惠更斯、牛顿

按照惠更斯原理,波的直线传播与球面传播。

较为完全的光理论最早是由克里斯蒂安·惠更斯发展成型,他提出了一种光波动说。使用这理论,他能够解释光波如何因相互干涉而形成波前,在波前的每一点可以认为是产生球面次波的点波源,而以后任何时刻的波前则可看作是这些次波的包络。从他的原理,可以给出波的直线传播与球面传播的定性解释,并且推导出反射定律与折射定律,但是他并不能解释,为什么当光波遇到边缘、孔径或狭缝时,会偏离直线传播,即衍射效应。惠更斯假定次波只会朝前方传播,而不会朝后方传播。他并没有解释为什么会发生这种物理行为。稍后,艾萨克·牛顿提出了光微粒说。他认为光是由非常奥妙的微粒组成,遵守运动定律。这可以合理解释光的直线传播和反射性质。但是,对于光的折射与衍射性质,牛顿的解释并不很令人满意,他遭遇到了较大的困难。

由于牛顿无与伦比的学术地位,他的粒子理论在一个多世纪内无人敢于挑战,而惠更斯的理论则渐渐为人淡忘。直到十九世纪初衍射现象被发现,光的波动理论才重新得到承认。而光的波动性与粒子性的争论从未平息。[3]

杨、菲涅尔、麦克斯韦、赫兹

在双缝实验里,从光源传播出来的相干光束,照射在一块刻有两条狭缝的不透明挡板 。在挡板的后面,摆设了摄影胶卷或某种侦测屏 ,用来纪录到达 的任何位置 的光束。最右边黑白相间的条纹,显示出光束在侦测屏的干涉图样。

十九世纪早期,托马斯·杨和奥古斯丁·菲涅耳分别做出重大贡献。托马斯·杨完成的双缝实验显示出,衍射光波遵守叠加原理,这是牛顿的光微粒说无法预测的一种波动行为。这实验确切地证实了光的波动性质。奥古斯丁·菲涅耳提出惠更斯-菲涅耳原理,在惠更斯原理的基础上假定次波与次波之间会彼此发生干涉,又假定次波的波幅与方向有关。惠更斯-菲涅耳原理能够解释光波的朝前方传播与衍射现象。光波动说并没有立刻取代光微粒说。但是,到了十九世纪中期,光波动说开始主导科学思潮,因为它能够说明偏振现象的机制,这是光微粒说所不能够的。

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