人類對(duì)光的認(rèn)識(shí)過(guò)程

1、人類對(duì)光的認(rèn)識(shí)過(guò)程人類對(duì)光的本性認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了一個(gè)非常曲折、漫長(zhǎng)的過(guò)程，這其中不僅僅使我們獲得了很多知識(shí)，更重要的是對(duì)科學(xué)精神和科學(xué)發(fā)現(xiàn)的理解更深刻了。同學(xué)們，請(qǐng)你們認(rèn)真閱讀，暫時(shí)不懂的地方可以越過(guò)，看完之后有什么感想？請(qǐng)你通過(guò)回復(fù)告訴我，或者發(fā)電子郵件至zhouspfx@光的本性認(rèn)識(shí)歷史——摘自《重要物理概念規(guī)律的形成與發(fā)展》喬際平劉甲珉編著人們對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歲月，大約在十七世紀(jì)形成了兩種對(duì)立的學(xué)說(shuō)，即光的波動(dòng)說(shuō)與微粒說(shuō)，但

2、在以后很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，微粒說(shuō)占據(jù)統(tǒng)治地位，而波動(dòng)說(shuō)幾乎消聲匿跡歷史發(fā)展到十九世紀(jì)初，由于一連串的發(fā)現(xiàn)和眾多科學(xué)家的努力使光的波動(dòng)說(shuō)再次復(fù)興，并壓倒了微粒說(shuō)二十世紀(jì)初，愛因斯坦提出了光的量子說(shuō)，康普頓證實(shí)了光的粒子性，使人們對(duì)光的本性又有全新的認(rèn)識(shí)，乃至到今天，人們認(rèn)識(shí)到光具有波粒二象性人們對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)過(guò)程可概括為：光的波動(dòng)說(shuō)→光的微粒說(shuō)→光的波動(dòng)說(shuō)→光的量子說(shuō)→光的粒子說(shuō)→光的波粒二象性一、光的波動(dòng)說(shuō)的形成十七世紀(jì)形成了關(guān)于光的本性

3、的兩種學(xué)說(shuō)，歷史上主張光的波動(dòng)說(shuō)有笛卡兒、胡克、惠更斯等人1笛卡兒借助于以太來(lái)說(shuō)明光的傳播過(guò)程十七世紀(jì)上半葉，法國(guó)物理學(xué)家笛卡兒（1596—1650）曾用他提出的“以太”假說(shuō)來(lái)說(shuō)明光的本性他用以太中的壓力來(lái)說(shuō)明光的傳播過(guò)程如果一物體被加熱并發(fā)光，這意味著，物體的粒子處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并給予這一媒質(zhì)的粒子以壓力這一媒質(zhì)被稱為以太，它充滿了整個(gè)空間壓力向四面八方傳播，在達(dá)到人眼后引起人的感覺，他把人們對(duì)物體的視覺比喻為盲人用手杖來(lái)感知物體的存在，

4、他把光的顏色設(shè)想為起源于以太粒子的不同的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，轉(zhuǎn)得快的引起紅色的感覺，轉(zhuǎn)得慢的對(duì)應(yīng)于黃色，最慢的是綠色和藍(lán)色他的主張是強(qiáng)調(diào)媒質(zhì)的影響，以“作用”的傳播為出發(fā)點(diǎn)，特別是以接觸作用或近距作用為出發(fā)點(diǎn)，把光看作壓力或者脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)的傳播，因而笛卡兒被認(rèn)為是光的波動(dòng)說(shuō)的創(chuàng)始人1牛頓在對(duì)光的色散現(xiàn)象的研究中提出了光的微粒說(shuō)牛頓在光學(xué)研究中，從光的色散現(xiàn)象中得出結(jié)論；單色的光束是不能再改變的它們可以說(shuō)是光的“原子”，就象物質(zhì)的原子一樣支持光的微粒說(shuō)

