四、光的波动说的复兴

在十八世纪由于光的微粒说占统治地位，使光的波动理论实际上没有什么进展．十九世纪初由于一大批物理学家的共同努力，使光的波动学说再度复兴，并取得了极大的成功．

托马斯·杨的开创性研究工作

英国年轻的学者托马斯·杨（1773—1829）面对以声望显赫的牛顿为代表的微粒说认为，尽管他也仰慕牛顿的大名，但并不因为此非得认为牛顿是万无一失的，他也会弄错，而且由于他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步．更何况牛顿在他的《光学》著作中，已提出过对光的本性可以进一步探究．虽然周围的环境对托马斯·杨的波动理论的研究工作起了压抑的影响，但他还是坚持探索．他通过仔细地观察在两组水波交迭处发生的现象：“⋯⋯一组波的波峰与另一组波的波峰相重合，将形成一组波峰更高的波．如果一波的波峰与另一组波的波谷相重合，那么波峰恰好填满波谷⋯⋯”由此他提出的著名的“干涉原理”也称’波的迭加原理”，并在光学中首次引入了“干涉”的概念．他所表述的干涉原理是：“两个在方向上或者完全一致、或者很接近的不同光源的波动，它们的联合效应是每一种光的运动的合成”两束光在交叠处由于运动的合成会产生光强度的重新分配，形成明暗相间的干涉涤纹．同时他指出了产生干涉现象的条件. 他首次完成了著名的双缝干涉实验和其他一些干涉实验，总结出：为了显示光的干涉，先必须使从同一光源出来的光分成两束，经由不同的途径，然后重新迭合在一起，即可观察到干涉现象．杨氏第一次成功地测定了光的波长．但杨氏的发现没有受到科学界的重视，反而引来了一些粗暴的攻击．从这里可看出，光的微粒说在当时不可动摇的地位．直到二十年之后，法国物理学家菲涅耳在法国独立地研究了光的理论，并特别称赞杨的工作之后，杨才恢复早斯的光学研究．托马斯·杨的工作是一种开创性工作，它从根本上证明了波动理论的正确性，为波动说的复兴奠定了基础．

菲涅耳的杰出的实验研究与理论研究成果使光的波动说再度复兴．

菲涅耳的光学研究中，他首先观察了从点光源发射出的光束在遇到细线阻挡时出现的条纹，如果将通过细线一边的光在它到达屏之前把它拦住时，影内的条纹就失去了．菲涅耳认为条纹的出现同细线两边光的迭加有关．而当时许多物理学家却认为这种现象并不是由于光波的迭加，因为微粒说早就提出对衍射的解释．菲涅耳从理论研究中发现了著名的惠更斯—

—菲涅耳原理：“在任何一点的光波振动可以看作是在同一时刻传播到那一点上的光的元振动的总和，这些振动来自所考察的波的以前位置未受阻拦的所有部分的作用”．运用这个原理，就能以严密的数学方法计算出衍射带的分布，并解释光在均匀媒质中的近似的直线传播现象和干涉现象．

菲涅耳曾做过许多实验，它提出了“相干光”这个概念，即只有同一光源的同一点发出的光才是相干的．他设计和进行了著名的双面镜和双棱镜实验，并测定了光的波长，明确指出光和声的波动性就是产生衍射和干涉现象的原因．菲涅耳还用不同的波长解释光的不同颜色．1818 年菲涅耳的有关衍射论文获法国科学院举行的一次竞赛的头奖和荣誉论文的称号．泊松从菲涅耳理论中推论出在一个圆形不透明障碍物的阴影中心应当出现一个亮点，不久被阿拉哥的实验所证实．1808 年，马吕斯（1775— 1812）偶然发现光在两种媒质界面上反射时的偏振现象，为了解释这种现象，杨氏 1817 年指出了光波和弦上传播的波动类似的假设，认为光波是一种横波．菲涅耳进一步完善了这一观点，并导出了菲涅耳公式．这样，由于杨氏和菲涅耳等人的杰出工作，终于使光的波动说再度复兴，并得到了极大的完善和发展，使光的波动说在光的本性的争论中在十九世纪占据

了统治地位，使十七、十八世纪盛行一时的微粒说不得不退居“二线”． 3．光的波动说的发展与其局限性

光的波动说在经托马斯·杨和菲涅耳等人的努力再度复兴之后，在十九世纪中叶和后半叶又得到了很快地发展．1845 年法拉弟发现了光的偏振面在强磁场中会发生旋转的现象，揭示了光和电磁现象之间的内在联系．1852 年，德国物理学家韦伯（1804─1891）发现并测定了电荷的电磁单位与静电单位的比值等于光在真空中的传播速度，进一步说明了光和电磁之间的内在联系．1849 年法国物理学家菲索测定了光速，1862 年傅科又使用旋转镜法得到了更加精确的测定值，并测定了光在水中的速度小于在空气中的速度，从而给光的波动说以充分精确的实验证明．光速的测定为光的电磁理论提供了有力的证据．1864 年麦克斯韦电磁场理论的建立使光的波动说达到了成功的顶峰．

至此光的波动说似乎十分圆满了，但是把波动看作“以太”中的机械弹性波，就必须赋予以太许多附加甚至相互矛盾的性质，如光是横波，则“以太”必须有非常大的切变弹性，而这种性质只有固体才具有，因此波动说仍然面临困难．而且随后的实验发现也证明了光的波动说具有一定的局限性．