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1、光学研究中的科学家故事托马斯杨菲涅尔和阿拉果普朗克文本文本文本文本光的波动学说的复兴：牛顿曾在其光学的论著中提出光是由微 粒组成的，在之后的近百年时间，人们对光学的 认识几乎停滞不前，直到托马斯杨的诞生，他成 为开启光学真理的一把钥匙，为后来的研究者指 明了方向。托马斯杨（17731829 ） 英国医生、物理学家，光的 波动说的奠基人之一。他发展了惠更斯的光学理论 ，做了杨氏双缝干涉实验,为 光的波动说奠定了基础。杨氏双缝干涉实验：让通过一个小针孔S0的一束光，再通过两个小针孔S1和S2，变成两束光。这样的两束光来自同一光源，所 以它们是相干的，结果表明，在光屏上果然看见了明暗相间的干 涉图样
2、；后来，又以狭缝代替针孔，进行了双缝实验，得到了更 明亮的干涉条纹。意义:实验证明光以波动形式存在，而不是牛顿 所想象的光颗粒，该实验被评为“物理最美实 验”之一。二十世纪初物理学家将杨的双缝实 验结果和爱因斯坦的光量子假说结合起来，提 出了光的波粒二象性，后来又被德布罗意利用 量子力学引申到所有粒子上。菲涅耳（1788-1827）法国土 木工程师，物理学家，波动光 学的奠基人之一，被誉为“物 理光学的缔造者”。衍射：惠更斯-菲涅耳原理。 偏振：光是横波；光的圆偏振 和椭圆偏振现象，用波动说解 释了偏振面的旋转；菲涅耳公 式；解释了反射光偏振现象和 双折射现象，奠定了晶体光学 的基础。1815
3、年他向巴黎科学院提出了第一篇论文光的衍射。1816年，他又陆续提交了关于反射光栅和半波带法的论文。论文 用严格的数学证明将惠更斯原理发展为后来所谓惠更斯-菲涅耳原理， 即进一步考虑了各个次波叠加时的相位关系。这就圆满地解释了光的 反射、折射、干涉、衍射等现象。科学院一反初衷，决定将奖金授予 菲涅耳。由此，波动说得到了巨大胜利。但还需要用波动说进一步解释偏 振现象。在这方面，菲提耳受杨氏双光干涉实验的启发，和阿拉果合 作进行了各种实验，发现了偏振光的干涉现象，从而进一步论证了光 的横波性。阿拉果（1786-1853）法国 物理学家。捍卫光波动学说阿拉果长期受拉普拉斯学派 教育，早年遵循微粒说观点
4、 研究光学。阿拉果对微粒说信仰的动摇，始于1813年。当年他和珀蒂测 定了许多液体和固体折射率，发现根本不存在微粒说所述的和密 度成正比的关系；此外，他还认识到1801年杨的干涉理论能更好 地解释色偏振等实验事实。因此，当1815年，当菲涅耳的关于光 的衍射论文在法国科学院初次宣读时，就得到阿拉果和珀蒂的全 力支持，他们用折射实验证明波动说的优越性，并回驳拉普拉斯 等一个接着一个的攻击。阿拉果还和菲涅耳一起，系统地研究偏振光的干涉。明确 虽来自同一光源但偏振面相互垂直的两支光束，不能发生干涉。 但菲涅耳用横波完满地解释了光的双折射和偏振后，阿拉果却持 保留态度。在阿拉果和菲涅耳完成了关于偏振光
5、线的相 互作用这篇论文后，菲涅耳指出只有假设光是一种横 波，才能完满地解释这些现象，并给出了推导。然而阿 拉果对此抱有怀疑态度，认为菲涅耳走得太远了。他坦 率地向菲涅耳表示，自己没有勇气发表这个观点，并拒 绝在这部分论文后面署上自己的名字。于是最终菲涅耳 以自己一个人的名义提交了这部分内容，引起了科学院 的震动，而最终的实验却表明他是对的。这大概是阿拉 果一生中最大的遗憾，他本有机会和菲涅耳一样成为在 科学史上大名鼎鼎的人物。普朗克：（18581947）德国人，出生在一个受到良好教育的传统家庭，且十分具有音乐天赋，在物理学研究上也谱写了他的辉煌人生。他提出了能量量子化的假设和推导了黑体辐射能量
6、公式。能量量子化的假设的提出：普朗克提出了一个用来正确描绘黑体辐射的相当复杂的代 数公式。但是公认的物理学定律预示存在着一个完全不同的公式。 普朗克对这个问题沉思默想，终于提出了一个崭新的学说：辐 射能只能以普朗克称为量子这个基本单位的整倍数形式辐射出 来。普朗克假说与当时流行的物理概念完全对立，但是他却利 用这一假说在理论上准确地推导了正确的黑体辐射公式。普朗 克假说具有彻底的革命性。当初大多数物理学家（包括普朗克本人在内）都认为这一 假说不过是适应面很窄的一个数学假设。但是几年以后表明普 朗克的概念还能应用于除黑体辐射以外的许多各种不同的物理 现象。1905年爱因斯坦用这一概念解释光电效应
7、，1913年尼 尔斯玻尔在他的原子结构学说中也使用了这一概念。1918年 普朗克获得诺贝尔奖。量子力学的发展可能是二十世纪中最重要 的科学发展，甚至比爱因斯坦的相对论还要重要。 普朗克常数h在物理理论中有着重要的作用。它出 现在原子结构学说、海森堡测不准原理、辐射学说 和许多科学公式中。普朗克最初计算出来的常数数 值比今天使用的相差百分之二。一般认为普朗克是 量子力学之父。他所做的起始突破非常重要，使人 们在思想上摆脱了先前的错误概念。因此他的继承 人才能创立出今天这样完美的学说。总结：在人们对光学认识发展的路上，有过停滞，有过犹 豫，但最终依旧在综合整理、变化发展中不断进步，其 间，少不了科学家们的执着和对自己秉持理论的革新改 进。尤其是普朗克量子理论的提出，颠覆了太多人的世 界观。但终究，量子的理论不断地被富有创新精神的人 们所接受并不断使用。科学，就是这样，不断地被认知 ，改进，发展创新，在这个螺旋式上升的过程里，人们 也在不断进步，超越。Thanks
