托马斯·杨及其光学成就
光学研究中的科学家故事
杨氏双缝干涉实验：让通过一个小针孔S0的一束光，再通过两
个小针孔S1和S2，变成两束光。这样的两束光来自同一光源，所 以它们是相干的，结果表明，在光屏上果然看见了明暗相间的干 涉图样；后来，又以狭缝代替针孔，进行了双缝实验，得到了更 明亮的干涉条纹。
意义: 实验证明光以波动形式存在，而不是牛顿 所想象的光颗粒，该实验被评为“物理最美实 验”之一。二十世纪初物理学家将杨的双缝实 验结果和爱因斯坦的光量子假说结合起来，提 出了光的波粒二象性，后来又被德布罗意利用 量子力学引申到所有粒子上。
在阿拉果和菲涅耳完成了《关于偏振光线的相互作 用》这篇论文后，菲涅耳指出只有假设光是一种横波， 才能完满地解释这些现象，并给出了推导。然而阿拉果 对此抱有怀疑态度，认为菲涅耳走得太远了。他坦率地 向菲涅耳表示，自己没有勇气发表这个观点，并拒绝在 这部分论文后面署上自己的名字。于是最终菲涅耳以自 己一个人的名义提交了这部分内容，引起了科学院的震 动，而最终的实验却表明他是对的。这大概是阿拉果一 生中最大的遗憾，他本有机会和菲涅耳一样成为在科学 史上大名鼎鼎的人物。
普朗克：（1858~1947 ）德国人，出生在一个受 到良好教育的传统家庭， 且十分具有音乐天赋，在 物理学研究上也谱写了他
的辉煌人生。他提出了能
量量子化的假设和推导了 黑体辐射能量公式。
能量量子化的假设的提出：
普朗克提出了一个用来正确描绘黑体辐射的相当复杂的代 数公式。 但是公认的物理学定律预示存在着一个完全不同的公式。 普朗克对这个问题沉思默想，终于提出了一个崭新的学说：辐 射能只能以普朗克称为量子这个基本单位的整倍数形式辐射出 来。普朗克假说与当时流行的物理概念完全对立，但是他却利 用这一假说在理论上准确地推导了正确的黑体辐射公式。普朗 克假说具有彻底的革命性。 当初大多数物理学家（包括普朗克本人在内）都认为这一 假说不过是适应面很窄的一个数学假设。但是几年以后表明普 朗克的概念还能应用于除黑体辐射以外的许多各种不同的物Baidu Nhomakorabea 现象。1905年爱因斯坦用这一概念解释光电效应，1913年尼 尔斯·玻尔在他的原子结构学说中也使用了这一概念。1918年 普朗克获得诺贝尔奖。
托马斯杨对物理学的贡献
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
论，即三原色原理，他认为一切色彩都可以从红、 绿、蓝三种原色的不同比例混合而成，这一原理，已 成为现代颜色理论 （包括彩色照相和彩色电视）的 基础．
１８０７ 年，托马斯·杨出版了《自然哲学和机械 技术讲义》２ 卷，在这本内容丰富的教材中，除了叙 述他的双缝干涉实验．他还首先使用“能量”的概念 代替“活力”，并第一个提出材料弹性模量的定义， 引入一个表征弹性的量即后人所称的杨氏摸量．
文诗，９ 岁掌握车工工艺，能自制一些物理仪器， 象，大胆提出：在一定条件下，重叠的波可以互相减
９～１４ 岁自学并掌握了牛顿的微分法，学会多种语 弱，甚至抵消．这一年他发表了《关于声学和光学方
言（法、意、波斯、阿拉伯等）．尽管父母送他进过不 面的实验和问题》的著名论文．在这篇文章中，他首
少学校，但他主要把自学作为获得科学知识的主要 先提出了“干涉”这一术语．
物理学家、医生、波动光学的奠基人．１７７３ 年 ６ 月 “尽管我仰慕牛顿的大名，但是我并不因此而认为
光的干涉——托马斯杨时代杨氏双孔
光的干预——托马斯·杨时代·杨氏双孔(缝)实验
1800年，托马斯·杨发表了?在声音和光方面的实验与问题?的论文，认为光与声都是波，光是以太介质中传播的纵波，不同颜色的光与不同频率的声音是相类似的．他在分析了水波的叠加现象之后说，在声波叠加的情况下，可加强和减弱声波，出现复合声调和拍频．尤其重要的是，他提出了“干预〞概念．1801年，他在英国皇家学会上宣读了关于薄膜颜色的论文．论文进一步扩充和开展了惠更斯的波动说，明确地提出了光具有频率和波长，完善了光波的概念．他比拟圆满地解释了牛顿环的干预现象，认为“当有不同起源的两个振动运动或者完全相同或者在方向很接近时，它们的共同作用等于它们每一个振动单独所发生的作用之和〞．这在实际上已经提出了光的相干条件及干预原理．
这一年，他在发表于?哲学汇报?上的论文中全面地阐述了干预原理：同一束光的两个不同局部以不同的路径，完全一样或在方向上十分接近进入眼睛时，在光线的路程差是某个长度的整数倍处，光被加强；而在干预区域中间处，光将最强．对于不同颜色的光束来说，这个长度是不同的．
