光的波動(dòng)說(shuō)與微粒說(shuō)之爭(zhēng)_第1頁(yè)
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光的波動(dòng)說(shuō)與微粒說(shuō)之爭(zhēng)第一頁(yè),共十八頁(yè),2022年,8月28日

格里馬實(shí)驗(yàn):讓一束光穿過(guò)一個(gè)小孔,讓這束光穿過(guò)小孔后照到暗室里的一個(gè)屏幕上。他發(fā)現(xiàn)光線通過(guò)小孔后的光影明顯變寬了。格里馬第進(jìn)行了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn),他讓一束光穿過(guò)兩個(gè)小孔后照到暗室里的屏幕上,這時(shí)得到了有明暗條紋的圖像。他認(rèn)為這種現(xiàn)象與水波十分相像.

格里馬第二頁(yè),共十八頁(yè),2022年,8月28日光的衍射得出結(jié)論:光是一種能夠作波浪式運(yùn)動(dòng)的流體,光的不同顏色是波動(dòng)頻率不同的結(jié)果。格里馬第一個(gè)提出了“光的衍射”這一概念,是光的波動(dòng)學(xué)說(shuō)最早的倡導(dǎo)者。第三頁(yè),共十八頁(yè),2022年,8月28日1663年,英國(guó)科學(xué)家波義耳提出了物體的顏色不是物體本身的性質(zhì),而是光照射在物體上產(chǎn)生的效果。他第一次記載了肥皂泡和玻璃球中的彩色條紋。這一發(fā)現(xiàn)與格里馬第的說(shuō)法有不謀而合之處,為后來(lái)的研究奠定了基礎(chǔ)。

波義耳第四頁(yè),共十八頁(yè),2022年,8月28日

不久后,英國(guó)物理學(xué)家胡克重復(fù)了格里馬第的試驗(yàn),并通過(guò)對(duì)肥皂泡膜的顏色的觀察提出了“光是以太的一種縱向波”的假說(shuō)。根據(jù)這一假說(shuō),胡克也認(rèn)為光的顏色是由其頻率決定的。

胡克第五頁(yè),共十八頁(yè),2022年,8月28日

1672年,偉大的牛頓在他的論文《關(guān)于光和色的新理論》中談到他所作的光的色散實(shí)驗(yàn):讓太陽(yáng)光通過(guò)一個(gè)小孔后照在暗室里的棱鏡上,在對(duì)面的墻壁上會(huì)得到一個(gè)彩色光譜。光的色散實(shí)驗(yàn)第六頁(yè),共十八頁(yè),2022年,8月28日他認(rèn)為,光的復(fù)合和分解就像不同顏色的微?;旌显谝黄鹩直环珠_(kāi)一樣。在這篇論文里他用微粒說(shuō)闡述了光的顏色理論。第一次波動(dòng)說(shuō)與粒子說(shuō)的爭(zhēng)論由“光的顏色”這根導(dǎo)火索引燃了。從此胡克與牛頓之間展開(kāi)了漫長(zhǎng)而激烈的爭(zhēng)論。牛頓第七頁(yè),共十八頁(yè),2022年,8月28日1672年2月6日,以胡克為主席,由胡克和波義耳等組成的英國(guó)皇家學(xué)會(huì)評(píng)議委員會(huì)對(duì)牛頓提交的論文《關(guān)于光和色的新理論》基本上持以否定的態(tài)度。牛頓開(kāi)始并沒(méi)有完全否定波動(dòng)說(shuō),也不是微粒說(shuō)偏執(zhí)的支持者。但在爭(zhēng)論展開(kāi)以后,牛頓在很多論文中對(duì)胡克的波動(dòng)說(shuō)進(jìn)行了反駁。由于此時(shí)的牛頓和胡克都沒(méi)有形成完整的理論,因此波動(dòng)說(shuō)和微粒說(shuō)之間的論戰(zhàn)并沒(méi)有全面展開(kāi)。

但科學(xué)上的爭(zhēng)論就是這樣,一旦產(chǎn)生便要尋個(gè)水落石出。第八頁(yè),共十八頁(yè),2022年,8月28日1666年,惠更斯應(yīng)邀來(lái)到巴黎科學(xué)院以后,并開(kāi)始了對(duì)物理光學(xué)的研究?;莞拐J(rèn)為,光是一種機(jī)械波;光波是一種靠物質(zhì)載體來(lái)傳播的縱向波,傳播它的物質(zhì)載體是“以太”;波面上的各點(diǎn)本身就是引起媒質(zhì)振動(dòng)的波源。根據(jù)這一理論,惠更斯證明了光的反射定律和折射定律,也比較好的解釋了光的衍射、雙折射現(xiàn)象和著名的“牛頓環(huán)”實(shí)驗(yàn)?;莞沟牟▌?dòng)說(shuō):光的反射光的折射第九頁(yè),共十八頁(yè),2022年,8月28日惠更斯又舉出了一個(gè)生活中的例子來(lái)反駁微粒說(shuō)。如果光是由粒子組成的,那么在光的傳播過(guò)程中各粒子必然互相碰撞,這樣一定會(huì)導(dǎo)致光的傳播方向的改變。而事實(shí)并非如此。第十頁(yè),共十八頁(yè),2022年,8月28日就在惠更斯積極的宣傳波動(dòng)學(xué)說(shuō)的同時(shí),牛頓的微粒學(xué)說(shuō)也逐步的建立起來(lái)了。牛頓修改和完善了他的光學(xué)著作《光學(xué)》。基于各類實(shí)驗(yàn),在《光學(xué)》一書(shū)中,牛頓一方面提出了兩點(diǎn)反駁惠更斯的理由:第一,光如果是一種波,它應(yīng)該同聲波一樣可以繞過(guò)障礙物、不會(huì)產(chǎn)生影子;第二,冰洲石的雙折射現(xiàn)象說(shuō)明光在不同的邊上有不同的性質(zhì),波動(dòng)說(shuō)無(wú)法解釋其原因。另一方面,牛頓把他的物質(zhì)微粒觀推廣到了整個(gè)自然界,并與他的質(zhì)點(diǎn)力學(xué)體系融為一體,為微粒說(shuō)找到了堅(jiān)強(qiáng)的后盾。隨著牛頓聲望的提高,人們對(duì)他的理論頂禮膜拜,重復(fù)他的實(shí)驗(yàn),并堅(jiān)信與他相同的結(jié)論。整個(gè)十八世紀(jì),幾乎無(wú)人向微粒說(shuō)挑戰(zhàn),也很少再有人對(duì)光的本性作進(jìn)一步的研究。第十一頁(yè),共十八頁(yè),2022年,8月28日

