企業(yè)管理光學(xué)的發(fā)展

1、第五章 光學(xué)的的發(fā)展教學(xué)目的的和要求求：掌握：幾幾何光學(xué)學(xué)概念及及其發(fā)展展的過(guò)程程；牛頓頓對(duì)光的的色散的的研究；人們對(duì)對(duì)光的本本性認(rèn)識(shí)識(shí)的探討討過(guò)程；光速測(cè)測(cè)定的幾幾種測(cè)量量方法；了解：對(duì)對(duì)光譜的的認(rèn)識(shí)過(guò)過(guò)程。光光譜分析析的方法法是如何何建立的的。教學(xué)重點(diǎn)點(diǎn)，難點(diǎn)點(diǎn)：幾何光學(xué)學(xué)概念及及其發(fā)展展的過(guò)程程；牛頓頓對(duì)光的的色散的的研究；人們對(duì)對(duì)光的本本性認(rèn)識(shí)識(shí)的探討討過(guò)程；光速測(cè)測(cè)定的幾幾種測(cè)量量方法；教學(xué)內(nèi)容容：1.光光學(xué)的歷歷史概述述一早期光光學(xué)古代光學(xué)學(xué)基本上上停留在在幾何光光學(xué)的研研究和總總結(jié)上。公元前55世紀(jì)墨經(jīng)、北宋宋時(shí)期沈沈括的夢(mèng)溪筆筆談都都有記載載。如投投影、小小孔成像像、平面面鏡、

2、凸凸面鏡、凹面鏡鏡等。古希臘時(shí)時(shí)期的天天文學(xué)家家托勒密密專(zhuān)門(mén)作作過(guò)光的的折射實(shí)實(shí)驗(yàn)，寫(xiě)寫(xiě)有光光學(xué)55卷，記記載折射射角與入入射角成成正比.歐幾里德德在其反射光光學(xué)中中記載了了光的反反射；中世紀(jì)時(shí)時(shí)阿拉伯伯人阿勒勒哈增（9655-10038）著光光學(xué)全書(shū)書(shū)，討討論了許許多光的的現(xiàn)象。二折射定定律的建建立1開(kāi)普普勒的工工作16111年寫(xiě)了了折光光學(xué)，記載了了兩個(gè)實(shí)實(shí)驗(yàn)。第一個(gè)實(shí)實(shí)驗(yàn)：比比較入射射角和折折射角：如圖66-1-1，日日光LMMN斜射射到器壁壁DBCC上，BCC邊沿的的影子投投射到底底座于HHK；另另一部分分從DBB射進(jìn)一一玻璃立立方體AADBEEF內(nèi)，陰影的的邊沿形形成于IIG。根根據(jù)

3、屏高高BE和兩兩陰影的的長(zhǎng)度EEH和EG，就就可算出出立方體體的入射射角和出出射角之之比。第二個(gè)實(shí)實(shí)驗(yàn)：如如圖6-1-22，用一一個(gè)圓柱柱性玻璃璃，令光光線沿SS1和S2入射，通過(guò)圓圓柱中心心的光線線S1方向不不變，和和圓柱邊邊沿相切切的光線線S2偏折最最大，并并發(fā)現(xiàn)最最大偏折折角約為為420。全反射的的發(fā)現(xiàn)：令A(yù)B為為玻璃與與空氣的的分界面面，如圖圖6-11-3。光線從從空氣進(jìn)進(jìn)入玻璃璃發(fā)生折折射，由由于最大大偏折角角為4220，所以以進(jìn)入玻玻璃的光光線將構(gòu)構(gòu)成一個(gè)個(gè)夾角為為4202=8400的錐形形MONN。若有有一束光光從玻璃璃射向空空氣，當(dāng)當(dāng)入射角角大于4420時(shí)，則則到達(dá)OO點(diǎn)后，將

4、既不不能進(jìn)入入空氣，也不能能進(jìn)入MMON錐錐形區(qū)域域，必定定反射為為。2斯涅涅耳的工工作荷蘭人，16221年從從實(shí)驗(yàn)得得到折射射定律。方法和和開(kāi)普勒勒基本相相同，但但斯涅耳耳發(fā)現(xiàn)，比值OOS /OS恒為常常數(shù)，并并由此導(dǎo)導(dǎo)出圖中中所示式式子。3笛卡卡兒的工工作16377年出版版的方方法論中記載載了笛卡卡兒的方方法：他他將空氣氣和其他他介質(zhì)（如玻璃璃或水）的界面面看作是是一層很很脆薄的的布，設(shè)設(shè)想有一一小球斜斜方向投投向界面面，當(dāng)球球穿過(guò)薄薄布時(shí)，在垂直直于界面面的方向向損失了了部分速速度，但但平行于于界面的的方向上上的速度度不變。據(jù)此他他得出：visiin ii =vvrsinn r所以有：s

5、inn i /siin rr =vvr/vi=常數(shù)這正是折折射定律律的正弦弦表達(dá)式式，但由由于他假假設(shè)介質(zhì)質(zhì)交界面面兩側(cè)的的光速的的平行分分量相等等，為使使理論與與實(shí)驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)相符符，必須須假設(shè)光光密媒質(zhì)質(zhì)內(nèi)的光光速比光光疏媒質(zhì)質(zhì)大。這這顯然都都是錯(cuò)誤誤的。4費(fèi)馬馬的工作作16611年費(fèi)馬馬用最短短時(shí)間原原理推出出了折射射定律：同時(shí)證明明了光從從光疏媒媒質(zhì)進(jìn)入入光密媒媒質(zhì)時(shí)向向法線方方向偏折折。這樣樣，從托托勒密開(kāi)開(kāi)始，經(jīng)經(jīng)過(guò)了115000年左右右的時(shí)間間才得到到了嚴(yán)格格的折射射定律，連同光光的直線線傳播和和反射定定律一起起構(gòu)成了了幾何光光學(xué)的理理論基礎(chǔ)礎(chǔ)。三光學(xué)儀儀器的研研制1眼鏡鏡的制造造1

6、2999年由意意大利人人阿瑪?shù)俚侔l(fā)明并并制造了了眼鏡。2荷蘭蘭望遠(yuǎn)鏡鏡16088年，荷荷蘭人李李普塞（Hanns LLippperssheyy)制成成第一臺(tái)臺(tái)望遠(yuǎn)鏡鏡：他用用一個(gè)凸凸透鏡作作為物鏡鏡，用一一個(gè)凹透透鏡作為為目鏡組組合而成成?，F(xiàn)在在仍把這這種組合合稱(chēng)為荷荷蘭望遠(yuǎn)遠(yuǎn)鏡。3伽利利略的改改進(jìn)伽利略知知道后很很快改進(jìn)進(jìn)成放大大32倍，隨后又又制成放放大10000倍倍的望遠(yuǎn)遠(yuǎn)鏡，并并用它對(duì)對(duì)天體進(jìn)進(jìn)行了觀觀察，于于16110年寫(xiě)寫(xiě)出了星際使使者的的小冊(cè)子子，有力力支持了了哥白尼尼的日心心說(shuō)。4開(kāi)普普勒望遠(yuǎn)遠(yuǎn)鏡16111年開(kāi)普普勒出版版了屈屈光學(xué)，解釋釋了荷蘭蘭望遠(yuǎn)鏡鏡和顯微微鏡所涉涉及到的

7、的光學(xué)原原理。并并設(shè)計(jì)了了一種用用兩個(gè)凸凸透鏡構(gòu)構(gòu)成的天天文望遠(yuǎn)遠(yuǎn)鏡，即即開(kāi)普勒勒望遠(yuǎn)鏡鏡。這種種望遠(yuǎn)鏡鏡很快就就取代了了荷蘭望望遠(yuǎn)鏡。因?yàn)樗曇皩拰?，且能能把一個(gè)個(gè)遙遠(yuǎn)的的物體的的像與放放在兩個(gè)個(gè)透鏡共共同焦點(diǎn)點(diǎn)處的一一個(gè)小物物體相比比較。這這種比較較導(dǎo)致了了后來(lái)測(cè)測(cè)微計(jì)的的發(fā)明。第一臺(tái)臺(tái)開(kāi)普勒勒望遠(yuǎn)鏡鏡由天文文學(xué)家沙沙伊納于于1611316117年制制造。5顯微微鏡幾乎與望望遠(yuǎn)鏡同同時(shí)，荷荷蘭人發(fā)發(fā)明制造造了顯微微鏡，由由眼鏡制制造師詹詹森(JJansssenn)發(fā)明明：由一一雙凸透透鏡作物物鏡和一一個(gè)雙凹凹透鏡作作目鏡組組合而成成。后來(lái)來(lái)，意大大利那不不勒斯的的馮特納納(Foontaa