1802年，托马斯·杨在英国皇家学会演讲时，引用自己所做的双孔(或缝)干预实验．他说：“为使这两局部光在屏幕上的效果叠加起来，需要使来自同一光源经过不同路径的反射或折射，把光从一方或从两方重合起来，将它们的效果叠加．但是，最简单的方法是将平行光通过两个相距很近的针孔．针孔作为新的光源，从那里发出了球面光波，照射到屏幕上，光的暗影对称地向两侧散开．屏幕与小孔的距离远，从小孔射来的光就按相同的角度延伸与扩张．同时，小孔间的距离近，从它们射出的光就按比例扩张．这两局部光从两个小孔到达各点有一个路程差，假设路程差是光波波长的1倍、2倍、3倍……那么屏幕上的这些地方为亮区，并且相邻的亮区间距离相等．另一方面，介于亮区中间的暗区，那么对应于路程差为光波波长的1/2倍、3/2倍、5/2倍……的地方．〞
托马斯·杨
托马斯·杨
托马斯·杨
托马斯·杨（Thomas Young，1773～1829）英国物理学家、医生、波动光学的奠基人。1773年6月13日生于英国萨默塞特郡的米尔弗顿。他出身于商人和教友会会员的家庭，自幼智力过人，有神童之称，2岁会阅读，4岁能背诵英国诗人的佳作和拉丁文诗，9岁掌握车工工艺，能自制一些物理仪器，9～14岁自学并掌握了牛顿的微分法，学会多种语言（法、意、波斯、阿拉伯等）。尽管父母送他进过不少学校，但他主要把自学作为获得科学知识的主要手段，曾先后在伦敦大学、爱丁堡大学和格丁根大学学习医学。由于他对生理光学和声学的强烈兴趣（对声学的爱好与他的音乐和乐器演奏才能密切有关，他能弹奏当时的各种乐器），后来转而研究物理学。1801～1803年任皇家研究院教授。1811年起在伦敦行医。1818年起兼任经度局秘书，领导《海事历书》的出版工作，同时他还担任英国皇家学会国际联络秘书，为大英百科全书撰写过四十多种科学家传记。他的一生曾研究过多种学科（物理、数学、医学、天文、地球物理、语言学、动物学、考古学、科学史等），并精通绘画和音乐。在科学史上堪称百科全书式的学者，但更以物理学家著称于世。1829年5月10日在英国伦敦逝世，终年56岁。
托马斯·杨是波动光学的奠基人之一。他对光、声振动的实验研究，使他确信二者的相似性和波动说的正确性。在关于
假设。
在生理光学方面，他做出了一系列的贡献。早在1793年（20岁时），他向皇家学会提交第一篇论文，题为《视力的观察》，第一次发现人的眼睛晶状体的聚光作用，提出人眼是靠调节眼球的晶状体的曲率，达到观察不同距离的物体的观点。这一观点是他经过了大量的实验分析得出的。它结束了长期来对人眼为什么能看到物体的原因的争论，并因此于1794年被选为皇家学会会长。他提出颜色的理论，即三原色原理，他认为一切色彩都可以从红、绿、蓝三种原色的不同比例混合而成，这一原理，已成为现代颜色理论的基础。
托马斯·杨及其光学成就
2011-2012第1学期物理学史作业托马斯·杨及其光学成就
院（系）名称物理与电子信息学院
专业名称物理学
学生姓名刘永彦
学号*********
指导教师陶亚萍讲师
完成时间2011年11月9日
托马斯·杨及其光学成就
刘永彦
物理与电子信息学物理学专业学号：090514046
指导教师：陶亚萍
摘要：托马斯·杨（1773～1829）英国物理学家、光的波动学说奠基人。
他主要物理成就是光的波动学说的提出。托马斯·杨的研究所涉及的领域十分广泛，对物理学的发展做出了杰出的贡献。文章在介绍托马斯·杨生平的基础上，回顾了他对声波学和光波学理论所做的贡献，概括了他的科研风格，并总结了他在物理学学术研究的活动及影响，及他与其他物理学家的交往和爱好。
关键词：托马斯·杨；物理成就；声波学；光波学；牛顿环；双缝干涉；杨氏模量
目录
摘要 (1)
1 引言 (3)
2 托马斯.杨生平及家庭 (4)
3 托马斯.杨的科学成就 (8)
3.1光学成就 (7)
3．2其他成就 (8)
4托马斯.杨的科研风格 (9)
5托马斯.杨与其他物理学家的交往和爱好 (10)
6结束语 (11)
7 参考文献 (11)
1 引言
从某种意义上讲，一个人能在一个方面有所研究就可谓功成名就，不虚度此生了。像托马斯·杨这样的人，会让你感觉尽得上帝恩宠，他不仅在物理学领域领袖群英、名享世界，而且涉猎甚广，广到你觉得以一个凡人的智慧如何可以抵达！光波学、声波学、流体动力学、造船工程、潮汐理论、毛细作用、用摆测量引力、虹的理论……力学、数学、光学、声学、语言学、动物学、埃及学……这实在是一个庞大的目录，更何况，他对艺术还颇有兴趣，热爱美术，几乎会演奏当时的所有乐器，并且会制造天文器材，还研究了保险经济问题。这是一个将科学和艺术并列研究、对生活充满热望的天才，我们几乎可以这样说：他生命中的每一天都没有虚度。哦，值得勾选的目录还有一条：托马斯·杨擅长骑马，并且会耍杂技走钢丝。如果冥冥中真有神在，我们不得不感叹，它是否是用骰子定乾坤，决定将神力交付与谁？所有默默无闻的人们在仰视那些“天赋异秉”的人类时，心中能作何感想呢！
托马斯·杨的光干涉实验.
