菲涅耳的贡献

菲涅耳是法国的一位工程师，对光学很感兴趣，曾发明一种用于灯塔的螺纹透镜，人称菲涅耳透镜。他精通数学，因此有条件在光学的数学理论方面作出特殊的贡献。1817 年 1 月 12 日，托马斯·杨写信给阿拉果，告诉他已找到了用波动理论解释偏振的线索，说②：“用这个理论也可以解释沿半径方向以相等速度传播的横向振动，其粒子的运动是在相对于半径的某个恒定的方向。这就是偏振。”1818 年 4 月 29 日，托马斯·杨再次写信给阿拉果，又提到偏振问题，他把光比之于绳索的振动。阿拉果把这封信给菲涅耳看，菲涅耳立即看出这一比喻为互相垂直的两束偏振光之所以不能相干提供了真正的解释，而这一不相干性正可作为杨氏假说的极好佐证。

阿拉果和菲涅耳合作研究光学多年，互相垂直的两束偏振光的相干性是他们共同研究的课题，就这个课题已进行了多次实验，得到了重要成果。1819 年，他们联名发表了《关于偏振光线的相互作用》①。但是当菲涅耳指出，只有横向振动才有可能把这个事实纳入波动理论时，阿拉

② 梅森著，周煦良等译，自然科学史，上海译文出版社，1980 年，p.441.

① F．Cajori, A History of Physics, MacMillan,1933,p.154.

② 同上。

① 转引自：W. F. Magie,Source Book in Physics, McGraw-Hill,1935, p.325.

果表示自己没有勇气发表这类观点，于是论文的第二部分乃以菲涅耳一人的名义发表。阿拉果在光学方面作出了许多贡献，但在关键问题上却令人遗憾地采取了暧昧态度。

菲涅耳的光学研究和法国科学院 1818 年的悬奖征文活动有一些联系。这次竞赛的题目是②：

“①⋯⋯利用精密的实验确定光线的衍射效应。

②根据实验用数学归纳法推导出光线通过物体附近时的运动情况。”

竞赛的评奖委员会的本意是希望通过这次征文，鼓励用微粒理论解释衍射现象，以期取得微粒理论的决定性胜利。主持这项活动的著名科学家，例如：比奥（J.B.Biot）、拉普拉斯和泊松（S.D.Poission）都是微粒说的积极拥护者。

然而，出乎意料地是，不知名的学者菲涅耳（当时只有 30 岁）以严密的数学推理，从横波观点出发，圆满地解释了光的偏振，并用半波带法定量地计算了圆孔、圆板等形状的障碍物所产生的衍射花纹，推出的结果与实验符合得很好，使评奖委员会大为惊讶。比奥叹服菲涅耳的才能，写道：③“菲涅耳从这个观点出发，严格地把所有衍射现象归于统一的观点，并用公式予以概括，从而永恒地确定了它们之间的相互关系。” 评奖委员泊松在审查菲涅耳的理论时，运用菲涅耳的方程推导圆盘衍

射，得到了一个令人稀奇的结果：在盘后方一定距离的屏幕上影子的中心应出现亮点，如图 4−16。泊松认为这是荒谬的，在影子的中心怎么可能出现亮点呢？于是就声称这个理论已被驳倒。在这个关键时刻，阿拉果向菲涅耳伸出了友谊之手，他用实验对泊松提出的问题进行了检验。实验非常精彩地证实了菲涅耳理论的结论，影子中心果然出现了一个亮点。这一事实轰动了巴黎的法国科学院。

■图 4−16 泊松亮点

菲涅耳于是就荣获了这一届的科学奖，而后人却戏剧性地称这个亮点为泊松亮点。

菲涅耳开创了光学研究的新阶段。他发展了惠更斯和托马斯·杨的波动理论，成为“物理光学的缔造者”。