民众大舞台——风俗世情

1. 托马斯・扬的“双缝干涉”

　　光是一种微粒， 还是在“以太”媒质中传播的波？ 关于它的争论， 已有100 多年了。然而， 微粒说较接近人们的直观， 又由于牛顿支持这种观点， 加上波动说比较粗糙， 微粒说占据着上风。

　　最早冲击微粒学说的科学家是英国医生托马斯・扬， 他的兴趣十分广泛， 而且才华横溢。他从职业角度出发， 研究人的眼睛和声音。扬发现， 光与声是类似的。声音是一种波动， 光也是一种波动， 微粒说解释一些现象是有困难的。

　　在实验方面， 扬巧妙地设计了一个实验， 这就是著名的“双缝干涉”实验。实验非常简单。它只需一个点光源和刻有两个狭缝的板， 以及一块像屏。按照微粒说来分析， 通过双狭缝的两束光重合后会变亮， 其余地方是不亮的。然而， 实验的结果是， 当光通过两

　　个狭缝就在像屏上形成明暗相间的条纹。

　　这是一个很奇怪的现象。按照常识和经验， 房间点两盏相同的灯， 点两盏灯的亮度是点一盏灯的亮度的两倍， 用一个公式表示， 就是1+1=2 。但是， 扬的实验结果并非如此， 它有两个结果， 即1+1= 4 ( 亮条纹) 和1+1=0 ( 暗条纹) 。扬认为， 这是一种干涉现象。所谓干涉现象就是， 在像屏上同一点， 通过两条狭缝的两列波， 必须具有相同的振动频率和相同的振动方向。由于两列波行走的距离( 叫做光程差) 是不同的， 如图所示， AC> AB， 但是对于同一点( 如A) ， 它的光程差( 换算一下可变成位相差) 是恒定的。这就好比是， 当满足1+1 = 4 的条件，A 点就是亮条纹； 当满足1+1= 0， A 点就是暗条纹。

　　扬利用干涉条纹的宽度和两个小孔间的距离， 计算出各种色光的波长。如红光波长为0. 00075 毫米， 紫光波长为0. 00039毫米。顺便说一下， 量度光的波长的单位用毫米显得很大， 写起来零太多了。后来， 人们为了纪念瑞典的物理学家埃斯特朗， 建议用埃来表示波长的单位。1 埃=10 -毫米。这样， 红光波长就为7500 埃， 紫光波长为3900 埃。

　　知道了光的波长是如此之小，人们才明白，尽管光是波， 光线仍沿直线传播。

　　非常遗憾的是， 扬的波动理论并未受到人们应有的重视。特别是在牛顿的故乡， 牛顿的无上权威对光的波动说本身就形成了一种压制。对此， 扬也很苦恼。后来， 他远离了光学研究， 并且去了非洲。然而， 仅仅过了十几年， 人们就对扬的理论刮目相看了。

　　1814 年， 法国工程师菲涅尔开始了他的科学研究生涯。在不知道托马斯・扬的光学研究的情况下， 菲涅尔也研究了干涉现象。他设计了一种双镜干涉的实验。

　　这是两个平面镜， 它们的交缝是对齐的， 并有一个很小的角度(0. 5°～1°) 。当一个点光源的光束照射在两镜面上， 在像屏上也能产生干涉条纹。后来， 菲涅尔又做了改进， 他设计了双棱镜干涉实验， 实验效果要更好些。

　　菲涅尔实验的成功， 对托马斯・扬的研究是一个很大的支持。