二、定量分析
s1 q
s d o
r1 q r2
B
x
o
s2 r
D
波程差可写为： r2 r1 d sinq
式中q 是B点到双缝中心的连线与水平方向之间的夹角
因q 很小，
sinq tgq x / D
d x
D
1、干涉加强的条件为：
d x k (k 0,1, 2,)
D
屏上产生明条纹的位置为：
x
xk 1
xk
D d
x k D
d
4) 改变光源S位置，当S上移时，干涉条纹整体向下
平移，条纹间距不变； S下移时，零级明纹上移，干
涉条纹整体向上平移；
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5） 同理S1S2上（下）移时，零级明纹上（下）移
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6)白光入射，则干涉条纹是彩色的 a bc d e
一、实验
1 、 实验装置
S1
r1
Sd
P
r2
x
o
S2
D
单色光：只有单一波长的光。 S1和S2之间的距离很小（约为0.2mm），观察屏与 狭缝之间的距离约为1m以上。
2、干涉图样---条纹分布 观察屏上出现一系列稳定的、对称的明暗相
间条纹，条纹间的距离彼此相等，且都与狭缝平 行，O处的中央条纹是明条纹。
光的干涉
光的干涉 干涉现象是波动独有的特征， 干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是 一种波，就必然会观察到光的干涉现象． 一种波，就必然会观察到光的干涉现象．
科学简史
英国医生和物理学家。对物理学的贡献， 英国医生和物理学家。对物理学的贡献，除 了提出“ 的概念（ 了提出“能”的概念（1807年）和杨氏弹性系数 年 之外，最大的成就就是1801提出光的干涉理论。 提出光的干涉理论。 之外，最大的成就就是 提出光的干涉理论
例题:在双缝干涉实验中，以白光为光源， 例题 在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察 在双缝干涉实验中 到彩色干涉条纹， 到彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光用 只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（ ），另一缝前放一绿色滤光片 只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过 绿光），这时： ），这时 绿光），这时： A、只有红色和绿色的干涉条纹，其它颜色的双缝干 、只有红色和绿色的干涉条纹， 涉条纹消失． 涉条纹消失． B、红色和绿色的干涉条纹消失，其它颜色的干涉条 、红色和绿色的干涉条纹消失， 纹仍然存在． 纹仍然存在． C、任何颜色的干涉条纹都不存在，但屏上仍有亮 、任何颜色的干涉条纹都不存在， 光． D、屏上无任何亮光． 、屏上无任何亮光．
光的干涉 1801年，英国物理学家托马斯 杨（1773~1829） 1801年 英国物理学家托马斯杨 1773~1829）
光的波动说的复兴
光的波动说的复兴
托马斯·杨、菲涅尔
19世纪的光学是由英国医生托马斯·杨以复兴波动说的论文揭开序幕的。杨（1773—1829）生于英国的米斯维顿一个富裕的家庭。据说他2岁就能读书，4岁已将《圣经》通读两遍，是一位十足的神童。青年时代，他是一位多才多艺的人，会十几门外语，能演奏多种乐器。他起先在爱丁堡大学学医，后在德国哥廷根大学取得了博士学位，1799年开始在伦敦开办诊所。
杨的光学研究始自对视觉器官的研究。他第一个发现，眼球在注视距离不同的物体时改变形状。1800年，杨发表了《关于光和声的实验和问题》一文，对延续了一个世纪的微粒说提出异议。他说：“尽管我仰慕牛顿的大名，但我并不因此非得认为他是万无一失的。我遗憾地看到他也会弄错。而他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步。”“在文章的光学部分，杨提出了否定微粒说的几个理由：第一，强光和弱光源所发出的光线有同样的速度，这用微粒说不好解释；第二，光线由一种介质进入另一种介质时，一部分被反射，而另一部分被折射，用微粒说解释也很牵强。在文章的声学部分，杨依据水波的叠加现象，提出了声波的叠加理论。他把由叠加造成的声音的加强和减弱称为“干涉”。在声波干涉中，“拍”现象即叠加造成的声音时断时强的效果，引起了杨的特别注意。他联想到，如果光是一种波动，也应该有干涉和拍现象，即两种光波叠加时，应该出现明暗相间的条纹。