8、na)第一個(gè)個(gè)用凸透透鏡代替替了凹透透鏡目鏡鏡。6. 胡胡克的顯顯微鏡16655年，胡胡克出版版顯微微圖象，并制制造一帶帶聚光鏡鏡的顯微微鏡：用用兩個(gè)平平凸透鏡鏡分別作作物鏡和和目鏡，用一球球形聚光光器來(lái)照照亮待觀觀察的物物體。7. 反反射式望望遠(yuǎn)鏡16688年，牛牛頓設(shè)計(jì)計(jì)并制造造了第一一架小型型反射式式望遠(yuǎn)鏡鏡，全長(zhǎng)長(zhǎng)15厘米米，口徑徑2.55厘米，但其放放大倍數(shù)數(shù)和當(dāng)時(shí)時(shí)使用的的2米長(zhǎng)的望望遠(yuǎn)鏡相相同。116711年又制制造了第第二架較較大的反反射式望望遠(yuǎn)鏡，全長(zhǎng)11.2米米，口徑徑2米，獻(xiàn)給給了英國(guó)國(guó)皇家學(xué)學(xué)會(huì)，現(xiàn)現(xiàn)仍保存存在英國(guó)國(guó)皇家學(xué)學(xué)會(huì)圖書(shū)書(shū)館。四牛頓的的色散研研究1色散散的早期

9、期研究十三世世紀(jì)，德德國(guó)一位位傳教士士西奧多多里克(Theeodooricc)曾用用實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｄ７绿焐仙系暮?，他用?yáng)陽(yáng)光照射射裝滿水水的大玻玻璃球殼殼，觀察察到了和和空中一一樣的虹虹，并說(shuō)說(shuō)明彩虹虹是由于于空氣中中水珠反反射和折折射陽(yáng)光光造成的的。由于于受亞里里士多德德教義的的影響，他說(shuō)各各種顏色色的產(chǎn)生生由于光光受到不不同阻滯滯所引起起的。笛卡兒兒在方方法論的一篇篇附錄中中專(zhuān)門(mén)討討論了彩彩虹，并并介紹了了他所做做的棱鏡鏡實(shí)驗(yàn)：他用棱棱鏡將陽(yáng)陽(yáng)光投射射到熒屏屏上，發(fā)發(fā)現(xiàn)不論論光照到到棱鏡的的那一部部位，折折射后屏屏上的圖圖象都是是一樣的的。從而而否定了了光是由由于受到到不同阻阻滯而產(chǎn)產(chǎn)生不同同顏色

10、的的說(shuō)法。由于笛卡卡兒的屏屏離棱鏡鏡太近（只有幾幾厘米），他沒(méi)沒(méi)有看到到色散后后的整個(gè)個(gè)光譜。只注意意到光帶帶的兩側(cè)側(cè)分別呈呈現(xiàn)蘭色色和紅色色。16448年，法國(guó)的的馬爾西西用三棱棱鏡演示示色散成成功。不不過(guò)他的的解釋錯(cuò)錯(cuò)了。他他認(rèn)為紅紅色是濃濃縮了的的光，蘭蘭色是稀稀釋了的的光；之之所以出出現(xiàn)五顏顏六色，是由于于光受到到物質(zhì)的的不同作作用。2問(wèn)題題17世紀(jì)紀(jì)正當(dāng)望望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡鏡問(wèn)世，伽利略略用望遠(yuǎn)遠(yuǎn)鏡觀察察天體，胡克用用顯微鏡鏡觀察微微小物體體。然而而，當(dāng)放放大倍數(shù)數(shù)增大時(shí)時(shí)，這些些儀器出出現(xiàn)了像像差和色色差，人人們深感感迷惑，為什么么圖象的的邊緣總總會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)彩色？這和彩彩虹有沒(méi)沒(méi)有共同同

11、之處？怎樣才才能消除除？3牛頓頓的色散散實(shí)驗(yàn)這一時(shí)期期，牛頓頓正在劍劍橋大學(xué)學(xué)學(xué)習(xí)，他的老老師巴羅羅對(duì)光學(xué)學(xué)很有研研究，牛牛頓還幫幫巴羅編編寫(xiě)光光學(xué)講義義，使使他對(duì)光光學(xué)產(chǎn)生生了濃厚厚興趣。他親自自動(dòng)手磨磨制透鏡鏡，想按按自己的的設(shè)計(jì)裝裝配出沒(méi)沒(méi)有色差差的顯微微鏡和望望遠(yuǎn)鏡。這個(gè)愿愿望激勵(lì)勵(lì)他對(duì)光光和顏色色的本性性進(jìn)行深深入的研研究。牛頓從笛笛卡兒的的棱鏡實(shí)實(shí)驗(yàn)、胡胡克及玻玻意耳的的分光實(shí)實(shí)驗(yàn)得到到啟發(fā)，他將室室外陽(yáng)光光經(jīng)一小小洞引入入室內(nèi)，經(jīng)三棱棱鏡后投投射到對(duì)對(duì)面的墻墻上。這這樣從三三棱鏡到到墻的距距離達(dá)到到67米，從從而獲得得了展開(kāi)開(kāi)的光譜譜。而他他之前的的實(shí)驗(yàn)者者均由于于屏離折折射位置

12、置太近而而只能看看到兩側(cè)側(cè)的彩色色光帶。牛頓意識(shí)識(shí)到展開(kāi)開(kāi)的光譜譜可能是是由于不不同顏色色的光具具有不同同的折射射性能造造成的，于是作作了如下下實(shí)驗(yàn)：如圖在在一張黑黑紙上畫(huà)畫(huà)一條線線abcc，半邊邊ab為紅紅色，半半邊bcc為蘭色色，經(jīng)過(guò)過(guò)棱鏡觀觀看，只只見(jiàn)這根根線好象象折斷了了似的，分界處處正是紅紅蘭之交交，蘭色色部分比比紅色部部分更靠靠近棱鏡鏡?？梢?jiàn)見(jiàn)蘭色光光比紅色色光折射射更厲害害。為了證明明色散現(xiàn)現(xiàn)象不是是由于棱棱鏡和陽(yáng)陽(yáng)光的相相互作用用及其它它原因造造成的，牛頓又又作了以以下實(shí)驗(yàn)驗(yàn)：他拿三三個(gè)棱鏡鏡作實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，三個(gè)個(gè)棱鏡完完全相同同，只是是放置方方式不同同，如下下圖。如如果色散散是由于

13、于光線和和棱鏡的的作用引引起的，經(jīng)過(guò)第第二和第第三棱鏡鏡后，這這種色散散現(xiàn)象應(yīng)應(yīng)進(jìn)一步步加強(qiáng)。顯然實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果果不支持持這一觀觀點(diǎn)。他用兩兩塊木版版各開(kāi)一一小孔FF和G，并分分別放于于三棱鏡鏡兩側(cè)，光從SS處平行行射入FF后，經(jīng)經(jīng)棱鏡折折射穿過(guò)過(guò)小孔GG，到達(dá)達(dá)距木版版DE 4米的另一一塊木版版de上，投過(guò)小小孔g的光再再經(jīng)棱鏡鏡abcc的折射射后，抵抵達(dá)墻壁壁MN。使使第一個(gè)個(gè)棱鏡AABC緩緩緩繞其其軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，這樣樣第二塊塊木版上上不同顏顏色的光光相繼穿穿過(guò)小孔孔g到達(dá)三三棱鏡aabc。實(shí)驗(yàn)結(jié)結(jié)果是：被第一一個(gè)三棱棱鏡折射射最厲害害的紫光光，經(jīng)過(guò)過(guò)第二個(gè)個(gè)三棱鏡鏡時(shí)也偏偏折的最最多。結(jié)結(jié)論：白

14、白光是由由折射性性能不同同的各種種顏色的的光組成成。有人提提出光譜譜變長(zhǎng)是是因?yàn)檠苎苌湫?yīng)應(yīng)，為此此牛頓又又作如下下實(shí)驗(yàn)：取一長(zhǎng)長(zhǎng)而扁的的三棱鏡鏡，使它它產(chǎn)生的的光譜相相當(dāng)狹窄窄。當(dāng)屏屏放在位位置1時(shí)，屏屏上顯示示仍為白白光；當(dāng)當(dāng)將屏傾傾斜到位位置2時(shí)，就就可看到到分解的的光譜。這一實(shí)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明明：光譜譜只涉及及屏的角角度，結(jié)結(jié)果與棱棱鏡無(wú)關(guān)關(guān)。因而而也就否否定了衍衍射效應(yīng)應(yīng)的說(shuō)法法。在色散實(shí)實(shí)驗(yàn)的基基礎(chǔ)上，牛頓總總結(jié)出以以下幾條條規(guī)律：1.光線線隨其折折射率不不同，顏顏色也不不同。色色是光線線固有的的屬性。2.同一一顏色的的光折射射率相同同，不同同色的光光折射率率不同。3.色的的種類(lèi)和和折射的

