全一致。经过一 番思考以后，他终于领悟了夫琅和费线的奥妙。他想到，太阳内部温 度很高，它发出连续光谱，但太阳外围的温度较低，在这其中有什么 元素，就会把连续光谱中的相应谱线吸收掉，产生吸收线。于是，1859 年，基尔霍夫提出了两条定律：（1）每一种元素都有它自己的光谱； （2）每一种元素都可以吸收它能够发射的谱线。这两条定律称为基 尔霍夫定律。基尔霍夫还进一步指出，炽热的固体或液体发出连续光
谱，而气体则发出明线光谱（后来人们发现高压气体也发出连续光 谱)。运用这些发现，基尔霍夫和本生将夫琅和费线和一些元素的光 谱线进行对照，很快证明了太阳上有氢、钠、铁、钙、镍等元素，后 来别的人又在太阳大气中发现了许多其他的元素。 尽管牛顿讲了像声波那样振动或像水波那样起伏的“以太波”， 他心里想的却是光由粒子组成，并且反问：“难道光线不是发光物体 发出的微小颗粒吗？”胡克和惠更斯提出了光的波动理论，解释了反 射和折射（光通过棱镜时发生偏转）。一个世纪过后，在19世纪初年， 物理学家、科学家和埃及象形文字权威托马斯·杨(Thomas Young) 说明了波动理论如何解释干涉（相同波长的波叠加增强或削弱）和衍 射（不同波长的波通过缝隙发生偏转）。19世纪中叶的几十年里，杰 出的实验物理学家法拉第(Michael Faraday,1791-l867年)和杰出 的理论物理学家麦克斯韦(James Clerk Maxwell,1831-l879年)探索 并统一了电、磁和光的性质，创立了现代电磁理论。 尽管吉尔伯特的电与磁是两种不同现象的观点一直延续到19 世纪，但人们很早就发现了两者之间存有某种联系。水手们不止一次 看到，打雷时罗盘上的指针会转动。电有正负、磁分南北，它们之间 的作用都遵循库伦定律。1820年7月，深受德国自然哲学家谢林关 于自然力具有统一性思想影响的丹麦物理学家奥斯特(Hans Christian Oersted,1777-1851年)公布了通电导线能够使磁针偏转的实验，发 现通电直导线产生的磁力是一种不同于中心力的旋转力。法拉第在称 赞奥斯特的工作时说：“它猛然打开了一个科学领域的大门，那里过
谱，而气体则发出明线光谱（后来人们发现高压气体也发出连续光 谱）。运用这些发现，基尔霍夫和本生将夫琅和费线和一些元素的光 谱线进行对照，很快证明了太阳上有氢、钠、铁、钙、镍等元素，后 来别的人又在太阳大气中发现了许多其他的元素。 尽管牛顿讲了像声波那样振动或像水波那样起伏的“以太波”， 他心里想的却是光由粒子组成，并且反问：“难道光线不是发光物体 发出的微小颗粒吗？”胡克和惠更斯提出了光的波动理论，解释了反 射和折射（光通过棱镜时发生偏转）。一个世纪过后，在 19 世纪初年， 物理学家、科学家和埃及象形文字权威托马斯•杨（Thomas Young） 说明了波动理论如何解释干涉（相同波长的波叠加增强或削弱）和衍 射（不同波长的波通过缝隙发生偏转）。19 世纪中叶的几十年里，杰 出的实验物理学家法拉第（Michael Faraday，1791-1867 年）和杰出 的理论物理学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell, 1831-1879 年）探索 并统一了电、磁和光的性质，创立了现代电磁理论。 尽管吉尔伯特的电与磁是两种不同现象的观点一直延续到 19 世纪，但人们很早就发现了两者之间存有某种联系。水手们不止一次 看到，打雷时罗盘上的指针会转动。电有正负、磁分南北，它们之间 的作用都遵循库伦定律。1820 年 7 月，深受德国自然哲学家谢林关 于自然力具有统一性思想影响的丹麦物理学家奥斯特（Hans Christian Oersted, 1777-1851 年）公布了通电导线能够使磁针偏转的实验，发 现通电直导线产生的磁力是一种不同于中心力的旋转力。法拉第在称 赞奥斯特的工作时说：“它猛然打开了一个科学领域的大门，那里过