1801年，杨向皇家学会宣读了关于薄片颜色的论文。文中正式将干涉原理引入了光学之中，并且用这一原理解释薄片上的色彩和条纹面的衍射。在这篇论文中，杨还系统地提出了波动光学的基本原理，提出了光波长的概念，并给出了测定结果。杨指出，正是由于光波长太短，以致遇障碍物拐弯能力不大，人们才很难观察到这类现象。
thomas young 雅思阅读
Thomas Young是谁？
1. Thomas Young (1773-1829)是一位出生在英国的天才科学家，他在物理学、光学、语言学等领域都有重大贡献，被誉为“英国的伟大思想家”。
2. 他首先在物理学领域取得了成就，尤其是在光学方面。他对光的干涉现象做出了重要的贡献，提出了著名的双缝干涉实验，验证了光是波动的理论，这一实验对后来的光学研究有着重大的影响。
Thomas Young的成就
1. Thomas Young在光学领域的研究成果是他最为人所熟知的。他对光的干涉现象进行了深入研究，提出了干涉理论，验证了光是波动的理论。
2. 他还提出了Young’s modulus（杨氏模数）的概念，这一模数在材料学领域有着广泛的应用，对于材料的强度、刚度等性质的研究有着重要意义。
3. 在语言学领域，Thomas Young也有着不可忽视的贡献。他是一位多语种的专家，精通多种语言，熟练掌握语言学理论，对语言学习和研究有着深刻的见解。
Thomas Young对科学的影响
1. Thomas Young的成就在当时引起了广泛的关注和赞誉，他的光学研究对当时的光学理论产生了深远的影响。他的光的干涉理论为后来的光学实验和研究提供了重要的理论支持。
2. 他的杨氏模数的概念被应用于材料学领域，促进了材料的研究和应用。他在语言学领域的贡献也对当时的语言学研究产生了影响，激发
了对语言学理论的深入探讨。
结语
1. Thomas Young是一位杰出的科学家，他在光学、物理学、语言学等领域都有着重大的贡献，他的成就对当时的科学研究产生了深远的
杨氏双缝干涉(精)
1、杨氏双缝干涉
（1）杨氏简介
托马斯·杨（Thomas Young），英国物理学家、医师、考古学家，波动光学的伟大奠基人，在光学、生理光学、材料力学等方面都有重要的贡献。
●波动光学——双缝干涉
十八世纪前后，牛顿的“光的微粒说”在光学研究中占统治地位。杨氏在德国留学期间便对光的微粒说提出了怀疑。他在哥丁根的博士论文中提出了关于声和光都是波动，不同颜色的光和不同频率的声都是一样的观点。他认为，正如惠更斯以前所说的那样，光是一种波动。1801年，杨氏出版了《声和光的实验和探索概要》一书，系统地论述了光的波动观点，向牛顿提出了挑战。杨氏认为，解释强光和弱光的传播速度一样，用波动说比用微粒说更有效。他还证明了惠更斯在冰洲石中所看到的双折射现象是正确的。
为了证实光的波动说的正确性，托马斯·杨用非常巧妙的方法得到了两个相干光源，并进行了著名的光的干涉实验。他最初的实验方法是用强光照射小孔，以孔作为点光源，发出球面波，在离开小孔一定距离的地方放置另外两个小孔，它们把前一小孔发出的球面波分离成两个很小的部分作为相干光源。于是在这两个小孔发出的光波相遇区域产生了干涉现象，在双孔后面的屏幕上得到了干涉图样。
●生理光学——三原色原理
托马斯·杨在生理光学方面也有深入的研究。他的光学理论研究也是从这里开始的。他把光学理论应用于医学之中，奠定了生理光学的基础。他提出了眼睛观察不同距离的物体是靠改变眼球水晶体的曲度来调节的观点，这是最早的眼睛光学原理的解释。他还提出了人们对颜色的辨别是由于视网膜上有几种不同的结构，分别感受红、绿、蓝光线的假设，以此可以说明色盲的成因。他还建立了三原色原理，认为一切色彩都是有红、绿、蓝三种原色按不同的比例混合而成的。这一原理已成为现代颜色理论的基础。
杨氏实验与双缝干涉
杨氏实验与双缝干涉
杨氏实验和双缝干涉是物理学中重要的实验现象，揭示了光的波动性。通过这两个实验，科学家们深入研究了光的性质以及波动理论。
本文将对杨氏实验和双缝干涉进行介绍和解释。
杨氏实验，也被称为杨氏干涉实验，是由英国科学家托马斯·杨于1801年首次进行的实验。这个实验通过将一束单色光引入一块波动性