15、的程度是是光線所所固有的的，不會(huì)會(huì)因折射射、反射射或其它它任何原原因而改改變。4.必須須區(qū)分兩兩種顏色色，一種種是原始始的、單單純的色色，另一一種是由由原始的的顏色復(fù)復(fù)合而成成的色。5.本身身是白色色的光線線是沒(méi)有有的，白白色是由由所有色色的光線線岸適當(dāng)當(dāng)比例混混合而成成。6.自然然物質(zhì)的的色是由由于對(duì)某某種光的的反射大大與其它它光的反反射的緣緣故。7.把光光看成實(shí)實(shí)體有充充分依據(jù)據(jù)。8.由此可可解釋棱棱鏡色散散和虹。2.光光的波動(dòng)動(dòng)說(shuō)和微微粒說(shuō)的的論爭(zhēng)一光的微微粒說(shuō)對(duì)光的本本性自古古以來(lái)就就有兩種種認(rèn)識(shí)：波動(dòng)說(shuō)說(shuō)和微粒粒說(shuō)，代代表人物物分別是是惠更斯斯和牛頓頓。近代代微粒說(shuō)說(shuō)最早由由笛卡兒兒

16、首先提提出，他他認(rèn)為光光是由大大量微小小彈性粒粒子所組組成，并并用此解解釋了光光的反射射和折射射。后來(lái)來(lái)牛頓發(fā)發(fā)展了微微粒說(shuō)，并和波波動(dòng)說(shuō)展展開(kāi)了長(zhǎng)長(zhǎng)期的爭(zhēng)爭(zhēng)斗。二早期的的波動(dòng)說(shuō)說(shuō)1胡克克胡克主張張光是一一種振動(dòng)動(dòng)，是類(lèi)類(lèi)似水波波的某種種快速脈脈沖。在在16667年出出版的顯微圖圖象中中他寫(xiě)到到：“在一種種均勻介介質(zhì)中這這一運(yùn)動(dòng)動(dòng)在各個(gè)個(gè)方向都都以相等等速度傳傳播，所所以發(fā)光光體的每每一個(gè)脈脈動(dòng)都必必將形成成一個(gè)球球面。這這個(gè)球面面將不斷斷的增大大，就如如同把一一石塊投投入水中中后在水水面一點(diǎn)點(diǎn)周?chē)牡沫h(huán)狀波波膨脹為為越來(lái)越越大的圓圓圈一樣樣（盡管管要快得得多）。由此可可見(jiàn)，在在均勻媒媒質(zhì)中激

17、激起的這這些球面面的所有有部分都都與射線線以直角角相交?！?惠更更斯荷蘭物理理學(xué)家惠惠更斯發(fā)發(fā)展了胡胡克的思思想。他提出出光是發(fā)發(fā)光體中中微小粒粒子的振振動(dòng)在彌彌漫于宇宇宙空間間的以太太中的傳傳播過(guò)程程。16788年他向向法國(guó)科科學(xué)院報(bào)報(bào)告了自自己的論論點(diǎn)，并并于16690年年以光光學(xué)正正式發(fā)表表。他寫(xiě)寫(xiě)到：“假如注注意到光光線向各各個(gè)方向向以極高高的速度度傳播，其射線線在傳播播中，一一條穿過(guò)過(guò)另一條條而互相相毫無(wú)影影響，就就可以完完全明白白：當(dāng)我我們看到到發(fā)光的的物體時(shí)時(shí)，決不不會(huì)是由由于這個(gè)個(gè)物體發(fā)發(fā)出的物物質(zhì)的遷遷移所引引起的?！?他認(rèn)認(rèn)為光的的傳播，并不是是媒質(zhì)以以太粒子子本身的的遠(yuǎn)距

18、離離移動(dòng)，而是發(fā)發(fā)光體中中微小粒粒子的振振動(dòng)通過(guò)過(guò)象沿著著一排互互相銜接接的鋼球球傳遞一一樣，當(dāng)當(dāng)?shù)谝粋€(gè)個(gè)球受到到碰撞，碰撞運(yùn)運(yùn)動(dòng)就會(huì)會(huì)以極快快的速度度傳到最最后一個(gè)個(gè)球。惠更斯斯原理下圖是惠惠更斯描描繪光波波的示意意圖。他他用子波波和波陣陣面的概概念論述述了光的的傳播原原理-惠更斯斯原理：光在傳傳播過(guò)程程中，使使以太中中的每一一個(gè)受激激粒子都都變成一一個(gè)球形形子波，每一個(gè)個(gè)子波在在發(fā)光點(diǎn)點(diǎn)和子波波中心的的連線方方向上形形成的波波前的組組合，構(gòu)構(gòu)成一波波陣面；形成的的波陣面面上的每每一點(diǎn)又又都變成成一個(gè)球球形子波波的中心心。并用用這一原原理說(shuō)明明了光的的反射和和折射。對(duì)雙折折射的解解釋 166

19、69年，丹麥的的巴塞林林納斯（Barrthoolinnus)發(fā)現(xiàn)了了雙折射射現(xiàn)象：當(dāng)他用用方解石石觀察物物體時(shí)，注意到到有雙像像顯示。經(jīng)過(guò)反反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)，確定定是這種種晶體對(duì)對(duì)光有兩兩種折射射：尋常常折射和和非尋常常折射?；莞沟玫弥@一一情況后后，重復(fù)復(fù)并證實(shí)實(shí)了這一一實(shí)驗(yàn)，并且觀觀察到其其它晶體體（如石石英）也也有類(lèi)似似效應(yīng)。惠更斯斯對(duì)這一一現(xiàn)象作作了如下下解釋?zhuān)簩こ９夤饩€仍遵遵循折射射定律，非尋常常光線則則不遵循循折射定定律，可可能是因因?yàn)榉浇饨馐染Ьw的顆顆粒具有有特殊形形狀，以以至光波波通過(guò)時(shí)時(shí)，在某某一方向向傳播的的更快一一些。于于是出現(xiàn)現(xiàn)了不同同的折射射。早期的波波動(dòng)理論論缺乏數(shù)

20、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)礎(chǔ)，還很很不完善善，而牛牛頓的微微粒說(shuō)因因符合力力學(xué)規(guī)律律而占據(jù)據(jù)統(tǒng)治地地位.3托馬馬斯楊（Thhomaas YYounng) 17773年6月出生生在英國(guó)國(guó)的一個(gè)個(gè)富裕家家庭，青青年時(shí)就就多才多多藝，通通曉希臘臘語(yǔ)、拉拉丁語(yǔ)、法語(yǔ)、意大利利語(yǔ)等語(yǔ)語(yǔ)言，能能演奏多多種樂(lè)器器，先后后在倫敦敦、愛(ài)丁丁堡、哥哥廷根學(xué)學(xué)醫(yī)，于于17996年獲獲哥廷根根醫(yī)學(xué)博博士學(xué)位位，17799年年開(kāi)始行行醫(yī)。托馬斯楊的光光學(xué)研究究，始于于對(duì)視覺(jué)覺(jué)器官的的研究，他第一一個(gè)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)眼球在在注視不不同距離離的物體體時(shí)會(huì)改改變晶狀狀體的曲曲率。 18000年發(fā)發(fā)表了關(guān)于光光和聲的的實(shí)驗(yàn)問(wèn)問(wèn)題，對(duì)光的的微粒說(shuō)說(shuō)提出異異

21、議：既然發(fā)發(fā)射光微微粒的力力是多種種多樣的的，為何何所發(fā)的的光的速速度相同同？光光由一種種媒質(zhì)進(jìn)進(jìn)入另一一種媒質(zhì)質(zhì)時(shí)，為為何同一一類(lèi)光有有的被反反射，有有的透射射？托馬馬斯楊認(rèn)為為光和聲聲音類(lèi)似似；根據(jù)據(jù)水波的的疊加現(xiàn)現(xiàn)象，聲聲波也會(huì)會(huì)由于疊疊加而出出現(xiàn)聲音音的加強(qiáng)強(qiáng)和減弱弱，光波波也應(yīng)如如此。并并首先提提出“干涉”術(shù)語(yǔ)。18011年發(fā)表表光和和色的理理論，以假說(shuō)說(shuō)的形式式闡述了了光的波波動(dòng)理論論：整個(gè)個(gè)宇宙充充滿了以以太，光光是發(fā)光光體在以以太中激激起的波波動(dòng)，光光的顏色色取決于于光波動(dòng)動(dòng)的頻率率。并提提出著名名的干涉涉原理。干涉原理理：“同一束束光的兩兩個(gè)不同同部分，以不同同的路徑徑要么完

22、完全一樣樣地，要要么在方方向上十十分接近近地進(jìn)入入眼睛，在光線線光程差差是某個(gè)個(gè)長(zhǎng)度的的整倍數(shù)數(shù)的地方方，光就就增強(qiáng)，而在干干涉區(qū)域域的中間間部分，光將最最強(qiáng)。對(duì)對(duì)于不同同顏色的的光來(lái)說(shuō)說(shuō)，這個(gè)個(gè)長(zhǎng)度是是不同的的。”為了驗(yàn)驗(yàn)證自己己的理論論，托馬馬斯楊作了了著名的的楊氏雙雙縫干涉涉實(shí)驗(yàn)。楊氏雙縫縫干涉實(shí)實(shí)驗(yàn)：屏屏上出現(xiàn)現(xiàn)了彩色色干涉條條紋。托馬斯楊對(duì)牛牛頓環(huán)的的解釋?zhuān)粚?shí)驗(yàn)中中出現(xiàn)的的明暗條條紋，就就是由不不同界面面反射出出的光的的互相疊疊加產(chǎn)生生干涉的的結(jié)果，位相相相反的疊疊加互相相抵消，位相相相同的疊疊加相互互加強(qiáng)。并用牛牛頓環(huán)第第一個(gè)測(cè)測(cè)出了在在空氣中中紅光和和紫光的的波長(zhǎng)分分別約為為1/

