从剑桥留学生到物理学之神
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第60章 波粒之争

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书名:
从剑桥留学生到物理学之神
作者:
虚空圣堂
本章字数:
4992
更新时间:
2024-09-08

三一学院的答辩会上,李奇维在两百多人的注视下,娓娓道来。

“从两千多年前的古希腊开始,毕达哥拉斯学派的科学家就认为光是一种微小的粒子流。”

“没有什么特殊的原因,就是因为光很常见,直觉判断应该是粒子。”

“但先贤亚里士多德却认为,光的传播类似于水中的波纹,不过很少有人认可。”

“因此光是一种粒子的观点,就一直持续了近千年,没有什么进展。”

“直到1655年,意大利数学家格里马第发现,如果把一个物体放在阳光下,那么形成的阴影边缘是模糊的。”

“因此格里马第猜想,光会不会和水波一样,也会绕过障碍物,从而跑到物体后面,造成明暗的分界面不是泾渭分明的。”

“于是,他做了一个实验,让一束光穿过一个小孔,照在暗室里的屏幕上。”

“结果却发现,光通过小孔后,屏幕上的光影明显变宽。这种现象和水波十分相似。”

“因此他认为:光可能是一种能够以波动形式运动的流体,并首次提出【光的衍射】概念。”

“格里马第也成为光的波动学说的最早倡导者,打破了人们对于光粒子说的固有认知。”

教室内的众人全都安静地听着,他们被李奇维的简单易懂的语言折服,竟然对物理产生了一丝兴趣。

“随后,英国科学家胡克,继承了格里马第的思想,他进行了观察肥皂泡膜上颜色的实验,并提出光的颜色由其波动频率决定。”

“并且在1665年出版了《显微术》一书,明确支持光的波动说。”

“至此,当时的物理学家们普遍认为,光就是一种波,因为粒子无法解释衍射现象。”

“然而,上帝可能觉得这样太无聊了,想搅个局,于是伟大的牛顿爵爷横空出世。”

“其实牛顿一开始内心也是赞同光的波动说,但是因为被胡克歧视了,所以一气之下,就坚定地认为光是粒子。”

“在著名的三棱镜色散实验中,牛顿发现白光是由不同颜色的光组成,并用微粒说解释了颜色组成。”

“然后他凭借强大的数学能力,硬生生用粒子解释了光的折射、反射、甚至是衍射。”

“最离谱的是,就连光既然是粒子,却为什么能透过玻璃,都被他用粒子说解释了。”

“牛顿认为,光是在以太中传播的,并乘着以太波飞行,以太波遇到玻璃后,会部分透射,导致上面的光粒子跟着一起透射。”

说到这里,教室内众人不得不佩服牛顿逆天的想象力。

“后来,胡克去世了,便没有人能争论过牛顿。”

“而且此时的牛顿,已经发表了万有引力定律和三大运动定律,他就是物理学界的权威,无人敢撼动。”

“不过波动说后继有人,1690年,荷兰物理学家惠更斯发表了《光论》,他用波动方程完美解释了反射,折射和衍射。”

“并且,他提出了一个尖锐的问题:如果说光是微粒,那为什么我们看不到两条光交叉时,发生碰撞呢?”

“可惜,如此强有力的证据依然胜不了牛顿,因为1695年,惠更斯就去世了,此后再也没有人敢挑战牛顿了。”

“至此,牛顿的光粒子说就统治了整个18世纪。”

“牛顿、胡克、惠更斯之间关于光本质的争论,我称之为第一次波粒战争,以粒子说获胜而告终。”

“不过,粒子说的获胜不是全面的胜利,不能让所有人心服口服,因为人们只是屈服于牛顿的权威光环。”

“1727年牛顿去世后,物理学就一直不缺乏反抗权威者!”

“1801年,英国物理学家托马斯·杨,不理解牛顿为什么非要绕来绕去,用力学解释光的衍射,无论怎么看,都是用波动解释更自然。”

“因此,他提出干涉思想。如果光是波动,那么一束光在通过两条狭缝时,就会因为发生干涉,在屏幕上留下明暗相间的条纹。”

“反之,如果光是粒子,那么在屏幕上只会出现两道明亮的条纹。”

“于是,物理学史上最经典的实验之一,杨氏双缝干涉实验就出现了,这个实验是如此的简洁优美,自己在家点个蜡烛就能实现。”

“屏幕上确实出现了明暗相间的条纹,结果有力地证明了光是波动,而非粒子。”

“托马斯·杨发表了他的观点后,由于挑战了牛顿的权威,立刻受到无数人的攻击和辱骂。”

“逼的他赶紧出来道歉,表达自己很崇拜牛顿,但伟人也可能会犯错,影响科学进步。”

“杨的实验,开启了第二次波粒战争,不过这次的主场不在英国,而是在法国,因为牛顿在英国已经被神化。”

“法国人可就不在乎了,1819年,法国科学院甚至提出悬赏征文,内容是用精密的实验确定光的衍射现象,并用数学推导出光经过物体时的运动情况。”

“不久,法国工程师菲涅尔就发表了一篇论文,并带有严谨的数学分析。”

“他认为如果一束光通过大小合适的圆盘后,会在圆盘后面的阴影中心出现一个亮斑,并且阴影外面还会出现宽度越来越小的亮环。”

“法国物理学家泊松是微粒说的坚定支持者,他认为不可能出现论文中的预测情况。”

“于是,他当着科学院评审人员的面,现场做了圆盘衍射实验,结果竟然真的出现了亮斑,与论文描述的一致。”

“菲涅尔名声大噪,成为光学界的传奇人物,但这个亮斑却被后世称为了泊松亮斑。”

“至此,牛顿的微粒说破产,人们发现,牛顿竟然也会犯错,这简直不可思议。”

“第二次波粒战争,波动说胜利。”

教室内众人此刻听的如痴如醉,尤其是非物理系的学生,更是想不到李奇维能把枯燥的物理知识,讲述的如此生动有趣,让人仿佛亲身体验了每一次的实验和争论。

不少人都收起了轻视的心思,能对物理学史的熟悉达到这种程度,说明对方不仅是天才,更是下了苦功夫。

就连不少教授和讲师,也对李奇维的演讲佩服有加,要是他们能有这种思维,恐怕一定会有更多的学生热爱学习物理。

李奇维看着众人的表情,就知道自己装逼成功,开玩笑,后世的各种物理科普书能是白看的吗。

不过,紧接着,他就忽然提高了声音,改变了表情。

不再是温文尔雅,如沐春风,而是意气风发,霸气绝伦。

“然而,光的争论还远没有结束,波动说并非真理。”

“今天在这间教室内,我将发起第三次波粒之战。”

“不过,和前两次不同的是,这次的争论结束后,就再也没有第四次了。”

“因为,我将彻底终结关于光的本质的讨论,为波粒之争画上句号。”

轰!

教室内瞬间哗然。

嘲讽者,都认为李奇维狂妄自大,锋芒毕露。

崇拜者,却认为李奇维惊才绝艳,唯我独尊。

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