较强的金属板，光在金属板上发生衍射现象，形成一系列亮暗相间的
光纹条纹。这些纹条可以用于测量光的波长以及其他光学性质。杨氏
实验证明了光有波动性，支持了波动理论的观点。
而双缝干涉实验是另一个重要的实验，它是由托马斯•杨于1801年
进行的。这个实验使用两个极其接近的缝隙，将一束单色光照射到通
过缝隙后，在屏幕上形成干涉条纹。这些条纹是由光的波长和缝隙间
距共同决定的，如果波长和间距匹配，会形成明暗相间的条纹，这个
现象被称为干涉。这个实验进一步证实了光的波动性，并帮助科学家
们研究光波的性质和行为。
这两个实验的解释可以用波动理论来进行。波动理论认为，光是一
种电磁波，具有波长、频率和振幅等特性。光的传播可以像水波一样。当光遇到一个障碍物，比如狭缝或物体边缘时，它会发生衍射现象。
衍射可以解释杨氏实验和双缝干涉中观察到的光的波纹现象。
双缝干涉实验证实了波动性是光的本质特性之一，同时引发了一些
重要的研究和发现。例如，当科学家进行实验时，他们发现当光通过
双缝时，光的干涉模式与它通过单个缝隙或多个缝隙时不同。这个发
现引发了对光的粒子性和波粒二象性的深入研究。其结果被归纳为“光是既有波动性又有粒子性”。
杨氏实验和双缝干涉的应用范围非常广泛。它们不仅在光学领域中有重要应用，还用于物理学和量子力学中的相关研究。通过对干涉现象的观察和分析，科学家们可以研究光的波动性和特性，也可以应用到其他波动现象的研究中。
托马斯.杨 物理学家简介 教学课件
他与菲涅耳的关系一直是亲切的。 从大约1815年起，杨完全埋头于公务之中。当时英国政府
杨出版的著作涉及的课题惊人地广泛，有生理光学、虹的 理论、流体动力学、毛细作用、造船工程、用摆测量引力、潮 汐理论等，这些只是他涉足的物理学课题中一个不完全的目录。 杨后来与《英国百科全书》合作，
写过许多条目，例如有字母表、年金、吸力、毛细作用、 内聚力、颜色Biblioteka Baidu露、埃及、眼睛、焦点、摩擦、日月晕、象形 文字、水力学、运动、阻力、船舶、声音、强度、潮汐、波动 以及医学方面的所有他写过论文的课题。
杨研究了眼睛的调节机理，并在1794年，他二十一岁时， 被选为皇家学会会员。之后他从伦敦前往爱丁堡和哥廷根继续 研究医学。1797年回到英国，进入剑桥的伊曼纽尔学院继续攻 读医学。当时他大学里的同学都叫他为“奇人杨”，兼有嘲弄 和尊敬之意。进入伊曼纽尔学院后不久，杨曾去伦敦拜访他当 医生的叔父，这位叔父去世时留给他一笔巨大遗产，包括房屋、 书籍、艺术品和一万英镑现款。这笔巨大遗产使他在经济上完 全独立，帮助他度过了一生。1799年杨在剑桥大学完成了学习。 那时他已读过了一些著名数学家例如欧拉、伯努利家族和达朗 贝尔关于振动弦的著作，并且对他们的著作进行了深入钻研。 他在学习过程中提出了一些思想，只是后来他发现大陆数学家 早在许多年前就已先于他而提出来了。
论杨氏双缝干涉实验成果
论杨氏双缝干涉实验成果
论杨氏双缝干涉实验
在1807年，托马斯?杨扬总结出版了他的《自然哲学讲义》，里面综合整理了他在光学方面的工作，并在里面第一次描述了他那个名扬四海的实验:光的双缝干涉。后来的历史证明，这个实验完全可以跻身于物理学史上最经典的前五个实验之列，而在今天，它已经出现在每一本中学物理的教科书上。
杨的实验手段极其简单:把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面，这样就形成了一个点光源(从一个点发出的光源)。现在在纸后面再放一张纸，不同的是第二张纸上开了两道平行的狭缝。从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上，就会形成一系列明、暗交替的条纹，这就是现在众人皆知的双缝干涉条纹。
理论依据
让我们考虑这一“原型的”量子力学实验。一束电子或光或其他种类的“粒子——波”通过双窄缝射到后面的屏幕去。为了确定起见，我们用光做实验。按照通常的命名法，光量子称为“光子”。光作为粒子(亦即光子)的呈现最清楚地发生在屏幕上。光接收是以光子单位的完全有或完全没有的现象。只有整数个光子才被观察到。