23、3360000英寸寸和1/600000英英寸。用干涉原原理對(duì)光光的衍射射的解釋釋?zhuān)?8803年年發(fā)表關(guān)于物物理光學(xué)學(xué)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)和計(jì)算算，文文中通過(guò)過(guò)一實(shí)驗(yàn)驗(yàn)對(duì)光衍衍射現(xiàn)象象進(jìn)行了了解釋?zhuān)河靡皇庹丈渖湟粭l寬寬約1/30英英寸的硬硬紙條，觀察投投射到墻墻上或屏屏上的影影子?！霸陉幱坝暗膬蓚?cè)側(cè)可看到到這種彩彩色條紋紋，陰影影本身也也被較細(xì)細(xì)的條紋紋所分割割，陰影影的正中中間卻是是白色的的。這些些條紋是是通過(guò)硬硬紙條邊邊緣時(shí)發(fā)發(fā)生了折折射-確切切的說(shuō)發(fā)發(fā)生了繞繞射-后進(jìn)進(jìn)入陰影影區(qū)產(chǎn)生生的聯(lián)合合效應(yīng)?！蓖旭R斯楊不足足：缺少少嚴(yán)密的的數(shù)學(xué)分分析，理理論探索索主要依依賴于類(lèi)類(lèi)比法。所以在在當(dāng)時(shí)的的英國(guó)，

24、他的研研究未受受重視，反而遭遭到了攻攻擊，后后來(lái)一度度轉(zhuǎn)向了了語(yǔ)言學(xué)學(xué)研究。4菲涅涅耳(AAuguustiin JJeann Frresnnel)：法國(guó)人，工程師師，精通通數(shù)學(xué)。18115年向向法國(guó)科科學(xué)院提提交第一一篇關(guān)于于光的衍衍射的論論文，以以子波相相干疊加加的思想想補(bǔ)充了了惠更斯斯原理，發(fā)展成成為惠更更斯菲涅耳耳原理。他認(rèn)為為：“在任何何一點(diǎn)的的光源振振動(dòng)，可可以看作作在同一一時(shí)刻傳傳播到那那一點(diǎn)上上的光的的元振動(dòng)動(dòng)的總和和，這些些元振動(dòng)動(dòng)來(lái)自所所考察的的未受阻阻攔的波波的所有有部分在在它以前前位置的的任何一一點(diǎn)的各各個(gè)作用用?！豹?dú)立發(fā)現(xiàn)現(xiàn)了光的的干涉原原理（但但晚于托托馬斯楊楊） 1

25、8114和18118年，設(shè)計(jì)了了兩個(gè)著著名的雙雙光束干干涉實(shí)驗(yàn)驗(yàn)：菲涅涅耳雙棱棱鏡實(shí)驗(yàn)驗(yàn)和菲涅涅耳雙面面鏡實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，巧妙妙獲得相相干光源源，消除除了微粒粒說(shuō)者對(duì)對(duì)托馬斯斯楊的雙雙縫實(shí)驗(yàn)驗(yàn)的非難難和曲解解。泊松亮斑斑為了推進(jìn)進(jìn)微粒說(shuō)說(shuō)的發(fā)展展，18818年年法國(guó)科科學(xué)院提提出了有有獎(jiǎng)?wù)魑奈模颇诎⒗牡墓膭?lì)和和支持下下，提交交了應(yīng)征征論文：他以嚴(yán)嚴(yán)密的數(shù)數(shù)學(xué)推理理，從橫橫波的觀觀點(diǎn)出發(fā)發(fā)，圓滿滿的解釋釋了光的的偏振，并用半半周帶法法定量的的解釋了了圓孔、圓板等等形狀的的障礙物物所產(chǎn)生生的衍射射花紋，推出的的結(jié)果與與實(shí)驗(yàn)符符合的很很好。在在評(píng)審菲菲涅耳的的論文時(shí)時(shí)，法國(guó)國(guó)數(shù)學(xué)物物理學(xué)家家泊

26、松應(yīng)應(yīng)用菲涅涅耳對(duì)光光繞過(guò)障障礙物衍衍射的數(shù)數(shù)學(xué)方程程證明：如果在在光束傳傳播路徑徑上放置置一塊不不透明的的圓板，則在放放在其后后的屏上上，應(yīng)觀觀察到圓圓板黑影影的中央央出現(xiàn)一一個(gè)亮斑斑。稱(chēng)為為泊松亮亮斑。菲菲涅耳做做了一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)，果然在在陰影的的中央出出現(xiàn)了一一個(gè)亮斑斑。托馬馬斯楊的的雙縫干干涉實(shí)驗(yàn)驗(yàn)和波松松亮斑證證實(shí)了光光的波動(dòng)動(dòng)性。馬呂斯關(guān)關(guān)于偏振振現(xiàn)象的的發(fā)現(xiàn)： 18008年底底的一個(gè)個(gè)傍晚，馬呂斯斯通過(guò)方方解石晶晶體眺望望日落時(shí)時(shí)盧森堡堡宮的窗窗子時(shí)，只能看看到一個(gè)個(gè)太陽(yáng)的的像，后后來(lái)他用用蠟燭光光進(jìn)行了了實(shí)驗(yàn)，在一篇篇文章中中他寫(xiě)到到：“通過(guò)一一晶體去去看反射射在該物物體或液液體表

27、面面的蠟燭燭的像時(shí)時(shí)，我們們大體上上可以看看到兩個(gè)個(gè)像；但但如果以以視線為為軸，將將晶體沿沿該軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的話話，則一一像的亮亮度減小小而另一一像的亮亮度增加加。但若若超過(guò)了了某種限限度，那那么以前前亮度削削弱的像像又開(kāi)始始增強(qiáng)其其亮度，而以前前亮度增增加的像像的亮度度相應(yīng)變變?nèi)?。我我們必須須大致測(cè)測(cè)定光度度最弱的的一點(diǎn)，以使兩兩像之一一完全消消失為止止。在該該距離確確定以后后，如果果我們繼繼續(xù)慢慢慢的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)晶體，我們就就可以覺(jué)覺(jué)察出，每轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)1/44周，兩兩像之一一就交替替的消失失一次?！瘪R呂斯斯稱(chēng)其為為“光的偏偏振”。馬呂斯關(guān)關(guān)于偏振振現(xiàn)象的的解釋?zhuān)厚R呂斯用用微粒說(shuō)說(shuō)的觀點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)行了了解釋?zhuān)J(rèn)

28、為為，光粒粒子不是是球形的的，他們們像磁石石有兩個(gè)個(gè)極，在在通常的的光線中中，光粒粒子在空空間中取取向雜亂亂無(wú)章，當(dāng)光從從玻璃表表面或水水面上反反射時(shí)，光粒子子會(huì)自行行分類(lèi)。當(dāng)光以以某一特特定角度度入射時(shí)時(shí)，這種種分類(lèi)最最徹底，所有反反射出的的光粒子子取向一一致，是是完全“極化”的。偏振現(xiàn)象象的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)及其解解釋?zhuān)瑢?duì)對(duì)光的波波動(dòng)說(shuō)是是一嚴(yán)峻峻挑戰(zhàn)。托馬斯斯楊寫(xiě)信信給馬呂呂斯說(shuō)：“您的實(shí)實(shí)驗(yàn)證明明了我采采用的理理論有不不足之處處，但是是這些實(shí)實(shí)驗(yàn)并沒(méi)沒(méi)有證明明它是虛虛偽的?！?18114年托托馬斯楊首先先提出：可用干干涉原理理解釋偏偏振現(xiàn)象象，但其其解釋卻卻不完善善。在托托馬斯楊的啟啟發(fā)下，181

29、16年至至18118年菲菲涅耳與與阿拉果果合作進(jìn)進(jìn)行了一一系列實(shí)實(shí)驗(yàn)，試試圖找出出干涉原原理與偏偏振的關(guān)關(guān)系，他他們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)：通過(guò)過(guò)方解石石分離出出的兩列列折射光光之間不不會(huì)產(chǎn)生生干涉現(xiàn)現(xiàn)象。18177年1月和18818年年4月托馬馬斯楊先后后兩次寫(xiě)寫(xiě)信給阿阿拉果，討論有有關(guān)偏振振問(wèn)題，并把光光比作繩繩索和弦弦的振動(dòng)動(dòng)，建議議他們把把光看成成一種橫橫波。阿阿拉果把把信給菲菲涅耳，菲涅耳耳立即看看出：這這一比喻喻為互相相垂直的的兩束偏偏振光不不能相干干提出了了解釋。并于118199年發(fā)表表了關(guān)關(guān)于偏振振光線的的相互作作用，于18821年年發(fā)表了了光的橫橫波性理理論。托托馬斯楊和菲菲涅耳的的發(fā)現(xiàn)，標(biāo)

