日本免费精品视频,男人的天堂在线免费视频,成人久久久精品乱码一区二区三区,高清成人爽a毛片免费网站

及時章 古代光學(xué)

牛頓的世界觀

牛頓顏色理論的重要性不僅在于他是對的，而且在于他得到結(jié)論的方法。在牛頓之前，哲學(xué)家主要是通過思辨來發(fā)展自己的世界觀。例如笛卡兒雖然考慮了光傳播的可能方式，但他并沒有做實驗來驗證他的觀點。當(dāng)然，牛頓也并非及時個實驗家，伽利略便在他對球從斜面上滾下來的運動方式的研究和單擺的工作中開創(chuàng)了實驗的先河。但牛頓首先明確表述了科學(xué)方法的基礎(chǔ)，即思想(假定)、觀測和實驗相結(jié)合的方法?，F(xiàn)代科學(xué)正是建立在這一基礎(chǔ)之上。

牛頓的顏色理論，產(chǎn)生于他不得不離開劍橋回家休假的這段時間里所做的一系列實驗。到1665年，一束陽光經(jīng)過一個三角透鏡后會變成一條像彩虹一樣的光譜的現(xiàn)象已被普遍認(rèn)識。對這一現(xiàn)象的標(biāo)準(zhǔn)解釋基于亞里士多德的觀點，即白光代表純凈的，沒有雜質(zhì)的形式，經(jīng)過玻璃則導(dǎo)致這種形式發(fā)生混亂。當(dāng)光進(jìn)入棱鏡時，它會發(fā)生彎曲，然后沿一條直線到達(dá)三角形的另一邊，在那里它再次彎曲后進(jìn)入空氣。同時光會發(fā)生擴(kuò)散，從一個白色的光點變成一條彩色的線，沿三角形頂點向下，上面的光折曲最小，在玻璃中經(jīng)過較短的距離出射成為紅光。在下面三角形的邊要寬一些，光進(jìn)入棱鏡時要折曲的多一些，在玻璃中經(jīng)過較長的距離到達(dá)另一邊進(jìn)入空氣而變成紫色。在兩者之間存在著彩虹中所有的顏色——紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫。在一個黑暗的房子里，讓光通過窗簾上的一個小孔射進(jìn)來，把一個棱鏡擋在光束前面，對著窗戶的墻上就會出現(xiàn)彩色的光譜。

亞里士多德認(rèn)為，在玻璃中傳播距離最短的白光變化最小，成為紅光，而傳播距離稍長則變化稍大，是黃色，然后以此類推直到紫色。

實際上牛頓用自制的棱鏡和透鏡對這些觀點進(jìn)行了驗證，通過改變透鏡的形狀，力圖減小顏色的變化。他及時個區(qū)分了光譜中不同顏色的光，并命名了7種顏色(他有意選擇了7種顏色，因為7是一個帶有某種神秘意義的素數(shù)，如果你發(fā)現(xiàn)在彩虹中在藍(lán)色和紫色之間難以區(qū)分單獨的靛色，你不屬于少數(shù)了)。

但是牛頓這次進(jìn)行的最重要的一個實驗只不過是在及時個棱鏡后面放了第二個棱鏡，只不過放的方式不同，及時個棱鏡尖朝上放，將一束光譜展開成彩色的光譜，第二個棱鏡尖朝下放，將展開的彩色光譜變回了一束白光。雖然光經(jīng)過了更厚的玻璃，但它并沒有變得更混亂，而是回到了原來的純凈狀態(tài)。

牛頓認(rèn)為，這說明白光一點也不“純凈”，而是由彩虹中所有顏色的光混合成的，不同顏色的光在折射時彎曲程度不同，但是在原來的白光中包含所有顏色的光。這是一個革命性的觀點，因為它不僅推翻了亞里士多德哲學(xué)的一項基礎(chǔ)，而且還是建立在可信的實驗基礎(chǔ)之上。但牛頓并不急于向世界宣布他的發(fā)現(xiàn)，他在1665年所獲得的對光本性的認(rèn)識使他致力于一種新型望遠(yuǎn)鏡的研究。及時章 古代光學(xué)

