早期的波动说

胡克明确主张光是一种振动，并根据云母片的薄膜干涉现象

作出判断，认为光是类似水波的某种快速脉冲。在 1667 年出版的《显微术》一书中，他写道①：

“在均匀媒质中，这种运动在各个方向都以同一速度传播，所以发光体的每个脉冲或振动都必然会形成一个球面。这个球面不断扩大，就如同把石块投进水中在水面一点周围的波或环，膨胀为越来越大的圆环一样（尽管要快得多）。由此可见，在均匀媒质中激起的这些球面的所有部分都与射线以直角相交。”

荷兰物理学家惠更斯发展了胡克的思想。他进一步提出光是发光体中微小粒子的振动在弥漫于宇宙空间的以太中的传播过程。光的传播方式与声音类似，而不是微粒说所设想的像子弹或箭那样的运动。1678 年他向巴黎的法国科学院报告了自己的论点（当时惠更斯正留居巴黎），并于 1690 年取名《光论》（Traite de laLumiere）正式发表。他写道①：

“假如注意到光线向各个方向以极高的速度传播，以及光线从不同的地点甚至是完全相反的地方发出时，其射线在传播中一条穿过另一条而互相毫无影响，就完全可以明白：当我们看到发光的物体时，决不会是由于这个物体发出的物质迁移所引起，就象穿过空气的子弹或箭那样。”

罗迈（Olaf Roemer，1644—1710）在 1676 年根据木星卫蚀的推迟得到光速有限的结论，使惠更斯大受启发。罗迈观测到当地球行至太阳和木星之间时，木卫蚀提早 7—8 分钟，而当地球行至太阳的另一侧时，

木卫蚀却推迟 7—8 分钟。由此推算光穿越地球轨道约需 22 分钟。惠更斯根据罗迈的数据和地球轨道直径计算出光速 C=2×108 米／秒。这个结果虽然尚欠精确，却是第一次得到的光速值。于是惠更斯设想传播光的

① 转引自：E.Whittaker,A History of the Theories Aether and Electricity,Vol. 1, Nelson, 1951, pp14—15．

① 转引自：П．С．Кубрявцев，ИсторияФизики，Т .1，Учпедгиз，1956， pp．220—221．

以太粒子非常之硬，有极好的弹性，光的传播就象振动沿着一排互相衔接的钢球传递一样，当第一个球受到碰撞，碰撞运动就会以极快的速度传到最后一个球。图 4−12 就是惠更斯自己画的一幅示意图。他认为，以太波的传播不是以太粒子本身的远距离移动，而是振动的传播。惠更斯接着写道：

■ 图 4−12 惠更斯的光波示意图“我们可以设想，以太物质具有弹性，以太粒子不论受到推斥是强

还是弱都有相同的快速恢复的性能，所以光总以相同的速度传播。” 图 4−13 是惠更斯描绘光波的示意图。这样，惠更斯就明确地论证了

光是波动（他认为是以太纵波），并进而以光速的有限性推断光和声波一样必以球面波传播。接着，惠更斯运用子波和波阵面的概念，引进了一个重要原理，这就是著名的惠更斯原理。他写道①：

■图 4−13 惠更斯描绘光波的示意图“关于波的辐射，还要作进一步考虑，即传递波的每一个物质粒子，

不仅将运动传给从发光点开始所画直线上的下一个粒子，而且还要传给与之接触的并与其运动相对抗的其他一切粒子。结果是，在每个粒子的周围，兴起了以该粒子为中心的波。所以，（如图 4−14），设 DCF 是从发光点 A 发出的并以该点为中心的波，则在球面 DCF 内的一个粒子 B，将产生自己独有的波（按：即子波）KCL，与这个波在 C 点触及波 DCF 的同时，从 A 点发出的主波也到达 DCF。显然，波 KCL 与波 DCF 的唯一接触点是在 AB 直线上，即 C 点。球面 DCF 内的其他点 bb、dd 等等也将类似地产生各自的波。每个这样的波与波 DCF 相比虽然都无限微弱，但所有这些波距 A 点最远的那部分表面却组成了波 DCF（按：即波阵面）。”

■图 4−14 惠更斯原理示意图

接着，惠更斯用他的原理说明了光的反射和折射。从他的理论可以推出与笛卡儿不同的折射公式：

sini = vi

sinr vr

1669 年丹麦的巴塞林纳斯（Erasmus Bartholinus，1625—1698）发现了双折射现象。当他用方解石（也叫冰洲石）观察物体时，注意到有双像显示。经过反复试验，他确定是这种晶体对光有两种折射：寻常折射和非寻常折射。

这是继干涉、衍射之后发现的又一光学新现象。对于这种新现象，是否能作出合理的解释，自然是微粒理论和波动理论面临的考验。惠更斯在得知巴塞林纳斯的发现后，立即重复进行了实验。他证实了这一现象，并且观察到在其他晶体，例如石英，也有类似效应，只是效果差些。

① 原载 C. Huygens, Treatise, pp.19—20，此处转引自：A.E.Shapiro, Arch.Hist. Exa．Sci.,11（1973）P.222.

进一步他还确定寻常折射仍然遵守折射定律，非寻常折射则不遵守折射定律。至于双折射现象的解释，惠更斯很巧妙地提出了椭球波的设想，认为方解石等晶体的颗粒可能具有特殊形状，以至光波通过时，在某一方向比在另一方向传播得更快一些，于是就出现了不同的折射。

惠更斯发展了波动理论。但是由于他把光看成象声波一类的纵波，因此不能解释偏振现象。他的波动理论也不能解释干涉和衍射现象，因为那时还没有建立周期性和位相等概念。

早期的波动理论缺乏数学基础，还很不完善，而牛顿力学正节节胜利。以符合力学规律的粒子行为来描述光学现象，被认为是唯一合理的理论，因此，直到 18 世纪末，占统治地位的依然是微粒学说。