30、志著著光學(xué)進(jìn)進(jìn)入了新新的發(fā)展展時(shí)期-彈彈性以太太光學(xué)時(shí)時(shí)期。118500年傅科科測(cè)定了了光在水水中和空空氣中的的速度，給光的的粒子說(shuō)說(shuō)以最后后的打擊擊，從此此光的波波動(dòng)說(shuō)占占據(jù)了統(tǒng)統(tǒng)治地位位。 19世世紀(jì)600年代，麥克斯斯韋發(fā)表表了電磁磁場(chǎng)理論論，并計(jì)計(jì)算出電電磁波的的傳播速速度和光光速相等等，明確確提出光光是一種種電磁波波。揭示示了光和和電磁波波的統(tǒng)一一性。約約20年后后被赫茲茲實(shí)驗(yàn)證證實(shí)。三光的波波粒二相相性 19世世紀(jì)末220世紀(jì)紀(jì)初，光光學(xué)的研研究深入入到光的的產(chǎn)生、光與物物質(zhì)的相相互作用用等領(lǐng)域域，由于于光的波波動(dòng)說(shuō)無(wú)無(wú)法解釋釋光電效效應(yīng)，但但粒子說(shuō)說(shuō)可以解解釋。愛(ài)愛(ài)因斯坦坦為此提

31、提出了光光的波粒粒二相性性理論。21世紀(jì)紀(jì)面對(duì)對(duì)牛頓如如日中天天的氣勢(shì)勢(shì)，楊以以不唯名名的勇敢敢精神說(shuō)說(shuō)：“盡管我我仰慕牛牛頓的大大名，但但我并因因此非得得認(rèn)為他他是百無(wú)無(wú)一失的的。我遺遺憾地看看到他也也會(huì)弄錯(cuò)錯(cuò)，而他他的權(quán)威威也許有有時(shí)甚至至阻礙了了科學(xué)的的進(jìn)步?！痹O(shè)計(jì)了了楊氏雙雙縫實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，證明明了光的的干涉現(xiàn)現(xiàn)象。3. 光速的的測(cè)定光在真空空中的傳傳播速度度是一個(gè)個(gè)極其重重要的物物理量，能否準(zhǔn)準(zhǔn)確測(cè)定定是物理理實(shí)驗(yàn)技技術(shù)水平平和理論論水平的的標(biāo)志。一早期的的實(shí)驗(yàn)在光速速的問(wèn)題題上物理理學(xué)界曾曾經(jīng)產(chǎn)生生過(guò)爭(zhēng)執(zhí)執(zhí)，開(kāi)普普勒和笛笛卡爾都都認(rèn)為光光的傳播播不需要要時(shí)間，是在瞬瞬時(shí)進(jìn)行行的。但但伽利

32、略略認(rèn)為光光速雖然然傳播得得很快，但卻是是可以測(cè)測(cè)定的。 16007年，伽利略略進(jìn)行了了最早的的測(cè)量光光速的實(shí)實(shí)驗(yàn)：在在已知距距離的兩兩個(gè)高山山峰上，放兩盞盞燈，利利用接收收燈閃亮亮的時(shí)間間去除間間距，來(lái)來(lái)測(cè)光速速，但誤誤差較大大。二天文學(xué)學(xué)方法1由木木衛(wèi)蝕測(cè)測(cè)量光速速由丹麥人人奧羅斯斯羅末(116444-17710)于16775年提提出。木木星有113個(gè)衛(wèi)衛(wèi)星，II0（木木衛(wèi)一）是木星星的一顆顆衛(wèi)星，繞木星星旋轉(zhuǎn)一一周的時(shí)時(shí)間約442小時(shí)時(shí)28分16秒，因此在在地球上上看I00蝕也應(yīng)應(yīng)是422小時(shí)288分16秒一一次，但但他在觀觀測(cè)木衛(wèi)衛(wèi)I的隱食食周期時(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)：在一年年的不同同時(shí)期，它們的的

33、周期有有所不同同；在地地球處于于太陽(yáng)和和木星之之間時(shí)的的周期與與太陽(yáng)處處于地球球和木星星之間時(shí)時(shí)的周期期相差十十四五天天。他認(rèn)認(rèn)為這種種現(xiàn)象是是由于光光具有速速度造成成的，由由于地球球在公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軌道上上轉(zhuǎn)動(dòng)，兩次觀觀測(cè)木星星時(shí)地球球在自己己軌道的的位置不不同，導(dǎo)導(dǎo)致木星星與地球球的距離離不一樣樣，從II0發(fā)出出的光信信號(hào)到達(dá)達(dá)地球的的時(shí)間也也就不同同。用兩兩次木衛(wèi)衛(wèi)蝕的時(shí)時(shí)間差去去除兩次次木星與與地球的的距離差差，即可可求得光光速。他他還推斷斷出光跨跨越地球球軌道（兩次木木衛(wèi)蝕地地球距II0的距距離差）所需要要的時(shí)間間是222分鐘。16776年9月，羅羅麥預(yù)言言預(yù)計(jì)111月9日上午5點(diǎn)25分45

34、秒發(fā)生的的木衛(wèi)食食將推遲遲10分鐘鐘。巴黎黎天文臺(tái)臺(tái)的科學(xué)學(xué)家們懷懷著將信信將疑的的態(tài)度，觀測(cè)并并最終證證實(shí)了羅羅麥的預(yù)預(yù)言。羅麥的理理論沒(méi)有有馬上被被法國(guó)科科學(xué)院接接受，但但得到了了著名科科學(xué)家惠惠更斯的的贊同。惠更斯根根據(jù)他提提出的數(shù)數(shù)據(jù)第一一次計(jì)算算出了光光的傳播播速度：21440000千米/秒。雖雖然這個(gè)個(gè)數(shù)值與與目前測(cè)測(cè)得的最最精確的的數(shù)據(jù)相相差甚遠(yuǎn)遠(yuǎn)，但這這個(gè)結(jié)果果的錯(cuò)誤誤不在于于方法的的錯(cuò)誤，只是源源于羅麥麥對(duì)光跨跨越地球球的時(shí)間間的錯(cuò)誤誤推測(cè)，現(xiàn)代用用羅麥的的方法經(jīng)經(jīng)過(guò)各種種校正后后得出的的結(jié)果是是29880000千米/秒，很很接近于于現(xiàn)代實(shí)實(shí)驗(yàn)室所所測(cè)定的的精確數(shù)數(shù)值。意義：

35、揭揭示了光光的傳播播需要時(shí)時(shí)間，即即光速有有限。2由光光行差測(cè)測(cè)量光速速 18世世紀(jì)200年代，英國(guó)天天文學(xué)家家布拉德德雷（BBraddleyy)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)了恒星星的光行行差現(xiàn)象象，再次次證明了了光速有有限，并并算出了了光速值值。1725517728年年間，布布萊德雷雷在地球球上觀察察恒星時(shí)時(shí)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)恒星的的視位置置在不斷斷地變化化，在一一年之內(nèi)內(nèi)，所有有恒星似似乎都在在天頂上上繞著半半長(zhǎng)軸相相等的橢橢圓運(yùn)行行了一周周他認(rèn)認(rèn)為這種種現(xiàn)象的的產(chǎn)生是是由于恒恒星發(fā)出出的光傳傳到地面面時(shí)需要要一定的的時(shí)間，而在此此時(shí)間內(nèi)內(nèi)，地球球已因公公轉(zhuǎn)而發(fā)發(fā)生了位位置的變變化如如右圖，若當(dāng)人人從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)到A時(shí)，恒

36、恒星發(fā)出出的光線線從C點(diǎn)傳播播到A，則光光速和地地球的公公轉(zhuǎn)速度度之比為為：c/v=CCA/BBA=ttan，由此測(cè)測(cè)得光速速為：CC=29999330千米米/秒。三光速的的實(shí)驗(yàn)室室測(cè)定18499年，法法國(guó)人菲菲索（118199-18896）用齒輪輪旋轉(zhuǎn)法法測(cè)得光光速為33.1551008米/秒。他他是第一一個(gè)首次次證明光光速可以以在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中測(cè)得得的人。另外，法國(guó)人人傅科、美國(guó)人人紐克姆姆等都對(duì)對(duì)光速測(cè)測(cè)定做過(guò)過(guò)貢獻(xiàn)。1旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)齒輪法法： 18449年法法國(guó)物理理學(xué)家斐斐索首次次在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室利用用齒輪的的旋轉(zhuǎn)測(cè)測(cè)定了光光速。其其裝置如如下：控控制齒輪輪轉(zhuǎn)速，使其由由零逐漸漸增加，觀察者者開(kāi)始將將看

