民眾大舞台——風俗世情

1. 托馬斯・揚的“雙縫幹涉”

　　光是一種微粒， 還是在“以太”媒質中傳播的波？ 關於它的爭論， 已有100 多年了。然而， 微粒說較接近人們的直觀， 又由於牛頓支持這種觀點， 加上波動說比較粗糙， 微粒說占據著上風。

　　最早衝擊微粒學說的科學家是英國醫生托馬斯・揚， 他的興趣十分廣泛， 而且才華橫溢。他從職業角度出發， 研究人的眼睛和聲音。揚發現， 光與聲是類似的。聲音是一種波動， 光也是一種波動， 微粒說解釋一些現象是有困難的。

　　在實驗方麵， 揚巧妙地設計了一個實驗， 這就是著名的“雙縫幹涉”實驗。實驗非常簡單。它隻需一個點光源和刻有兩個狹縫的板， 以及一塊像屏。按照微粒說來分析， 通過雙狹縫的兩束光重合後會變亮， 其餘地方是不亮的。然而， 實驗的結果是， 當光通過兩

　　個狹縫就在像屏上形成明暗相間的條紋。

　　這是一個很奇怪的現象。按照常識和經驗， 房間點兩盞相同的燈， 點兩盞燈的亮度是點一盞燈的亮度的兩倍， 用一個公式表示， 就是1+1=2 。但是， 揚的實驗結果並非如此， 它有兩個結果， 即1+1= 4 ( 亮條紋) 和1+1=0 ( 暗條紋) 。揚認為， 這是一種幹涉現象。所謂幹涉現象就是， 在像屏上同一點， 通過兩條狹縫的兩列波， 必須具有相同的振動頻率和相同的振動方向。由於兩列波行走的距離( 叫做光程差) 是不同的， 如圖所示， AC> AB， 但是對於同一點( 如A) ， 它的光程差( 換算一下可變成位相差) 是恒定的。這就好比是， 當滿足1+1 = 4 的條件，A 點就是亮條紋； 當滿足1+1= 0， A 點就是暗條紋。

　　揚利用幹涉條紋的寬度和兩個小孔間的距離， 計算出各種色光的波長。如紅光波長為0. 00075 毫米， 紫光波長為0. 00039毫米。順便說一下， 量度光的波長的單位用毫米顯得很大， 寫起來零太多了。後來， 人們為了紀念瑞典的物理學家埃斯特朗， 建議用埃來表示波長的單位。1 埃=10 -毫米。這樣， 紅光波長就為7500 埃， 紫光波長為3900 埃。

　　知道了光的波長是如此之小，人們才明白，盡管光是波， 光線仍沿直線傳播。

　　非常遺憾的是， 揚的波動理論並未受到人們應有的重視。特別是在牛頓的故鄉， 牛頓的無上權威對光的波動說本身就形成了一種壓製。對此， 揚也很苦惱。後來， 他遠離了光學研究， 並且去了非洲。然而， 僅僅過了十幾年， 人們就對揚的理論刮目相看了。

　　1814 年， 法國工程師菲涅爾開始了他的科學研究生涯。在不知道托馬斯・揚的光學研究的情況下， 菲涅爾也研究了幹涉現象。他設計了一種雙鏡幹涉的實驗。

　　這是兩個平麵鏡， 它們的交縫是對齊的， 並有一個很小的角度(0. 5°～1°) 。當一個點光源的光束照射在兩鏡麵上， 在像屏上也能產生幹涉條紋。後來， 菲涅爾又做了改進， 他設計了雙棱鏡幹涉實驗， 實驗效果要更好些。

　　菲涅爾實驗的成功， 對托馬斯・揚的研究是一個很大的支持。