然而，光子通过缝隙时似乎产生了类波动的行为。先假定只有一条缝是开的(另一条缝被堵住)。光通过该缝后就被散开来，这是被称作光衍射的波动传播的一个特征。但是，这些对于粒子的图像仍是成立的。可以想象缝隙的边缘附近的某种影响使光子随机地偏折到两边去。当相当强的光也就是大量的光子通过缝隙时，屏幕上的照度显得非常均匀。但是如果降低光强度，则人们可断定，其亮度分布的确是由单独的斑点组成——和粒子图像相一致——是单独的光子打到屏幕上。亮度光
最后一个知道一切的人——托马斯·杨
最后一个知道一切的人——托马斯·杨
这是一个达芬奇式的“通才”，被后人誉为“最后一个知道一切的人”。
大学物理这门课讲到光的干涉这个知识点时，一般都会介绍杨氏双缝干涉实验。这个经典的实验有力地证明了光具有波动性，该实验最早是由英国著名物理学家托马斯·杨设计并进行研究的。
托马斯·杨（来源：搜狐网）
1773年，托马斯·杨出生于英国萨默塞特郡的一个富裕家庭，从小和外祖父一起生活。他很早就表现出了自己天才的一面：6岁时就通读《圣经》，并开始用拉丁文写作；14岁时已经掌握了希腊语、拉丁语、法语、意大利语等十几种语言。
在舅舅理查德·布罗克莱斯比的鼓励下，杨于1792年开始在伦敦圣巴塞洛缪医院学医，两年后转到了爱丁堡大学医学院，之后又前往德国的哥廷根大学进行深造。最终获得了哥廷根大学医学博士学位。
值得一提的是，杨在学习医学的同时还“不务正业”——经常搞一些自己感兴趣的研究，比如生物学、语言学、考古学等。尽管这些“不务正业”的研究分散了不少精力，但他仍然在医学上取得了不小的成就。在进入圣巴塞洛缪医院的第二年，杨把自己的第一篇论文自荐给伦敦皇家学会，因此被评为“一周科学人物”，时年20岁。这篇
论文阐述了眼睛的调节机制，关于眼睛如何聚焦在不同距离的物体上，杨认为是通过改变晶状体的曲率来实现的。
1797年，杨进入了剑桥大学的伊曼纽尔学院继续深造。同年，舅舅理查德·布罗克莱斯比去世了，留下一了大笔财产，让他安心做研究。
翻年，杨在伦敦开始行医。求学时，他就把精力分散到自己喜欢的研究上面来了。在成为一名医生后，愈发“不务正业”，更积极地投入到自己感兴趣的领域。
托马斯杨的光干涉试验
托马斯·杨的光干涉试验
牛顿在其《光学》的论著中认为光是由微粒组成的，而不是一种波。因此在其后的近百年间，人们对光学的认识几乎停滞不前，没有取得什么实质性的进展。1800 年英国物理学家托马斯·杨(1773—1829)向这个观点提出了挑战，光学研究也获得了飞跃性的发展。
杨在“关于声和光的实验与研究提纲”的论文中指出，光的微粒说存在着两个缺点：一是既然发射出光微粒的力量是多种多样的，那么，为什么又认为所有发光体发出的光都具有同样的速度?
二是透明物体表面产生部分反射时，为什么同一类光线有的被反射，有的却透过去了呢?杨认为，如果把光看成类似于声音那样的波动，上述两个缺点就会避免。
为了证明光是波动的，杨在论文中把“干涉”一词引入光学领域，提出光的“干涉原理”，即“同一光源的部分光线当从不同的渠道，恰好由同一个方向或者大致相同的方向进人眼睛时，光程差是固定长度的整数倍时最亮，相干涉的两个部分处于均衡状态时最暗，这个长度因颜色而异”。
杨氏对此进行了实验，他在百叶窗上开了一个小洞，然后用厚纸片盖住，再在纸片上戳一个很小的洞。让光线透过，并用一面镜子反射透过的光线。然后他用一个厚约1/30英寸的纸片把这束光从中间分成两束，结果看到了相交的光线和阴影。这说明两束光线可以像波一样相互干涉。这就是著名的“杨氏干涉实验”。
杨氏实验是物理学史上一个非常著名的实验，杨氏以一种非常巧妙的方法获得了两束相干光，观察到了干涉条纹。他第一次以明确的形式提出了光波叠加的原理，并以光的波动性解释了干涉现象。
随着光学的发展，人们至今仍能从中提取出很多重要概念和新的认识。无论是经典光学还是近代光学，杨氏实验的意义都是十分重大的。
双缝干涉实验说明了什么事情？
双缝干涉实验说明了什么事情？
最开始的双缝干涉实验证实了光具有波动性，对牛顿时代光的粒子性提出了挑战。关于光是波还是粒子的争论，曾经持续了一个多世纪之久。这场旷世争论加深了人们对光的本质（波粒二象性）的认识，并最终催发了量子力学的诞生。
近现代人们对电子的双缝干涉实验证实了，像电子这样人们传统认为是粒子的客体也具有波动的特性，即电子也具有波粒二象性。更一般地，微观粒子普遍地都具有波粒二象性。因此，近现代的双缝干涉实验也加深了人们对物质波的认识。
图1. 双缝干涉实验示意图
历史回顾
1801年，英国物理学家托马斯.杨进行了有名的双缝干涉实验，他让一束点光源的光通过一个双缝，然后在双缝后面的光屏上面观察到了干涉条纹，这是由于光具有波动性，光通过双缝到达显示屏上时由于走过的路程不同，从而产生相位的相长或相消。因此产生了明暗相间的干涉条纹。