37、到閃閃光，當(dāng)當(dāng)齒輪旋旋轉(zhuǎn)而達(dá)達(dá)到第一一次看不不到光時(shí)時(shí)，齒縫縫被齒所所代替，再增加加轉(zhuǎn)速，當(dāng)看到到光且不不再閃時(shí)時(shí)，說(shuō)明明光往返返的時(shí)間間和齒輪輪轉(zhuǎn)過(guò)一一齒的時(shí)時(shí)間正好好相等。據(jù)此即即可算出出光速。菲索測(cè)測(cè)得的光光速是33150000千千米/秒。由由于齒輪輪有一定定的寬度度，用這這種方法法很難精精確的測(cè)測(cè)出光速速。2傅科科的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)平面鏡鏡法18500年斐索索的朋友友和合作作者傅科科設(shè)計(jì)了了旋轉(zhuǎn)平平面鏡法法測(cè)定光光速，如如下圖所所示。所所測(cè)速度度為299800005500千千米/秒。傅科測(cè)定定水中光光速光線經(jīng)旋旋轉(zhuǎn)鏡mm反射到到M和M，T管中裝裝有水，一束光光經(jīng)空氣氣折返，一束光光經(jīng)水折折返。結(jié)

38、結(jié)果證明明，兩光光束所用用時(shí)間不不同。3阿爾爾伯特邁克爾爾遜(119266)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)棱鏡法法邁克爾遜遜從18879年年開(kāi)始對(duì)對(duì)光速進(jìn)進(jìn)行了長(zhǎng)長(zhǎng)達(dá)500年的測(cè)測(cè)量工作作，基本本上沿用用了傅科科的方法法，后來(lái)來(lái)將斐索索的齒輪輪法和傅傅科的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鏡法相相結(jié)合，創(chuàng)立了了棱鏡旋旋轉(zhuǎn)法。棱鏡旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速速可以測(cè)測(cè)定，由由發(fā)光和和接收光光的時(shí)間間、棱鏡鏡轉(zhuǎn)速和和光來(lái)回回傳遞距距離的數(shù)數(shù)學(xué)關(guān)系系，可以以導(dǎo)出光光速來(lái)。轉(zhuǎn)鏡是一一個(gè)正八八面的鋼鋼質(zhì)棱鏡鏡，從光光源S發(fā)出的的光射到到轉(zhuǎn)鏡面面R上，經(jīng)經(jīng)R反射后后又射到到35公里里以外的的一塊反反射鏡CC上。光光線再經(jīng)經(jīng)反射后后又回到到轉(zhuǎn)鏡。所用時(shí)時(shí)間是tt=2DD/c。

39、在t時(shí)間中中轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)個(gè)角度。實(shí)驗(yàn)時(shí)時(shí)，逐漸漸加快轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)速速，當(dāng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達(dá)到到 5228轉(zhuǎn)/秒時(shí)，在t時(shí)間里里正好轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過(guò)1/8圈。返回的的光線恰恰恰落在在棱鏡的的下一個(gè)個(gè)面上，通過(guò)半半透鏡MM可以從從望遠(yuǎn)鏡鏡里看到到返回光光線所成成的像。用這種種方法得得到c=299979664公里秒秒。 19007年，阿爾伯伯特邁克爾爾遜是第第一位獲獲諾貝爾爾物理獎(jiǎng)獎(jiǎng)的美國(guó)國(guó)科學(xué)家家。4其他他方法克爾盒盒法：119288年，卡卡婁拉斯斯和米太太斯塔德德首先提提出利用用克爾盒盒法來(lái)測(cè)測(cè)定光速速。19951年年，貝奇奇斯傳德德用這種種方法測(cè)測(cè)出的光光速是22997793千千米/秒。微波諧諧振腔法法19550年

40、埃埃森最先先采用測(cè)測(cè)定微波波波長(zhǎng)和和頻率的的方法來(lái)來(lái)確定光光速在在他的實(shí)實(shí)驗(yàn)中，將微波波輸入到到圓柱形形的諧振振腔中，當(dāng)微波波波長(zhǎng)和和諧振腔腔的幾何何尺寸匹匹配時(shí)，諧振腔腔的圓周周長(zhǎng)DD和波長(zhǎng)長(zhǎng)之比有有如下的的關(guān)系：D=2.44048825，因此此可以通通過(guò)諧振振腔直徑徑的測(cè)定定來(lái)確定定波長(zhǎng)，而直徑徑則用干干涉法測(cè)測(cè)量；頻頻率用逐逐級(jí)差頻頻法測(cè)定定測(cè)量量精度達(dá)達(dá)10-77在埃埃森的實(shí)實(shí)驗(yàn)中，所用微微波的波波長(zhǎng)為110厘米米，所得得光速的的結(jié)果為為29997922.51kmm/s激光測(cè)測(cè)速法119700年美國(guó)國(guó)國(guó)家標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)局和和美國(guó)國(guó)國(guó)立物理理實(shí)驗(yàn)室室最先運(yùn)運(yùn)用激光光測(cè)定光光速這這個(gè)方法法的原理理

41、是同時(shí)時(shí)測(cè)定激激光的波波長(zhǎng)和頻頻率來(lái)確確定光速速（c=）由于于激光的的頻率和和波長(zhǎng)的的測(cè)量精精確度已已大大提提高，所所以用激激光測(cè)速速法的測(cè)測(cè)量精度度可達(dá)110-99，比以以前已有有最精密密的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)方法提提高精度度約1000倍19722年，埃埃文森測(cè)測(cè)得了目目前真空空中光速速的最佳佳數(shù)值：299979224577.40.11米/秒。根據(jù)19975年年第十五五屆國(guó)際際計(jì)量大大會(huì)的決決議，現(xiàn)現(xiàn)代真空空中光速速的最可可靠值是是：c=29997992.44580.0001kkm/ss光速的理理論值為為順便指出出一點(diǎn)：各種測(cè)測(cè)量光速速的方法法，得到到的結(jié)果果都很一一致，這這也成為為光速不不變性的的一個(gè)有

42、有力佐證證。四超光速速問(wèn)題對(duì)光速極極限這個(gè)個(gè)結(jié)論要要加幾點(diǎn)點(diǎn)注解。有一一種不正正確的理理解，認(rèn)認(rèn)為光速速極限是是一切速速度的極極限。實(shí)實(shí)際上，光速只只是物體體運(yùn)動(dòng)速速度的一一種極限限，或能能量傳遞遞速度的的一種極極限。如如果不注注意這個(gè)個(gè)條件，一般地地談速度度。那么么，超光光速的現(xiàn)現(xiàn)象在物物理學(xué)中中是存在在的。舉一一個(gè)極常常見(jiàn)的例例子。在在節(jié)日的的晚上，當(dāng)探照照燈射向向高空的的云層時(shí)時(shí)，由于于云層的的反射，你會(huì)在在云層上上看到一一個(gè)亮點(diǎn)點(diǎn)。當(dāng)?shù)氐孛嫔系牡奶秸諢魺袈D(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，亮點(diǎn)卻卻以極快快的速度度在運(yùn)動(dòng)動(dòng)。如果果能有足足夠高的的云層，這個(gè)亮亮點(diǎn)的速速度就可可以超過(guò)過(guò)光速。這時(shí)，沿著亮亮點(diǎn)運(yùn)動(dòng)

43、動(dòng)的軌道道并沒(méi)有有能量的的傳遞，所以它它的速度度并不受受光速極極限的限限制。七十年代代以來(lái)，射電天天文觀測(cè)測(cè)的分辨辨率大大大提高。利用所所謂甚長(zhǎng)長(zhǎng)基線干干涉儀，則其分分辨率相相當(dāng)于站站在拉薩薩古城可可以看清清哈爾濱的的一張郵郵票。用用這種技技術(shù)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，許多多類(lèi)星體體中包含含兩個(gè)相相對(duì)稱(chēng)的的射電子子源。更更有趣的的是，發(fā)發(fā)現(xiàn)有的的類(lèi)星體體兩個(gè)子子源的間間距在不不斷地增增大。由由間距增增大的速速率可以以推算出出兩個(gè)子子源的分分離速度度。對(duì)于于3C3445，3C2773，3C2779等幾幾個(gè)類(lèi)星星體，這這個(gè)分離離速度都都超過(guò)光光速，有有的甚至至達(dá)到光光速的十十倍！有一一種解釋釋這種超超光速的的模型，

44、就是認(rèn)認(rèn)為類(lèi)星星體的中中心母體體噴射出出兩股相相反方向向的粒子子流（相相當(dāng)于探探照燈的的光），它照射射在星系系際介質(zhì)質(zhì)上（相相當(dāng)于高高空中的的云），從而激激起射電電輻射（相當(dāng)于于亮點(diǎn)）。因此此，只要要中心母母體有小小的擺動(dòng)動(dòng)。粒子子流照射射所激起起的輻射射區(qū)就會(huì)會(huì)迅速地地移動(dòng)。光速不不是這種種輻射區(qū)區(qū)移動(dòng)速速度的極極限，因因而超過(guò)過(guò)光速是是許可的的。當(dāng)然然，“探照燈燈”模型只只是超光光速運(yùn)動(dòng)動(dòng)的一種種可能的的解釋。還有許許多其它它模型也也都可以以解釋超超光速現(xiàn)現(xiàn)象。目目前這個(gè)個(gè)問(wèn)題還還沒(méi)有公公認(rèn)的合合理解釋釋?zhuān)枰M(jìn)一步步的觀測(cè)測(cè)以檢驗(yàn)驗(yàn)?zāi)囊环N種機(jī)制更更加合理理。五 “以太漂漂移”的測(cè)定定1

