牛顿确立微粒说

近代物理学在力学、热学方面取得了巨大成就，同时光学也获得 f 发展。光是人们最经常碰到的目然现象。很久以前，人们就发现了光的直线传

播和反射现象。

从 16 世纪末开始，由于制镜业的发展，磨制凸透镜、凹透镜的技术不断

提高，随之望远镜、显微镜、各种眼镜、棱镜等不断地得到使用。光学仪器的发展，为光学研究奠定了物质基础。

1604 年，开普勒在发表的光学论文中，对光的直射、折射和视角现象进行了理论探讨，并认为光的强度与光源距离的平方成反比而衰减。

1621 年，荷兰数学家斯涅尔发现了光的折射定律。当光从一种媒质进人另一种媒质时，光在两媒质的交界面上改变原来的传播方向而发生折射。

他发现，在光的折射现象中，折射线和人射线位于法线两侧，且这三条线位于同一平面内；人射角的正弦与折射角的正弦之比，为一定值，且其值由人射光波与两媒质的性质来决定。

1637 年，笛卡尔也独立地发现了光的折射定律，并对光的折射现象进行了解释。

他认为光是由微粒实体组成的，当光微粒碰到反射面后，按照力学定律被弹射回来，就产生了反射。折射是由于光微粒受密度较大的媒质的阻力，而动速度减慢所产生的。

1655 年，意大利物理学家格里马第发现了光的衍射现象。他通过实验发现，白光束平常走的是直线，但在遇到障碍物时，就沿障碍物的边界弯曲。物影比其本身大，并同时形成有颜色的边沿。

格里马第把这种现象叫做“衍射”，这种现象是用笛卡尔的微粒说所解释不通的。他在实验中发现，衍射现象和水的波浪很类似，便提出了光的波动说，认为光是一种能够作波浪式运动的流体。

胡克提出光是“以太”的纵向运动，振动的频率决定光色。

牛顿是 17 世纪光学的集大成者，对光的颜色问题和本性问题进行了大量的研究，为光学做出了贡献。

1672 年，牛顿发表了《关于光和色的新理论》的论文。他发现白光可以分解为不同颜色的光，即色散现象，这是光学中的重要突破。

他还发现，用一个曲率半径大的凸透镜和一个平面玻璃相接触，用白光照射时，其接触点出现明暗相间的同心彩色圆圈，用单色光照射，则出现明暗相间的单色圆圈。这是由于光的干涉造成的，这种光学现象被称为“牛顿环”。

在这篇论文里，牛顿提出了光的本质微粒说。在解释光的颜色的复合和分解时，他说：“由不同颜色汇合而成的那种变化的颜色也不是真正的颜色，因为当这些不同的光线再被分开时，它们就会显示出汇合以前它们所固有的那种颜色。”

他接着说：“正像你看到当蓝和黄的粉末细致地混和时，对肉眼看来是绿的，但是那些成分的粒子的颜色并没有因为混和而真的发生了变化。只是混和了而已。”

牛顿的微粒说遭到了胡克的反对，引起了关于光的本质的微粒说和波动说之争的序幕。

真正的波粒之争是在以牛顿为代表的微粒说和以惠更斯为代表的波动说之间展开的。

1678 年，惠更斯向法国科学院提交他的光学著作《光论》，原名是《关于光的理论》，其中解释了发生于反射和折射，尤其是冰洲石中的奇异折射的原因，1690 年出版。

在这部著作里，惠更斯系统地提出了光的波动说理论。

他认为，光是一种机械波，是由光源的振动发出的。从光源发出的波为子波，从波面各点发出的许多子波形成了包面。在一定时间内，光以一定的波的形式传播到新的波面。光波发出的光是向四面八方传播的球面波，光沿着与球面波垂直的方向传播，这种波使它临近的介质振动。传播光的介质是以太粒子。

光的波动说不是惠更斯最先提出来的，但却是他最先进行了理论总结，因此，惠更斯成为波动说的代表人物。

波动说比较好地解释了光折射、衍射和干涉，得到很多科学家的支持。为了反驳惠更斯的波动说，牛顿在 1704 年出版了他的重要著作《光学》，

系统地解释了微粒说。

牛顿指出：“光线是否是发光物质发射出来的很小的物体？因为这样一些物体能直线穿过均匀媒质而不会弯到影子区域里去，这正是光线的本性。”他又说：“为了说明光线一阵容易反射，一阵容易透射的猝发现象，我

们并不需要别的，而只要把光线看作是微小的物体，这些微粒用它们的吸引力或某种其他的力在它们对之作用的物质中激起振动，这些振动比光跑得更快，连续不断地赶上光线，并激动它们，乃至轮流地增加或减少它们的速度，从而使它们处在一阵一阵的猝发状态之中。”

牛顿根据微粒说，解释了一些光的性质。

由于惠更斯在 1695 年逝世后，没有人代表波动说和牛顿论争，同时由于

牛顿在科学界的威望非常高，从而使微粒说在 18 世纪处于统治地位。

在那个世纪里，光的微粒说被普遍地接受，只有欧拉和富兰克林赞成波动说，但仅仅是赞成而已。

然而，光的微粒说是有缺点的，它在理论上没有说明光运动中光粒子之间如何吸引或排斥，更谈不上测定这种引力和斥力的大小。另外，它在解释光的衍射现象时也遇到了困难。

事实上，牛顿并不完全排斥波动说，并试图把这两种观点统一起来，只不过是偏向微粒说而已。