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第3章 牛顿发现光的色散现象

牛顿不仅在经典力学的研究上作出了卓越的贡献,而且在光学上也有不少重大的成就。

牛顿一生中,花费了不少精力从事光学方面的研究,他在光学领域中的一个重要成就,就是发现了光的色散现象。

从1666年开始,牛顿对光的颜色本性问题进行了一系列的研究。首先,他用一个简单的实验,来证明了不同颜色的光有不同的折射率。

这个实验是这样的:他拿了一块长纸板,一半涂成了鲜红色,另一半涂成了蓝色,然后,他把这块纸板放在窗户的旁边,通过一块玻璃棱镜来观察它。他发现,如果把棱镜的折射棱角朝上,纸板由于折射,看起来好像被抬高了,而且蓝色的半边比红色的半边升得更高;但是,当折射棱角朝下时,纸板由于折射看起来像被放低了,蓝色的半边比红色的半边降得更低。于是,牛顿断定:蓝光的折射比红光厉害。

此外,他还发现,当他用透镜聚光时,蓝光与红光一定会聚集在离透镜不同的地方。为了证实这个结论,他又做了一个实验。他取了一张纸,也是一半涂上蓝色,另一半涂上红色,然后用蜡烛照明,经过透镜后,试图在另一张纸上得到清晰的像。为了能够判断成像的清晰度,他又用黑线在纸上划了几道圆圈。他发现,这一次,涂上颜色的纸片的两边不能够同时聚焦成像。当纸片的红色部分显得清晰时,蓝色部分就显得模糊,它上面的黑线几乎看不出来;反之,当蓝色部分显得最清楚时,红色部分又模糊了,它上面的黑线也几乎看不到。此外,他还发现,在纸片蓝色部分成像最清晰的地方,比红色部分成像最清晰的地方,距离透镜更近。

牛顿又连续做了另外的一系列实验,他最后还专门做了一个实验,来证明白色的光具有复杂的成分,是由各种颜色组合起来的。白光能够分解成不同颜色的单色光,每一种颜色的光都有自己确定的折射率,这就是着名的“光的色散实验”。

牛顿发现了光的色散现象,使人们对颜色的解释摆脱了主观视觉印象,走上了与客观量度相联系的科学轨道,并开创了光谱学研究的先端。从此,光谱分析就成为光学和物质结构研究的主要手段。

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