图2. 英国物理学家托马斯.杨
图3. 光的单缝衍射和双缝干涉电子的双缝干涉实验
托马斯.杨的双缝实验之后过了一个多世纪，量子力学有所发展之后，人们对微观粒子有了更深刻的认识，即所有微观粒子都具有波粒二象性。为了在实验上验证电子的波动性，1961年 the University of Tübingen的物理学家Claus Jönsson做了电子的双缝实验，发现了电子的干涉条纹，从而证明了电子具有波动性。之后一系列的实验又证明了其他粒子，质子、中子等也可以观察到干涉条纹，也具有波动性。电子的双缝干涉实验是直接验证量子理论的经典实验之一。
单电子双缝干涉实验
关于粒子的双缝干涉实验，我们会想到这么一个问题：粒子的波动性是许多粒子的集体行为还是单个粒子的本征行为？如果在做电子的双缝干涉实验时，我们可以有效控制电子流量，让电子一个一个通过双缝，一个一个达到屏上，还会出现波的干涉条纹吗？
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2011-2012第1学期物理学史作业托马斯·杨及其光学成就
院（系）名称物理与电子信息学院
专业名称物理学
学生姓名刘永彦
学号*********
指导教师陶亚萍讲师
完成时间2011年11月9日
托马斯·杨及其光学成就
刘永彦
物理与电子信息学物理学专业学号：090514046
指导教师：陶亚萍
摘要：托马斯·杨（1773～1829）英国物理学家、光的波动学说奠基人。
他主要物理成就是光的波动学说的提出。托马斯·杨的研究所涉及的领域十分广泛，对物理学的发展做出了杰出的贡献。文章在介绍托马斯·杨生平的基础上，回顾了他对声波学和光波学理论所做的贡献，概括了他的科研风格，并总结了他在物理学学术研究的活动及影响，及他与其他物理学家的交往和爱好。
关键词：托马斯·杨；物理成就；声波学；光波学；牛顿环；双缝干涉；杨氏模量
目录
摘要 (1)
1 引言 (3)
2 托马斯.杨生平及家庭 (4)
3 托马斯.杨的科学成就 (8)
3.1光学成就 (7)
3．2其他成就 (8)
4托马斯.杨的科研风格 (9)
5托马斯.杨与其他物理学家的交往和爱好 (10)
6结束语 (11)
7 参考文献 (11)
1 引言
从某种意义上讲，一个人能在一个方面有所研究就可谓功成名就，不虚度此生了。像托马斯·杨这样的人，会让你感觉尽得上帝恩宠，他不仅在物理学领域领袖群英、名享世界，而且涉猎甚广，广到你觉得以一个凡人的智慧如何可以抵达！光波学、声波学、流体动力学、造船工程、潮汐理论、毛细作用、用摆测量引力、虹的理论……力学、数学、光学、声学、语言学、动物学、埃及学……这实在是一个庞大的目录，更何况，他对艺术还颇有兴趣，热爱美术，几乎会演奏当时的所有乐器，并且会制造天文器材，还研究了保险经济问题。这是一个将科学和艺术并列研究、对生活充满热望的天才，我们几乎可以这样说：他生命中的每一天都没有虚度。哦，值得勾选的目录还有一条：托马斯·杨擅长骑马，并且会耍杂技走钢丝。如果冥冥中真有神在，我们不得不感叹，它是否是用骰子定乾坤，决定将神力交付与谁？所有默默无闻的人们在仰视那些“天赋异秉”的人类时，心中能作何感想呢！
能成为百科式的科学家的人不说绝无仅有，也可谓真正意义上的凤毛麟角。这样的“凤毛麟角”全世界只有说得着几位，而英国科学家﹑物理学托马斯·杨（1773～1829）就是其中一位。他因提出光的波动学说享誉全世界。由于他在物理学方面的卓越贡献，他被多部著作所收录。托马斯·杨不仅在美国享有很高的声誉，在国际上也得到了肯定。
目前，国内方面已有不少介绍托马斯·杨的文章。如广州日报（大洋新闻）的作者：
紫苏虽然在文章中对托马斯·杨有一定的介绍，但是这些文章由于篇幅有限没有托马斯·杨对的生平、物理贡献等进行详细的展开论述，因此还有进一步研究的必要。我通过查阅相关资料，在回顾托马斯·杨不平凡的一生的基础上，比较详细地介绍了他在物
理学方面做出的卓越贡献，并对他的科研风格，他在物理学学术研究活动及影响和与其
他物理学家交往﹑爱好方面进行了简要地分析。
2托马斯·杨生平及家庭