牛頓的世界觀

牛頓顏色理論的重要性不僅在于他是對的，而且在于他得到結(jié)論的方法。在牛頓之前，哲學(xué)家主要是通過思辨來發(fā)展自己的世界觀。例如笛卡兒雖然考慮了光傳播的可能方式，但他并沒有做實驗來驗證他的觀點。當(dāng)然，牛頓也并非及時個實驗家，伽利略便在他對球從斜面上滾下來的運動方式的研究和單擺的工作中開創(chuàng)了實驗的先河。但牛頓首先明確表述了科學(xué)方法的基礎(chǔ)，即思想(假定)、觀測和實驗相結(jié)合的方法。現(xiàn)代科學(xué)正是建立在這一基礎(chǔ)之上。

牛頓的顏色理論，產(chǎn)生于他不得不離開劍橋回家休假的這段時間里所做的一系列實驗。到1665年，一束陽光經(jīng)過一個三角透鏡后會變成一條像彩虹一樣的光譜的現(xiàn)象已被普遍認(rèn)識。對這一現(xiàn)象的標(biāo)準(zhǔn)解釋基于亞里士多德的觀點，即白光代表純凈的，沒有雜質(zhì)的形式，經(jīng)過玻璃則導(dǎo)致這種形式發(fā)生混亂。當(dāng)光進(jìn)入棱鏡時，它會發(fā)生彎曲，然后沿一條直線到達(dá)三角形的另一邊，在那里它再次彎曲后進(jìn)入空氣。同時光會發(fā)生擴(kuò)散，從一個白色的光點變成一條彩色的線，沿三角形頂點向下，上面的光折曲最小，在玻璃中經(jīng)過較短的距離出射成為紅光。在下面三角形的邊要寬一些，光進(jìn)入棱鏡時要折曲的多一些，在玻璃中經(jīng)過較長的距離到達(dá)另一邊進(jìn)入空氣而變成紫色。在兩者之間存在著彩虹中所有的顏色——紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫。在一個黑暗的房子里，讓光通過窗簾上的一個小孔射進(jìn)來，把一個棱鏡擋在光束前面，對著窗戶的墻上就會出現(xiàn)彩色的光譜。

亞里士多德認(rèn)為，在玻璃中傳播距離最短的白光變化最小，成為紅光，而傳播距離稍長則變化稍大，是黃色，然后以此類推直到紫色。

實際上牛頓用自制的棱鏡和透鏡對這些觀點進(jìn)行了驗證，通過改變透鏡的形狀，力圖減小顏色的變化。他及時個區(qū)分了光譜中不同顏色的光，并命名了7種顏色(他有意選擇了7種顏色，因為7是一個帶有某種神秘意義的素數(shù)，如果你發(fā)現(xiàn)在彩虹中在藍(lán)色和紫色之間難以區(qū)分單獨的靛色，你不屬于少數(shù)了)。

但是牛頓這次進(jìn)行的最重要的一個實驗只不過是在及時個棱鏡后面放了第二個棱鏡，只不過放的方式不同，及時個棱鏡尖朝上放，將一束光譜展開成彩色的光譜，第二個棱鏡尖朝下放，將展開的彩色光譜變回了一束白光。雖然光經(jīng)過了更厚的玻璃，但它并沒有變得更混亂，而是回到了原來的純凈狀態(tài)。

牛頓認(rèn)為，這說明白光一點也不“純凈”，而是由彩虹中所有顏色的光混合成的，不同顏色的光在折射時彎曲程度不同，但是在原來的白光中包含所有顏色的光。這是一個革命性的觀點，因為它不僅推翻了亞里士多德哲學(xué)的一項基礎(chǔ)，而且還是建立在可信的實驗基礎(chǔ)之上。但牛頓并不急于向世界宣布他的發(fā)現(xiàn)，他在1665年所獲得的對光本性的認(rèn)識使他致力于一種新型望遠(yuǎn)鏡的研究。

用大透鏡做成的望遠(yuǎn)鏡(折射望遠(yuǎn)鏡)存在一個問題，因為透鏡同樣會把白光分解成有色的光譜。這樣所觀察的物體的圖像上會產(chǎn)生彩色條紋，使圖像模糊不清，使我們在觀察星星時非常不便，這種現(xiàn)象稱之為“色散”。牛頓發(fā)現(xiàn)要做出一個沒有色散的透鏡系統(tǒng)很困難(但并非不可能，如所謂的消色差透鏡系統(tǒng)，是利用兩片或多片折射性質(zhì)不同的玻璃來制作望遠(yuǎn)鏡，它不會產(chǎn)生色散)，因此，牛頓設(shè)計并制作了用曲面鏡而不是大透鏡的望遠(yuǎn)鏡——反射望遠(yuǎn)鏡。