45、早期期對(duì)“以太”的認(rèn)識(shí)識(shí)：古希臘臘時(shí)期，亞里士士多德假假想月球球以上的的天體是是由第五五種元素素“以太”構(gòu)成；17世世紀(jì)中期期，笛卡卡兒提出出“以太旋旋渦”假說(shuō)：宇宙空空間充滿滿一種稀稀薄的“以太”物質(zhì)，并圍繞繞各個(gè)天天體旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)形成旋旋渦，吸吸引周?chē)鷩奈矬w體向中心心靠攏；惠更斯斯認(rèn)為光光是一種種機(jī)械波波，“以太”就是傳傳播光波波的媒質(zhì)質(zhì)；進(jìn)入119世紀(jì)紀(jì)，法拉拉第把“以太”看作是是力線的的載荷物物；麥克克斯韋也也用以太太運(yùn)動(dòng)解解釋電磁磁現(xiàn)象，至199世紀(jì)末末，物理理學(xué)界普普遍認(rèn)為為“以太”是電、磁、光光現(xiàn)象的的共同載載體。2“以以太”的運(yùn)動(dòng)動(dòng)觀： 18118年菲菲涅耳提提出靜止止以太說(shuō)說(shuō)：地

46、球球?qū)τ谝砸蕴珌?lái)說(shuō)說(shuō)，是由由極為多多孔的物物質(zhì)組成成，以太太在其中中運(yùn)動(dòng)幾幾乎不受受任何阻阻礙，地地球不能能或只能能極其微微弱的拖拖曳以太太。 18445年斯斯托克斯斯提出完完全拖曳曳說(shuō)：認(rèn)認(rèn)為地球球表面，以太與與地球有有相同的的速度，只有在在遠(yuǎn)離地地球的地地方，以以太才不不能被拖拖曳，處處于靜止止?fàn)顟B(tài)。 18551年菲菲索提出出部分拖拖曳說(shuō)：他用順順著和逆逆著水流流行進(jìn)的的兩束光光干涉的的實(shí)驗(yàn)說(shuō)說(shuō)明了以以太既不不是完全全靜止的的，也不不是完全全被拖曳曳，只是是部分被被拖曳。其拖曳曳程度由由物體的的性質(zhì)決決定。如如空氣不不能拖曳曳以太，水可以以部分拖拖曳。至19世世紀(jì)末，人們基基本形成成了這樣

47、樣一種認(rèn)認(rèn)識(shí)：宇宇宙間充充滿了以以太，它它是絕對(duì)對(duì)靜止的的（絕對(duì)對(duì)空間的的參照物物）；天天體在以以太中穿穿行，但但并不拖拖曳以太太；以太太滲透到到一切物物體中，并被部部分拖曳曳，但卻卻不受大大氣運(yùn)動(dòng)動(dòng)的影響響。3“以以太漂移移”的測(cè)定定斐索索的流水水實(shí)驗(yàn) 18551年，斐索在在流水中中比較光光速，實(shí)實(shí)驗(yàn)原理理如下圖圖,光源發(fā)發(fā)出的光光經(jīng)半透透鏡反射射進(jìn)入兩兩狹縫SS1和S2形成成兩光束束，進(jìn)入入水管，一束順順?biāo)鞣椒较?，一一束逆水水流方向向，均?jīng)經(jīng)反射鏡鏡M反射，在S處會(huì)合合發(fā)生干干涉。觀觀察干涉涉條紋可可以檢查查因受水水流曳引引形成的的光程差差。假如如水中的的以太不不被流水水曳引，兩束光光在

48、水中中的速率率是一樣樣的，無(wú)無(wú)論水是是否流動(dòng)動(dòng)，干涉涉條紋都都不會(huì)發(fā)發(fā)生變化化。如果果以太被被流水曳曳引，拖拖曳系數(shù)數(shù)為k，水流流的速度度為v，則以以太被拖拖曳的速速率為kkv；兩兩束光在在流水中中相對(duì)于于地球的的速率就就不相同同，于是是便能看看到干涉涉條紋的的變化。光在流流水中相相對(duì)于地地球的速速度為:c=c/nnkvv,斐索索通過(guò)實(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)得得k=00.466，表明明水中的的以太被被部分拖拖曳。(18117年，菲涅耳耳通過(guò)理理論導(dǎo)出出以太被被物體拖拖曳的常常數(shù)為 1-11/n22。對(duì)水水而言，其值為為0.4438，兩結(jié)果果一致。)根據(jù)菲涅涅耳理論論，對(duì)于于地球表表面的空空氣，nn1，所以 k

49、=00。表明明空氣對(duì)對(duì)以太沒(méi)沒(méi)有拖曳曳作用。但是這這一公式式的意義義，當(dāng)時(shí)時(shí)并沒(méi)有有被人所所理解。直到愛(ài)愛(ài)因斯坦坦建立了了相對(duì)論論才得到到圓滿的的解釋。邁克耳耳遜干涉涉儀：18811年邁克克耳遜設(shè)設(shè)計(jì)了一一種干涉涉儀，如如圖，用用于尋找找絕對(duì)靜靜止的以以太是否否存在。當(dāng)兩光束束有一定定光程差差時(shí)，在在d處則出出現(xiàn)干涉涉條紋。如果以以太是靜靜止不動(dòng)動(dòng)的，則則由于地地球繞太太陽(yáng)的運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)，地地球表面面應(yīng)有“以太風(fēng)風(fēng)”刮過(guò)。這以太太風(fēng)相當(dāng)當(dāng)于斐索索實(shí)驗(yàn)中中水的流流動(dòng)。如如果把儀儀器轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)90度，則必然然會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)條紋的的移動(dòng)。通過(guò)推推導(dǎo)，條條紋的移移動(dòng)量為為：=ct / ,估計(jì)計(jì)應(yīng)有00.4條條紋的移移

50、動(dòng)，但但實(shí)驗(yàn)結(jié)結(jié)果只有有0.11條紋的的移動(dòng)，而這一一微小數(shù)數(shù)值可以以理解為為實(shí)驗(yàn)中中的誤差差。18877年邁克克爾遜與與莫雷合合作，對(duì)對(duì)儀器改改進(jìn)后又又進(jìn)行了了更精密密測(cè)量：將整個(gè)個(gè)光學(xué)系系統(tǒng)安裝裝在大石石板上，再將石石板浮在在水銀槽槽上，可可以自由由旋轉(zhuǎn)改改變方位位。光路路經(jīng)多次次反射，光程可可達(dá)111米。但結(jié)結(jié)論仍是是“零結(jié)果果”。因此此得出：以太太被完全全拖曳；根本本不存在在以太。早在17728年年，英國(guó)國(guó)天文學(xué)學(xué)家布來(lái)來(lái)得雷在在他的光光行差實(shí)實(shí)驗(yàn)中，就已判判明以太太沒(méi)有被被太陽(yáng)拖拖曳(洛奇的的轉(zhuǎn)盤(pán)實(shí)實(shí)驗(yàn)也證證明以太太靜止)，以太太相對(duì)于于太陽(yáng)是是靜止的的。邁克爾遜遜和莫雷雷仍傾向向于

51、完全全曳引假假說(shuō)，但但從完全全曳引假假說(shuō)必然然會(huì)得出出這樣一一個(gè)結(jié)論論：在運(yùn)運(yùn)動(dòng)物體體表面有有一速度度梯度的的區(qū)域，如果靠靠得很近近，總可可以覺(jué)察察出這一一效應(yīng)。洛奇的的轉(zhuǎn)盤(pán)實(shí)實(shí)驗(yàn) 18992年，英國(guó)物物理學(xué)家家洛奇做做了一個(gè)個(gè)鋼盤(pán)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，以實(shí)實(shí)驗(yàn)“以太”的漂移移。他把把靠得很很近的大大鋼鋸圓圓盤(pán)（直直徑3英尺）平行的的裝在電電機(jī)的軸軸上，使使其高速速旋轉(zhuǎn)（可達(dá)440000轉(zhuǎn)/分）。一束光光經(jīng)半透透鏡分為為兩路，分別沿沿相反方方向在鋼鋼盤(pán)之間間走三圈圈，再回回合于望望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)產(chǎn)生干涉涉條紋。如果鋼盤(pán)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)拖拖曳周?chē)鷩蕴D(zhuǎn)，則則兩路光光線將產(chǎn)產(chǎn)生時(shí)間間差，造造成干涉涉條紋移移動(dòng)。但實(shí)驗(yàn)

52、結(jié)結(jié)果為：不論鋼鋼盤(pán)轉(zhuǎn)速速如何，鋼盤(pán)正正轉(zhuǎn)或反反轉(zhuǎn)，造造成的條條紋移動(dòng)動(dòng)都在誤誤差范圍圍以內(nèi)。從而證證明以太太靜止。所以邁邁克爾遜遜莫雷實(shí)實(shí)驗(yàn)的“以太風(fēng)風(fēng)的零結(jié)結(jié)果”表明：以太根根本不存存在。4. 光譜的的研究一光譜的的早期研研究16666年牛牛頓的色色散實(shí)驗(yàn)驗(yàn)開(kāi)始了了光譜研研究的歷歷史，由由于他用用圓孔作作光闌，并沒(méi)有有觀察到到光譜譜譜線。17448年-17749年年間，英英國(guó)的梅梅耳維爾爾用棱鏡鏡觀察了了多種材材料的火火焰光譜譜，包括括納的黃黃線。18000年，英國(guó)天天文學(xué)家家赫謝爾爾測(cè)量了了太陽(yáng)光光譜中各各部分的的熱效應(yīng)應(yīng)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)紅端輻輻射溫度度較高。他注意意到紅端端以外的的區(qū)域，也具有

