弟二十七章/19世纪的光学 第二十七章 19世纪的光学 光学是一山老的科学,希腊时代欧儿里得,托勒密都对此做出过 献到了17世纪,几何光学基木上得以确立。几何光学关注光线传掘 的几何性及的研究,如光线传播的直线性,光线的反射、折射性质等。由 于制造光学仪器的需要,对光的折射性质的研究比较热门。开普勒曾修 正了托勒密关于人射角与折射角成正比的结论,并指出玻璃的折射角 不会超过42度.荷兰数学家斯混尔(1591一1626)在大量实验的基础上 丁162年得出折射定律:入射角与折射角的余割(正弦的倒数)之比为 常数.笛卡尔在1637年出版的折光学》一书中提出了折射定律的现代 形式,卸人射角与折射角的正弦之比为常数。后来,著名的法国数学家 费尔马运用极值原理推出了光的反射定律和折射定律。 牛顿的分光实验以及牛顿环的发现,使光学由几何光学进人物理 光学。牛顿本人认为光本质上是运动的徽粒,新以他不能正确地解释由 他自已做出的伟大发现.与牛顿同时代的惠更斯主张光是一种波动,由 此展开了近两个世纪的光的本性之争。19世纪的光学以波动说的复兴 为先导,因此有必要先问顾一下微粒说与波动说之争论。 1.波动说与微粒说的对立 近代几何光学的莫基者之一笛卡尔在光的本性方面的看法是不 一贯的。在谈到视觉问题时,他把光线比喻成脉冲波动,否认眼睛在看 东西时有某种物质微粒进人。可是,他在解释光的折射和反射时又运 用物体的碰撞运动来进行比喻。因此他在这个问题上的看法是不明朗 的。 惠更斯最早比较明确地提出了光的被动说。在《论光》(1690)一书 中,他认为光的运动不是物质微粒的运动而是煤质的运动即波动,其理 由是,光线交又穿过而没有任何相互影响。运用波动说,惠更斯很好地 解释了光的反射、折射以及方解石的双折射现象。不过,他的波动说并 不完善。他误认为光像声音一样也是纵波,所以在解释光的干涉、衍射 和偏振现象时遇到困难。 牛顿倾向于微粒说:在《光学》(1704)中,他陈述了波动说的几种不 足:第一,波动说不能很好地解释光的直线传播现象。如果光是一种被 动,它就应该有绕射现象,就像声音可以绕过碍物而传播一样,但我 」并没有观察到光有这种现象。第二,波动说不能令人满意地解释方解 327