牛頓的反射器想法很簡單，用望遠(yuǎn)鏡后部的一片大曲面鏡把光反射到一個斜度45角放置的平面鏡上，使光改變方向穿過鏡壁上的一個小孔射出來，觀察者可以通過這個小孔來觀察，而不必?fù)?dān)心頭部會擋住星光。這個想法十分，因為它非常簡單，但用現(xiàn)有的材料制作一面的鏡子是一項實驗工作，作為一個專業(yè)的工匠，牛頓自己動手完成了鏡子。他做成了一臺長約20厘米(6英寸)的儀器，這臺儀器產(chǎn)生的圖像比用四倍長的反射器產(chǎn)生的圖像大九倍，而且沒有色散。

這時，瘟疫已經(jīng)漸漸過去，大學(xué)重新開學(xué)，牛頓回到了劍橋。他在1667年當(dāng)選為三一學(xué)院的研究員。同年，英國和荷蘭爆發(fā)了戰(zhàn)爭，荷蘭艦隊在泰晤士成功地襲擊了英國人，劍橋也聽到了槍炮聲，大家都知道是怎么回事;牛頓斷言荷蘭取得了勝利(事實果然如此)，這給他的同事留下了深刻的印象。他的理由是，槍炮聲越來越大，這說明戰(zhàn)場越來越近，英軍正在撤退。

到1669年，由于他在數(shù)學(xué)上的工作，牛頓的聲望漸漸超出了劍橋的范圍。同年，及時位盧卡斯數(shù)學(xué)教授，艾薩克巴羅(于1663年任職)退休，實際上是為了牛頓。巴羅雖然是一位有成就的數(shù)學(xué)家，但他卻有另外的雄心。他很快成了國王的及時牧師，然后是三一學(xué)院院長。他對亨利盧卡斯——是他設(shè)立的盧卡斯教職——的遺囑執(zhí)行人有足夠的影響，使得他的繼任者也是一個三一學(xué)院人，并作為一個知名的數(shù)學(xué)家開始留下足跡。

這項任命保障了牛頓在劍橋的地位，但同時要求他作定期演講。他及時期演講的題目并不是數(shù)學(xué)而是光學(xué)和顏色理論，其中特別提到了透鏡的色散問題。同時他自豪地向劍橋及周圍的同事展示了他的新望遠(yuǎn)鏡。實際上，現(xiàn)存的牛頓最早的信(寫給一個不知名者)寫于1669年，主要內(nèi)容就是描述望遠(yuǎn)鏡。

1671年底，皇家學(xué)會(1662年正式建立，實際上已于1645年非正式成立)得知了這項非凡儀器的消息?；始覍W(xué)會秘書，亨利奧登堡要求看一下這臺望遠(yuǎn)鏡，巴羅代替牛頓把它交給了在倫敦的學(xué)會。1672年1月奧登堡給牛頓寫了一封過分恭維的信，表達(dá)了學(xué)會對他這項發(fā)明的贊美，并告訴他，關(guān)于望遠(yuǎn)鏡的消息已經(jīng)通知了當(dāng)時在巴黎的惠更斯。作為新式望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明者，牛頓逐漸開始享譽歐洲大陸。由于這項發(fā)明，他于1672年1月11日當(dāng)選為皇家學(xué)會會員，并于數(shù)周后發(fā)表了他的及時篇物理學(xué)論文，形式上是給奧登堡的一封信，信中牛頓闡述了他的顏色理論。這篇論文于1672年2月19日發(fā)表在學(xué)會的“哲學(xué)會刊”上，并導(dǎo)致了牛頓及時次著名的學(xué)術(shù)爭論。

羅伯特胡克，生于1635年，死于1703年，當(dāng)時是皇家學(xué)會的實驗館館長。他在科學(xué)上已經(jīng)久負(fù)盛名，并對光和顏色有自己的觀點(他自己的光波動論發(fā)表于1665年，但沒有惠更斯完善)，他總希望自己的任何工作都能搶到優(yōu)先權(quán)。在一封給牛頓的回信中以居高臨下的措辭，他首先否定了光是由微粒構(gòu)成的概念，并認(rèn)為牛頓的顏色理論與粒子假設(shè)無關(guān)，并不值得如此夸贊，胡克用詞尖刻，暗指牛頓理論中原創(chuàng)的東西是錯的，而對的東西不是原創(chuàng)的。