5、的人們認(rèn)為：?jiǎn)紊馐怯蓡我涣Ｗ訕?gòu)成的，白光則是各種光粒子的混合物，棱鏡只是將它們分類，使各種光粒子有不同的偏轉(zhuǎn)角度因而牛頓及其追隨者把色散現(xiàn)象看作是微粒說(shuō)的一個(gè)證明而在當(dāng)時(shí)很不完善的波動(dòng)說(shuō)卻很難解釋光的色散問(wèn)題惠更斯雖然他知道牛頓的這一研究成果，但在他的著作中卻避開而不談這一問(wèn)題2牛頓根據(jù)光的直線傳播性質(zhì)，提出光是微粒流的理論牛頓在1704年出版的《光學(xué)》一書中，根據(jù)光的直線傳播性質(zhì)，提出了光是微粒流的理論他認(rèn)為光的直線傳播是由于這些微

6、粒從光源飛出來(lái)，在真空或均勻物質(zhì)內(nèi)由于慣性而作勻速直線運(yùn)動(dòng)他說(shuō)：“光線是否是發(fā)光物質(zhì)發(fā)射出來(lái)的很小的物體？因?yàn)檫@樣一些物體能夠直線穿過(guò)均勻媒質(zhì)而不彎曲到影子區(qū)域里去，這正是光線的本性。”3牛頓在解釋光的折射定律、衍射、干涉等現(xiàn)象的過(guò)程中進(jìn)一步發(fā)展和完善了光的微粒說(shuō)牛頓在分析折射定律時(shí)，堅(jiān)持微粒說(shuō)的觀點(diǎn)，認(rèn)為光在光密媒質(zhì)中的速度大于光疏媒質(zhì)中的速度（實(shí)際上這是一種錯(cuò)誤觀點(diǎn)），但這在當(dāng)時(shí)無(wú)法用實(shí)驗(yàn)加以檢驗(yàn)的牛頓解釋光的衍射現(xiàn)象時(shí)認(rèn)為，當(dāng)光粒

7、子通過(guò)障礙的邊緣時(shí)，由于兩者之間有引力作用，使光束進(jìn)入了幾何陰影區(qū)這種解釋在當(dāng)時(shí)曾被多數(shù)人所接受牛頓在解釋光的干涉現(xiàn)象時(shí)，認(rèn)為當(dāng)光投射到一個(gè)物體上的時(shí)候，可能激起物體中以太粒子的振動(dòng)，就好像投入水中的石塊在水面上激起波紋一樣他甚至設(shè)想可能正是由于這種波依次地趕過(guò)光線而引起干涉現(xiàn)象在解釋薄膜干涉時(shí)，牛頓已接觸到光的周期性概念從以上可看出，牛頓對(duì)光的本性的看法基本上是傾向于微粒說(shuō)的觀點(diǎn)，但其中也包含一些波動(dòng)性的觀點(diǎn)而牛頓當(dāng)時(shí)的支持和崇拜者們

8、卻把牛頓推舉為微粒說(shuō)的代表三、光的波動(dòng)說(shuō)與微粒說(shuō)的斗爭(zhēng)中，微粒說(shuō)取得初步勝利，占統(tǒng)治地位當(dāng)光的波動(dòng)說(shuō)和微粒說(shuō)初步形成后，這兩種對(duì)立的觀點(diǎn)進(jìn)行了激烈地爭(zhēng)論和斗爭(zhēng)以惠更斯等為代表的光的波動(dòng)說(shuō)和以牛頓為代表的光的微粒說(shuō)各持己見它們都能解釋一些光學(xué)現(xiàn)象但也各有一些局限性，限于當(dāng)時(shí)的條件有時(shí)也難以明確判斷其正誤如按照微粒說(shuō)，可推導(dǎo)出光的折射定律為sinisinr=v2v1式中i為入射角、r為折射角、n為折射率v1和v2分別為第一種媒質(zhì)與第二種媒質(zhì)