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03 光波 Waves（第1页）

03光波Waves

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在第2章里，光被认为是由基本粒子组成，并沿着明确的轨迹而运动，我称之为“台球”

模型。

在这一模型中，光束可看作是由一个个分布紧凑的能量束集合而成，这与光是波的观点形成鲜明的对比。

事实上，光的波动说与光的粒子说的发展可谓并驾齐驱，只不过与光的粒子说相比，光的波动学说要经过很多年的争论和实验之后，才被人们完全接受。

无法解释的现象？

在阳光下观察水面上漂浮的一小层薄油，你会在油层的边缘发现彩色的轮廓。

正是这一观察激发了一个跨时代的想法——光是作为波运动的。

牛顿是最早描述这种现象的人之一，但是这一现象对他的光粒子模型提出了挑战。

为解释这一现象，牛顿势必要对他的模型进行严重的扭曲。

而在海峡对岸，牛顿在光学上的竞争对手、法国科学院院长、荷兰人克里斯蒂安·惠更斯（Huygens）则使用了光的波动模型来解释这一现象。

这一解释被证明更加合适。

因此，早在光学研究初期，波和粒子的概念就已经同时出现了。

不仅是这一种现象，还有其他的现象也不能够用光的粒子说来解释。

例如17世纪中期弗朗西斯科·格里马尔迪（Franaldi）的一些发现。

他发现光线通过小孔（比如屏幕上的一个小孔）时会偏离直线。

他注意到光线发散开来，且在光束的边缘看到了彩色的条纹，这种现象对于像头发或者薄纱这种小物体尤为明显。

他总结说，当光照射在一个小或窄的物体上所形成的条纹说明了，当光经过这些物体边缘的时候偏离了其原始路径。

如果光真的是由沿着直线运动的粒子组成，那么这样的固体物质肯定会投射出阴影，而不会导致光粒子偏离成奇怪的模式。

此外，令牛顿和他同时代的人都感到困惑的一个问题是，当光通过某些物体，尤其是一些晶体，例如方解石（一种自然矿物）时，会发生古怪的折射，这个现象用光的粒子说根本解释不清楚。

图15中的例子就很好地体现了这个现象。

用灯泡照亮一张纸上的单词“LIGHT”

，且用两块方解石分别盖住单词的左右各一半。

在图15a的左半边图像中，单词由一个错位成了两个，右半边图像中的单词也变成了两个，且错位的方向相反。

将图中15a左半边上方的图像和右半边下方的图像结合起来，才是符合人们期望的、由纸反射的光经过晶体折射后看到的单词。

而图15b似乎是由不同的折射率产生的。

如图15b、15c图所示，通过在晶体上放置偏振器，可以分离由两个不同方向偏振光形成的图像。

每个偏振光都有不同的折射率。

这就是双折射现象。

图15　展示双折射现象的一个实验。

在入射光分别为非偏振光（a）、垂直偏振光（b）、水平偏振光时（c），过一对方解石晶体观察写在纸上的单词LIGHT

所有的这些观测结果都表明光还有一些性质没有被解释清楚。

这些性质分别是干涉、衍射与偏振。

我们将在本章对这些现象进行探索，继续讲述光的波动说。

波长和频率