爭論的結(jié)果有兩個：及時，它使牛頓從學(xué)術(shù)界躲避出來，把自己關(guān)在劍橋，很長時間里拒絕發(fā)表更多的東西(他把自己完善的光學(xué)理論留在手中，直到胡克死后，確信不會發(fā)生問題時才全部發(fā)表);第二是牛頓的那句名言——“如果我看得更遠(yuǎn)，那是因為我站在巨人的肩上”，尖刻地諷刺了胡克矮小的個子，同時暗指胡克才智不佳。(此句話與牛頓引力論無關(guān)，而是出自1675年他寫給胡克的一封信，距他的《原理》一書發(fā)表有12年。關(guān)于牛頓與胡克爭論的詳情，參見格里賓的《尋找時間的邊緣》及時章。)

另一項批評則使牛頓提出了對自己工作方法的認(rèn)識——什么是科學(xué)的方法。法國天主教耶穌會教士讓加斯東帕拉第斯從巴黎給牛頓寫了一封信，質(zhì)疑了牛頓理論中幾點牛頓認(rèn)為恰當(dāng)?shù)姆椒āＥｎD并沒有把帕拉第斯當(dāng)成傻瓜對待，而是回信詳述了自己的觀點，他寫道：

“哲學(xué)好和最安全的方法似乎應(yīng)該是，首先努力探索事物的性質(zhì)，然后用實驗來驗證這些性質(zhì)，接著逐漸提出假設(shè)來解釋這些性質(zhì)。假設(shè)只能被用來解釋事物的性質(zhì)，而不是決定它們，它只是實驗的奴仆。”(引自維斯弗《永不停息》，242頁。)

這就是科學(xué)之全部。無論你的理論多么，如果它與實驗不符，那它就不是正確的。例如，牛頓的光的理論(可能應(yīng)稱之為“假設(shè)”，當(dāng)胡克用這個詞來定性牛頓的思想時，牛頓很不高興)，它將折射歸因于光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)時的速度變化，但與惠更斯的理論不同，微粒說要求光在稠密的媒質(zhì)中運動得更快。這就有了一種很明確的方法來區(qū)分這兩種思想;如果牛頓在有生之年能看到實驗顯示光在稠密的媒質(zhì)中運動的更慢時，他肯定會接受光是以波的形式傳播的觀點。

牛頓不僅建立了考察世界的科學(xué)方法，他(和惠更斯等同時代的人一起)還提出了及時個客觀世界的模型，它表明宇宙遵守確定的規(guī)律(或定律)，不同的現(xiàn)象，大到行星繞太陽的運動，小至光束的彎曲，都可以用這些規(guī)律來解釋，而不必借助于反復(fù)無常的神的一時興致。

17世紀(jì)的巨匠留給我們的圖景常被十分的稱為“時鐘宇宙”，遵從永世不變的定律。但這里的時鐘并不是現(xiàn)在的鐘或手表的樣子，一秒一秒地走過，實際上我們應(yīng)該想象一下17世紀(jì)教堂里的那種大鐘，按照惠更斯的設(shè)計，由一個巨大的鐘擺驅(qū)動，包括很多連在一起的大小齒輪，不僅驅(qū)動了時間嘀嗒的流逝，同時還驅(qū)動了一個復(fù)雜的系統(tǒng)，能讓舞臺上的圣人像跳舞，能撞擊鈴鐺，在特定的時間產(chǎn)生特定的運動。17世紀(jì)的科學(xué)認(rèn)為，與此類似的鐘表系統(tǒng)支撐著行星繞太陽的運轉(zhuǎn)以及其他自然現(xiàn)象。

在牛頓留給我們的思想遺產(chǎn)中，及時點是宇宙中任何事物的行為都是可以預(yù)測的，正如教堂的大鐘在舞臺上人像的運動是可以預(yù)測的;第二點是用人腦可以理解的簡單定律就可以理解宇宙是如何運作的。因此，盡管對光本性的進(jìn)一步理解似乎表明牛頓的微粒說是錯的，但與取得的成就相比，這似乎顯得無關(guān)緊要，當(dāng)然這仍然是很重要的一步。