53、有熱效應(yīng)應(yīng)，從而而發(fā)現(xiàn)了了紅外線線。18001年，德國(guó)科科學(xué)家里里特(RRittter)發(fā)現(xiàn)在在光譜紫紫色的外外側(cè)仍能能使氯化化銀變黑黑，且比比紫光的的化學(xué)作作用更強(qiáng)強(qiáng)烈，從從而發(fā)現(xiàn)現(xiàn)了紫外外線。18002年沃沃拉斯頓頓(Woollaastoon)觀觀察到太太陽(yáng)光譜譜的不連連續(xù)性，發(fā)現(xiàn)中中間有多多條黑線線，但他他誤認(rèn)為為是顏色色的分界界線。18003年托托馬斯楊楊的干涉涉實(shí)驗(yàn)提提供了測(cè)測(cè)量波長(zhǎng)長(zhǎng)的方法法.德國(guó)物物理學(xué)家家夫瑯和和費(fèi)對(duì)太太陽(yáng)光譜譜進(jìn)行了了深入研研究，118144-18815年年他向慕慕尼黑科科學(xué)院展展示了自自己編繪繪的太陽(yáng)陽(yáng)光譜圖圖，內(nèi)有有多條黑黑線，并并對(duì)其中中八根顯顯要的黑黑

54、線標(biāo)以以A、BHH等字母母(稱(chēng)為夫夫瑯和費(fèi)費(fèi)線)。這些些黑線后后來(lái)成為為比較不不同玻璃璃材料色色散率的的標(biāo)準(zhǔn)，并為光光譜精確確測(cè)量提提供了基基礎(chǔ)。 18221年-18822年年期間，夫瑯和和費(fèi)詳細(xì)細(xì)地研究究了衍射射現(xiàn)象，在波動(dòng)動(dòng)說(shuō)的基基礎(chǔ)上導(dǎo)導(dǎo)出了從從衍射圖圖形求波波長(zhǎng)的關(guān)關(guān)系式，確定了了主要暗暗線的波波長(zhǎng)，如如D=5888.777m.發(fā)明了衍衍射光柵柵，最初初用金屬屬絲等距距排列起起來(lái)作為為衍射光光柵；后后來(lái)建造造了刻紋紋機(jī)：將將金箔貼貼在玻璃璃板上，用金剛剛石在金金箔上刻刻痕，作作成透射射光柵。二光譜分分析的誕誕生1前奏奏在夫瑯和和費(fèi)之后后，許多多人對(duì)光光譜進(jìn)行行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)研究，認(rèn)識(shí)到到光譜

55、與與物質(zhì)的的化學(xué)成成分有關(guān)關(guān)，從而而導(dǎo)致光光譜分析析的誕生生。 18332年布布儒斯特特發(fā)現(xiàn)透透過(guò)發(fā)煙煙硝酸的的太陽(yáng)光光的光譜譜中有暗暗線和光光譜帶，他認(rèn)為為，這些些暗線產(chǎn)產(chǎn)生于地地球大氣氣對(duì)光的的吸收，或是太太陽(yáng)大氣氣對(duì)光的的吸收。 18445年英英國(guó)化學(xué)學(xué)家米勒勒研究了了金屬鹽鹽類(lèi)火焰焰的吸收收光譜和和發(fā)射光光譜，證證實(shí)了鈉鈉的明線線和太陽(yáng)陽(yáng)光譜中中的D線恰好好相合。 18449年傅傅科把蘇蘇打涂在在弧光燈燈碳棒的的前端，首先在在D線位置置得到暗暗線，如如果讓太太陽(yáng)光通通過(guò)，則則太陽(yáng)光光譜中的的D線明顯顯變暗。由此得得出結(jié)論論：同一一電弧在在產(chǎn)生DD線的同同時(shí)，還還吸收別別處來(lái)的的D線。以

56、上實(shí)驗(yàn)驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，為德德國(guó)物理理學(xué)家基基爾霍夫夫與本生生創(chuàng)建光光譜分析析理論開(kāi)開(kāi)辟了道道路。2光譜譜分析理理論的建建立： 18559年，基爾霍霍夫?qū)夤獾奈帐蘸桶l(fā)射射之間的的關(guān)系作作了深入入研究。他和本本生(BBunssen)合作研研究了各各種物質(zhì)質(zhì)的火焰焰光譜和和火花光光譜，正正確解釋釋了夫瑯瑯和費(fèi)線線，在當(dāng)當(dāng)年發(fā)表表的論文文中，他他寫(xiě)到：“這種研研究使我我們從吹吹管火焰焰中的光光譜去認(rèn)認(rèn)識(shí)復(fù)雜雜混合物物的定性性成分?？梢允故刮覀冏髯鞒鲫P(guān)于于太陽(yáng)大大氣、和和或許關(guān)關(guān)于較亮亮恒星大大氣的成成分的結(jié)結(jié)論。”通過(guò)實(shí)實(shí)驗(yàn)，他他們認(rèn)為為：太陽(yáng)陽(yáng)大氣中中有鈉、鉀，但但沒(méi)有鋰鋰，或數(shù)數(shù)量相當(dāng)當(dāng)少。在在他

57、們合合寫(xiě)的論論文借借助光譜譜觀察進(jìn)進(jìn)行化學(xué)學(xué)分析中指出出：“無(wú)論含含有金屬屬的化合合物的位位置何等等不同，也無(wú)論論這些單單獨(dú)火焰焰的溫度度的差別別是何等等巨大，都不會(huì)會(huì)對(duì)相應(yīng)應(yīng)的個(gè)別別金屬的的譜線位位置發(fā)生生任何影影響?！边@一結(jié)結(jié)論為化化學(xué)分析析提供了了強(qiáng)大的的武器，為物理理學(xué)開(kāi)辟辟了光譜譜分析的的新領(lǐng)域域。三巴爾末末發(fā)現(xiàn)氫氫光譜規(guī)規(guī)律1埃格格斯特朗朗的“標(biāo)準(zhǔn)太太陽(yáng)光譜譜”圖表 18668年，瑞典阿阿普沙拉拉大學(xué)的的物理學(xué)學(xué)教授埃埃格斯特特朗發(fā)表表“標(biāo)準(zhǔn)太太陽(yáng)光譜譜”圖表，記有上上千條夫夫朗和費(fèi)費(fèi)線的波波長(zhǎng)，以以10-88cm為為單位，精確到到六位有有效數(shù)字字，為光光譜工作作者提供供了極其其有

58、用的的寶貴資資料。為為了紀(jì)念念他，后后來(lái)將110-88cm命命名為埃埃格斯特特朗單位位，記為為1。2埃格格斯特朗朗首先找找到氫光光譜的譜譜系 18668年埃埃格斯特特朗從氣氣體放電電的光譜譜中找到到了氫的的紅線(H)，并證證明它就就是夫朗朗和費(fèi)從從太陽(yáng)光光譜發(fā)現(xiàn)現(xiàn)的C線，后后來(lái)又發(fā)發(fā)現(xiàn)了另另外幾根根可見(jiàn)光光區(qū)域的的氫譜線線，測(cè)量量了它們們的波長(zhǎng)長(zhǎng)。3氫光光譜的拍拍攝18800年，胡胡金斯(Huggginns)和和沃格爾爾(Voogell)成功功地拍攝攝了恒星星的光譜譜，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)氫的光光譜線一一直擴(kuò)展展到紫外外區(qū)，組組成一光光譜系。這個(gè)光光譜系非非常有規(guī)規(guī)律：從從紅線到到紫外區(qū)區(qū)，一根根接著一一根，密密度逐漸漸增加。4. 巴巴爾末(Ballmerr,18825-18998)發(fā)發(fā)現(xiàn)氫光光譜規(guī)律律19世紀(jì)紀(jì)80年代代初，光光譜學(xué)取取得很大大發(fā)展，積累了了大量數(shù)數(shù)據(jù)資料料。如何何從浩繁繁的光譜譜資料中中找出其其中的規(guī)規(guī)律?是擺在在物理學(xué)學(xué)家面前前的任務(wù)務(wù)。巴爾爾末，瑞瑞士的一一位中學(xué)學(xué)數(shù)學(xué)教教師，在在巴塞爾爾大學(xué)教教授哈根根拜希(E.HHageenbaach)的指點(diǎn)點(diǎn)下將氫氫光譜的的規(guī)律總總結(jié)出來(lái)來(lái)，于118844年6月25日向全國(guó)國(guó)科學(xué)協(xié)協(xié)會(huì)報(bào)告告了自己己的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)