托马斯·杨的研究

托马斯·杨（Thomas Young，1773—1829）是英国人，从小聪慧过人，博览群书，多才多艺，17 岁时就已精读过牛顿的力学和光学著作。他是医生，但对物理学也有很深造诣，在学医时，研究过眼睛的构造和其光学特性。就是在涉及眼睛接受不同颜色的光这一类问题时，对光的波动性有了进一步认识，导致他对牛顿做过的光学实验和有关学说进行深入的思考和审查。1801 年，托马斯·杨发展了惠更斯的波动理论，成功地解释了干涉现象。图 4−15 是他在论文中用于说明干涉现象的插图。他是这样阐述他的干涉原理的①：

■图 4−15 托马斯·杨解释干涉现象用图“当同一束光的两部分从不同的路径，精确地或者非常接近地沿同

一方向进入人眼，则在光线的路程差是某一长度的整数倍处，光将最强， 而在干涉区之间的中间带则最弱，这一长度对于不同颜色的光是不同

的。”

托马斯·杨明确指出，要使两部分光的作用叠加，必须是发自同一光源。这是他用实验成功地演示干涉现象的关键。许多人想尝试这类实验往往都因用的是两个不同的光源而失败。

在 1807 年托马斯·杨的论文中描述了他的双缝实验，他写道： “使一束单色光照射一块屏，屏上面开有两个小洞或狭缝，可认为

这两个洞或缝就是光的发散中心，光通过它们向各个方向绕射。在这种情况下，当新形成的两束光射到一个放置在它们前进方向上的屏上时，就会形成宽度近于相等的若干条暗带。⋯⋯图形的中心则总是亮的。” “比较各次实验，看来空气中极红端的波的宽度约为三万六千分之

一英寸，而极紫端则为六万分之一英寸。”所谓“波的宽度”，就是波长，这些结果与近代的精确值近似相等。

① 转引自：Concise Dictionary of Scientific Biography, Charles Scribner′s Sons, 1981, p.744.

① 转引自：W.F.Magie,SourceBookinPhysics,MeGraw-Hill,1935,pp.310—311.

双缝干涉实验为托马斯·杨的波动学说提供了很好的证据，这对长期与牛顿的名字连在一起的微粒说是严重的挑战。托马斯·杨说得好②： “尽管我仰慕牛顿的大名，但我并不因此非得认为他是百无一失的。

我⋯⋯遗憾地看到他也会弄错，而他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步。”

果然，托马斯·杨由于提出干涉原理而受到当时一些权威学者的围攻，其中有一位以牛顿学术权威自居的布劳安（HenryBrougham）攻击得最为刻薄，说托马斯·杨的文章“没有任何价值”，“称不上是实验”， 干涉原理是“荒唐”和“不合逻辑”的，等等。一二十年间，竟没有人理解托马斯·杨的工作。据说，托马斯·杨为回驳布劳安专门撰写的论文竟无处发表，只好印成小册子，小册子出版后，“只卖出了一本”。

1809 年，法国的马吕斯（Etienne Louis Malus， 1775—1812）发现偏振现象，并认为找到了决定性的证据，证明光的波动理论与事实矛盾。然而，托马斯·杨面对困难并没有动摇自己的科学信念，他写信给马吕斯说①：“您的实验证明了我采用的理论（即干涉理论）有不足之处，但是这些实验并没有证明它是虚伪的。”经过几年的研究，托马斯·杨逐渐领悟到要用横波的概念来代替纵波，而这正是菲涅耳（Augustin Jean Fresnel， 1788—1827）继续发展波动理论的出发点。