托马斯．杨出生在英国萨默塞特郡密尔韦顿一个富裕的贵格会教徒的家庭。他是十个孩子中的老大，是一个天才儿童。杨两岁就学会了看书，十四岁时用拉丁文写过一篇自传，就在当时他已掌握了多种语言。在中学时期，他已能够阅读拉丁文和布腊文的经典著作以及意大利和法国作家的著作，并且能运用这些作者的语言对所读过的内容做笔记。他还把他的学习扩大到了东方语言―希伯来语、波斯语、阿拉伯语等。他还学习过牛顿的《原理》、拉瓦锡的《化学纲要》以及其他的一些科学著作。
在杨成年后，他对职业的选择受到了他叔父的影响，他的叔父是一位卓越的医生，杨在家庭同意下转到了医学方面。于是在十九岁时，他去伦敦学习医学。他在伦敦见到了许多地位高的人物。他经常拜访政治家伯克、画家雷诺兹以及贵族社会的一些成员，他开始成为见世面的人。
1797年回到英国，进入剑桥的伊曼纽尔学院继续攻读医学。当时他大学里的同学都叫他为“奇人杨”，兼有嘲弄和尊敬之意。进入伊曼纽尔学院后不久，杨曾去伦敦拜访他当医生的叔父，这位叔父去世时留给他一笔巨大遗产，包括房屋、书籍、艺术品和一万英镑现款。这笔巨大遗产使他在经济上完全独立，帮助他度过了一生。1799年杨在剑桥大学完成了学习。那时他已读过了一些著名数学家例如欧拉、伯努利家族和达朗贝尔关于振动弦的著作，并且对他们的著作进行了深入钻研。他在学习过程中提出了一些思想，只是后来他发现大陆数学家早在许多年前就已先于他而提出来了。
1799年，杨开始在伦敦行医。当时的医学几乎没有什么疗效，诊断技术也极为落后。公众健康问题还有许多事情待做。杨的医学名声是好的，但并不杰出。他也许是科学家的气质太浓了，作为时行的医生还不够，因此不能成为医学界的领导人物。另一方面，他对眼睛生理学和解剖学写过不少论文，对颜色视觉的研究也获得了有长远学术价值的结果。到1803年，杨已是知名的物理学家了，被聘为伦敦皇家学院自然哲学教授。皇家学院是美国出生的汤普森、即后来的伦福德伯爵发起和出资创办的独特的学院。杨在皇家学院时间不长，仅仅三年。他缺乏教师所必需的讲课才能，他的讲课常常超出了学生的理解能力。后来他编著了一部重要作《自然哲学和机械学讲义》，一共两卷，就是以他在皇家学院的讲义为根据的。离开皇家学院后，杨把大部分时间致力于行医。1802年
他被选为皇家学会的外事秘书，他担任这个职务一直到他去世。
杨出版的著作涉及的课题惊人地广泛，有生理光学、虹的理论、流体动力学、毛细作用、造船工程、用摆测量引力、潮汐理论等，这些只是他涉足的物理学课题中一个不完全的目录。杨后来与《英国百科全书》合作，写过许多条目，例如有字母表、年金、吸力、毛细作用、内聚力、颜色、露、埃及、眼睛、焦点、摩擦、日月晕、象形文字、水力学、运动、阻力、船舶、声音、强度、潮汐、波动以及医学方面的所有他写过论文的课题。
1814年，杨发现了另一方面的兴趣―研究象形文字。在拿破仑远征埃及时期，1799年在埃及发现了著名的刻有两种文字的罗塞达碑。拿破仑被迫从埃及撤退时，石碑运动了伦敦。杨在1814年对碑文进行了研究。虽然在他之前，已有其他人研究过，但他取得了一个重大进展，他发现有些字是按语音写下的。这就成为解释碑文的钥匙。
从大约1815年起，杨完全埋头于公务之中。当时英国政府对长度和质量单位制的混乱状态很不满意，有必要予以改进。但由于民族傲慢和狭隘的民族利益的阻挠，使得英国人很难接受法国人在革命时期所做的令人赞赏的工作。于是，他们力图把英寸的定义与秒摆长度联系起来。杨参加了这项工作。结论是不值得赞赏的，然而英国议会却在1824年立法通过了它。其次，杨还研究了生命保险问题。他是一家重要的保险公司的统计检查官，即统计主任，待遇十分优厚。1818年他被任命为《航海天文历》的主持人，做了不少工作以改进实用天文学和航海援助工作。他的精力非常旺盛的一生于1829年结束，终年五十六岁。
3托马斯·杨的科学成就
3.1光学成就
托马斯．杨在物理学上最杰出的贡献是在光学和声学领域。在1973年发表的关于生理光学的论文《对视觉过程的观察》中，他研究了眼睛对距离的调节问题，并证明眼睛适应不同距离，是靠改变眼球水晶体的曲度来进行的。1800年，在继续进行这方面的实验中，形成了他对光的本质的看法，这一年他向皇家学会提出了《在声和光方面的实验和问题》的报告。他认为，声和光都是波的传播，光是在充满整个空间的以太流体中传播的弹性振动，由于以太极稀薄，所以光是以纵波形式传播的，光的颜色和不同频率的声音是类似的。他指了，在解释强光源和弱光源发出的光以同样的速度传播的问题上，用波动说比粒子说更容易，因为，光粒子为什么只以一个不变的速度运动，这是很难理解的。