第一章光学引言.ppt

杨氏（T.Young 1773-1829) 杨氏干涉实验为波动光学的复兴作出了开创性的工作。用干涉原理解释牛顿环的成因和薄膜的彩色。但是由于杨氏的见解大部分是定性的表达，所以没有赢得普遍认可。 波动理论的复兴 马吕斯 ( Etienne Louis Malus 1775-1812 ) 1808年，马吕斯发现了发射光的偏振。一天傍晚，他通过冰洲石晶体观察落日从窗户玻璃上反射，发现当冰洲石晶体绕光线转动时，双折射产生的两束光相对强度发生变化。马吕斯认为当时的理论不能对此解释。 发射理论已由拉普拉斯和毕奥进一步加以发展。它的拥护者提出衍射题目，作为1818年巴黎科学院有奖征文问题，期望对这个1目的论述将使发射理论获得最后胜利。但是他们的希望落空了。因为，尽管有强烈的反对，奖金还是授给了以波动理论为其论述基础的菲涅耳(A. J. Fresnel, 1788-1827)，而且这只不过是接连这样一系列研究的第一篇，这些研究在几年之内就使微粒理论的声誉丧失尽净。 拉普拉斯(P. 5. Laplace,1749 -1827) 毕奥(J. Blot,1774-1862) 菲涅耳由惠更斯包络面作图法同杨氏于涉原理相结合而构成。这一结合，创立了“惠更斯--菲涅耳原理”，才较好地解释了衍射现象，完成了光的波动说的全部理论。菲捏耳计算了直边、小孔和小屏所产生的衍射。特别令人印象深刻的是，泊松( S. D. Poisson, 1781-1840)从菲涅耳理论推出一个结论，即在小圆盘阴影中心应该出现一个亮的斑点，而阿拉果(D. F. Alago, 1786 -1853)由实验证明这一论断果真属实。 菲涅耳(A.J.Fresnel,1788-1827) 阿拉果(D.F.Alago,1786 -1853) 同年(1818)，菲涅耳还研究了地球的运动对光波传播的影响的重要问题，这就是来自星源的光和地球上的光究竟有没有什么不同。阿拉果从实验上确定， (除光行差外)它们没有不同。菲涅耳根据这些发现，发展了他的以太被物质部分漂移的理论。 菲涅耳和阿拉果一起研究了偏振光线的干涉，于1816年发现偏振方向相互垂直的两条光线从不干涉。这个事实，同一直被认为理所当然的纵波假设是无法调和的。杨氏从阿拉果那里听到了这个发现，他于1817年找到了解决疑难的钥匙:假设振动是横向的。 也还是菲涅耳，于1821年首先指出了色散的起因，他认为这要考虑物质的分子结构。 傅科(L. Foucault)与斐索和布雷格特(L. Breguet)在1850年所进行的一项由阿拉果首先建议的仲裁实验，微粒理论用光粒子在界面上受到向光密媒质这边的吸引来解释折射，这就要求光密媒质中的光速比较大;相反，波动理论依据惠更斯作图，要求光密媒质中的光速比较小。傅科等直接测量了空气和水中的光速，结果毫无疑问，判定波动理论获胜。 菲涅耳的工作给波动理论奠定了如此牢固的基础，仲裁实验都显得近乎多余了。 傅科 波动理论获胜---以太理论的发展 随后的数十年，是弹性以太理论的发展时期。纲维尔首先提出了固体理论，他考虑到，物质由元数粒子(质点，原子)组成，这些粒子沿它们的连线相互有作用力。 在参与光学理论发展工作的其他科学家当中，必须提到的还有，泊松、格林(G.Green,1793-1841) 、麦卡拉(J. MacCullagh，1809 -1847)和诺伊曼。 . 纲维尔 C. Navier, 1785-1836 泊松（1781～1840） 诺伊曼(F. Neumann 1798-1895) 设有两个邻接的弹性媒质，并假定在第一媒质中有一个横波传播到它们共同的边界上。按照力学定律，在第二媒质中，波将分解成纵波和横波。但是，按照阿拉果和菲涅耳实验，纵弹性波必须排除在外，因此必须设法把它消除。然而，这不侵犯应变和应力边界条件所表达的力学定律是不可能的。上面所提到的那些作者，他们所提出的种种理论，其差别就在于所假设的边界条件不同，而这些边界条件和力学定律总有某些抵触。 弹性以太理论的困难 以太理论的摒弃： 麦卡拉James MacCullagh (1809–1847). 向摆脱弹性以太观念方向迈出第一步的是麦卡拉。他设想一种物质，它具有普通物体所不具备的性质。普通物体在体积元改变形状时储存能量，但在体积元转动时并不储存能量。而在麦卡拉的以太中，情况相反。波在这种媒质中传播的规律，和作为现代光学基础的麦克斯韦电磁波方程，形式极为相似。 尽管有许多困难，弹性以太理论还是维持了很长时间，并且19世纪的大物理学家大多数都对它有过贡献。除去前面所列举的以外，还必须提出的有：汤姆逊( W. Thomson, Lord Kelvin,1824-1907)、诺伊曼(C. Neumann, 1832-1925)