去是一片黑暗，如今充满了光明。”[秦关根：《法拉第》，中国青年出版社， 1982年，第114页]在奥斯特实验传到巴黎的一个星期后，安培(Andre Marie Ampere,.1775-1836年)就向法国科学院报告，两根平行载流导 体，如果电流方向相同，就互相吸引；如果方向相反，就互相排斥。 不久安培又发现通电的螺线管具有和磁相同的作用。在这些实验基础 上，安培于1822年提出了关于磁的本质的假说，认为一切磁现象均 起源于电流，磁体被看成是分子中的环形电流比较一致的物体。于是， 磁体之间的力可以归结为电流的相互作用，即“电动力”。人们把安 培在1820-1827年间提出的理论称为电动力学。 安培的电动力学是建立在牛顿派的超距说基础上的。到19世纪 中叶，德国的诺依曼(F.E.Neumann,l798-1895)与韦伯(Wilhelm Weber,, 1804-1891)进一步发展了电动力学，使超距说在电磁学中形成为一 种传统。1755年普利斯特列(Joseph Priestley,1733-1804)曾把电荷 间的作用力同万有引力作了类比，猜想电荷间的电力也同电荷间的距 离的平方成反比。10年后法国的库仑(Charles Augustin Coulomb, 1736-1806年)做了这方面的实验，虽然他起初得到的实验数值同理 论预算相差30%，但他仍然相信普里斯特列猜想是正确的，就提出了 库仑定律。1812年泊松根据库仑定律总结出的静电现象与静磁现象 的数学理论同牛顿力学也没有矛盾。人们就开始把一切力都归结为粒 子间的超距作用，如万有引力是质量粒子的超距作用，电的库仑定律 是电荷粒子的超距作用，磁的库仑力是磁荷粒子的超距作用。奥斯特 所发现的旋转力也被安培勉强地解释为中心力的合成。安培用“电动
去是一片黑暗，如今充满了光明。”[秦关根：《法拉第》，中国青年出版社， 1982 年，第 114 页]在奥斯特实验传到巴黎的一个星期后，安培（Andre Marie Ampere, 1775-1836 年）就向法国科学院报告，两根平行载流导 体，如果电流方向相同，就互相吸引；如果方向相反，就互相排斥。 不久安培又发现通电的螺线管具有和磁相同的作用。在这些实验基础 上，安培于 1822 年提出了关于磁的本质的假说，认为一切磁现象均 起源于电流，磁体被看成是分子中的环形电流比较一致的物体。于是， 磁体之间的力可以归结为电流的相互作用，即“电动力”。人们把安 培在 1820-1827 年间提出的理论称为电动力学。 安培的电动力学是建立在牛顿派的超距说基础上的。到 19 世纪 中叶，德国的诺依曼（F.E.Neumann,1798-1895）与韦伯（Wilhelm Weber, 1804-1891）进一步发展了电动力学，使超距说在电磁学中形成为一 种传统。1755 年普利斯特列（Joseph Priestley,1733-1804）曾把电荷 间的作用力同万有引力作了类比，猜想电荷间的电力也同电荷间的距 离的平方成反比。10 年后法国的库仑（Charles Augustin Coulomb, 1736-1806 年）做了这方面的实验，虽然他起初得到的实验数值同理 论预算相差 30%，但他仍然相信普里斯特列猜想是正确的，就提出了 库仑定律。1812 年泊松根据库仑定律总结出的静电现象与静磁现象 的数学理论同牛顿力学也没有矛盾。人们就开始把一切力都归结为粒 子间的超距作用，如万有引力是质量粒子的超距作用，电的库仑定律 是电荷粒子的超距作用，磁的库仑力是磁荷粒子的超距作用。奥斯特 所发现的旋转力也被安培勉强地解释为中心力的合成。安培用“电动
