牛頓對(duì)光顏色的理論

牛頓對(duì)光的顏色理論的貢獻(xiàn)早年的牛頓

牛頓(IssacNewton,1642-1727)與其父親同名，他是個(gè)遺腹子。牛頓的父系親屬們未曾接受教育，父親是位自耕農(nóng)，甚自不會(huì)簽自己的名字。牛頓的母親HannahAyscough是沒(méi)落貴族。1646年牛頓三歲時(shí)母親改嫁鄰村教區(qū)牧師史密斯(B.Smith)母親把牛頓留在莊園，由外祖父母搬來(lái)養(yǎng)育成長(zhǎng)中學(xué)時(shí)的牛頓

在其母親回到伍思索普一年后，12時(shí)就讀格蘭特罕的國(guó)王中學(xué)。這間學(xué)校成立于1520年代，當(dāng)時(shí)教育重點(diǎn)在古典的拉丁文、希臘文、圣經(jīng)等等，牛頓在此受亦到化學(xué)知識(shí)的啟發(fā)。牛頓的母親曾要求牛頓輟學(xué)，在校長(zhǎng)的堅(jiān)持下牛頓才得以留下。1660年牛頓通過(guò)大學(xué)入學(xué)考試，1661年進(jìn)入劍橋三一學(xué)院。

大學(xué)時(shí)期

1661年6月牛頓進(jìn)入了劍橋大學(xué)的三一學(xué)院。牛頓在大學(xué)時(shí)期雖然學(xué)的是亞里士多德的自然哲學(xué)，但是由他的筆記《哲學(xué)上的一些問(wèn)題》來(lái)看，他已經(jīng)廣泛吸收新科學(xué)的作品，如笛卡兒、虎克、博伊爾、伽利略、刻卜勒、霍布士等人的作品。1664年，他被選為三一學(xué)院的研究生，次年被選為校委。在1665年，牛頓拿到文學(xué)士學(xué)位，并開(kāi)始發(fā)展他自己的高等數(shù)學(xué)。1665年4月—1667年4月牛頓返回故鄉(xiāng)伍耳索普，產(chǎn)生了蘋果樹(shù)下的萬(wàn)有引力、微積分、光學(xué)等等新想法1666年牛頓提出萬(wàn)有引力定律，由于計(jì)算數(shù)值不夠精確，未得出萬(wàn)有引力的公式。1669年牛頓被授予盧卡斯數(shù)學(xué)教授席位。牛頓的光學(xué)研究1670年到1672年，牛頓負(fù)責(zé)講授光學(xué)。研究了光的折射，表明棱鏡可以將白光發(fā)散為彩色光譜，而透鏡和第二個(gè)棱鏡可以將彩色光譜重組為白光。1671年，他在皇家學(xué)會(huì)上展示了自己的反射式望遠(yuǎn)鏡。1672年牛頓應(yīng)邀參加皇家學(xué)會(huì)，這是一個(gè)由資深科學(xué)家組成的團(tuán)體。1675年發(fā)表著作《解釋光屬性的解說(shuō)》

1丶1666年，牛頓使用三棱鏡進(jìn)行了著名的色散試驗(yàn)。他發(fā)現(xiàn)白光是由各種不同顏色的光組成的，這是第一大貢獻(xiàn)。2丶牛頓為了驗(yàn)證這個(gè)發(fā)現(xiàn)，設(shè)法把幾種不同的單色光合成白光，并且計(jì)算出不同顏色光的折射率，精確地說(shuō)明了色散現(xiàn)象。揭開(kāi)了物質(zhì)的顏色之謎，原來(lái)物質(zhì)的色彩是不同顏色的光在物體上有不同的反射率和折射率造成的。牛頓由于發(fā)現(xiàn)了白光的組成，認(rèn)為折射望遠(yuǎn)鏡透鏡的色散現(xiàn)象是無(wú)法消除的，就設(shè)計(jì)和制造了反射望遠(yuǎn)鏡。為了制造望遠(yuǎn)鏡，他自己設(shè)計(jì)了研磨拋光機(jī)，實(shí)驗(yàn)各種研磨材料。公元1668年，他制成了第一架反射望遠(yuǎn)鏡樣機(jī)，這是第二大貢獻(xiàn)。3丶反射望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明奠定了現(xiàn)代大型光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡的基礎(chǔ)。同時(shí)，牛頓還進(jìn)行了大量的觀察實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)計(jì)算。牛頓還提出了光的“微粒說(shuō)”，認(rèn)為光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直線運(yùn)動(dòng)路徑。他的“微粒說(shuō)”與后來(lái)惠更斯的“波動(dòng)說(shuō)”構(gòu)成了關(guān)于光的兩大基本理論。這是他的第三大貢獻(xiàn)。此外，他還制作了牛頓色盤等多種光學(xué)儀器。

牛頓對(duì)光學(xué)的三大貢獻(xiàn)

從1663年起，他開(kāi)始磨制透鏡和自制望遠(yuǎn)鏡。在他送交皇家學(xué)會(huì)的信中報(bào)告說(shuō)：“我在1666年初做了一個(gè)三角形的玻璃棱鏡，以便試驗(yàn)?zāi)侵念伾F(xiàn)象。為此，我弄暗我的房間??”接著詳細(xì)敘述了他開(kāi)小孔、引陽(yáng)光進(jìn)行的棱鏡色散實(shí)驗(yàn)。關(guān)于光的顏色理論從亞里士多德到笛卡兒都認(rèn)為白光純潔均勻，乃是光的本色。“色光乃是白光的變種。牛頓細(xì)致地注意到陽(yáng)光不是像過(guò)去人們所說(shuō)的五色而是在紅、黃、綠、藍(lán)、紫色之間還有橙、靛青等中間色共七色。幾何光學(xué)和顏色理論（棱鏡光譜實(shí)驗(yàn)）

奇怪的還有棱鏡分光后形成的不是圓形而是長(zhǎng)條圓形，接著他又試驗(yàn)“玻璃的不同厚度部分”、“不同大小的窗孔”、“將棱鏡放在外邊”再通過(guò)孔、“玻璃的不平或偶然不規(guī)則”等的影響；用兩個(gè)棱鏡正倒放置以“消除第一棱鏡的效應(yīng)”；

取“來(lái)自太陽(yáng)不同部分的光線，看其不同的入射方向會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響”；并“計(jì)算各色光線的折射率”，“觀察光線經(jīng)棱鏡后會(huì)不會(huì)沿曲線運(yùn)動(dòng)”；最后才做了“判決性試驗(yàn)”：在棱鏡所形成的彩色帶中通過(guò)屏幕上的小孔取出單色光，再投射到第二棱鏡后，得出核色光的

組成的非勻勻的混合體”。這個(gè)驚人的結(jié)論推翻了前人的學(xué)說(shuō)，是牛頓細(xì)致觀察和多項(xiàng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)與思考的結(jié)果。在研究這個(gè)問(wèn)題的過(guò)程中，牛頓還肯定：不管是伽利略望遠(yuǎn)鏡（凹、凸）還是開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡（兩個(gè)凸透鏡），其結(jié)構(gòu)本身都無(wú)法避免物鏡色散引起起的色差。他發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)仔細(xì)研磨后的金屬反射鏡面