1800托馬斯·楊年寫(xiě)成了論文《關(guān)于光和聲的實(shí)驗(yàn)和問(wèn)題》。在這篇論文中,楊氏把光和聲進(jìn)行類比,因?yàn)槎咴谥丿B后都有加強(qiáng)或減弱的現(xiàn)象,他認(rèn)為光是在以太流中傳播的彈性振動(dòng),并指出光是以縱波形式傳播的。他同時(shí)指出光的不同顏色和聲的不同頻率是相似的。1801年,楊氏進(jìn)行了著名的楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所使用的白屏上明暗相間的黑白條紋證明了光的干涉現(xiàn)象,從而證明了光是一種波。托馬斯·楊的貢獻(xiàn):楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)第十二頁(yè),共十八頁(yè),2022年,8月28日1803年,楊氏寫(xiě)成了論文《物理光學(xué)的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算》。他根據(jù)光的干涉定律對(duì)光的衍射現(xiàn)象作了進(jìn)一步的解釋,認(rèn)為衍射是由直射光束與反射光束干涉形成的。但由于他認(rèn)為光是一種縱波,所以在理論上遇到了很多麻煩。他的理論受到了英國(guó)政治家布魯厄姆的尖刻的批評(píng),被稱作是“不合邏輯的”、“荒謬的”、“毫無(wú)價(jià)值的”。1808年,拉普拉斯用微粒說(shuō)分析了光的雙折射線現(xiàn)象,批駁了楊氏的波動(dòng)說(shuō)。1809年,馬呂斯在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象。在進(jìn)一步研究光的簡(jiǎn)單折射中的偏振時(shí),他發(fā)現(xiàn)光在折射時(shí)是部分偏振的。因?yàn)榛莞乖岢鲞^(guò)光是一種縱波,而縱波不可能發(fā)生這樣的偏振,這一發(fā)現(xiàn)成為了反對(duì)波動(dòng)說(shuō)的有利證據(jù)。第十三頁(yè),共十八頁(yè),2022年,8月28日面對(duì)種種不利情況,楊氏對(duì)光學(xué)再次進(jìn)行了深入的研究,1817年,他放棄了惠更斯的光是一種縱波的說(shuō)法,提出了光是一種橫波的假說(shuō),比較成功的解釋了光的偏振現(xiàn)象。吸收了一些牛頓派的看法之后,他又建立了新的波動(dòng)說(shuō)理論。1819年,菲涅耳成功的完成了對(duì)由兩個(gè)平面鏡所產(chǎn)生的相干光源進(jìn)行的光的干涉實(shí)驗(yàn),繼楊氏干涉實(shí)驗(yàn)之后再次證明了光的波動(dòng)說(shuō)。托馬斯楊菲涅爾第十四頁(yè),共十八頁(yè),2022年,8月28日1882年,德國(guó)天文學(xué)家夫瑯和費(fèi)首次用光柵研究了光的衍射現(xiàn)象。在他之后,德國(guó)另一位物理學(xué)家施維爾德根據(jù)新的光波學(xué)說(shuō),對(duì)光通過(guò)光柵后的衍射現(xiàn)象進(jìn)行了成功的解釋。至此,新的波動(dòng)學(xué)說(shuō)牢固的建立起來(lái)了。微粒說(shuō)開(kāi)始轉(zhuǎn)向劣勢(shì)。1887年,德國(guó)科學(xué)家赫茲發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng),光的粒子性再一次被證明!

赫茲光電效應(yīng)第十五頁(yè),共十八頁(yè),2022年,8月28日二十世紀(jì)初,普朗克和愛(ài)因斯坦提出了光的量子學(xué)說(shuō)。1905年3月,愛(ài)因斯坦在德國(guó)《物理年報(bào)》上發(fā)表了題為《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)推測(cè)性觀點(diǎn)》的論文他認(rèn)為對(duì)于時(shí)間的平均值,

光表現(xiàn)為波動(dòng);對(duì)于時(shí)間的瞬間值,光表現(xiàn)為粒子性。這是歷史上第一次揭示微觀客體波動(dòng)性和粒子性的統(tǒng)一,即波粒二象性。這一科學(xué)理論最終得到了學(xué)術(shù)界的廣泛接受。愛(ài)因斯坦普朗克第十六頁(yè),共十八頁(yè),2022年,8月28日1921年,愛(ài)因斯坦因?yàn)?光的波粒二象性"這一成就而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1921年,康普頓在試驗(yàn)中證明了X射線的粒子性。1927年,杰默爾和

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