论牛顿与惠更斯对光的本质看法与为什么各认识一部分

论牛顿与惠更斯对光的本质各执一端

摘要：

光的本质是什么？多年来人们先后提出一些不同的模型, 试图从理论上加以解释。17世纪人们对光的本质认识的两大流派：微粒学说和波动学说，两位主要代表人物牛顿和惠更斯对光的本质有不同的认识。本文运用自然辨证法分析了两位伟大的科学家对光的认识各执一端的原因。首先分析了两大流派的产生，其次分析了代表人物牛顿与惠更斯对光的本质的认识与争论，然后运用自然辩证法分析其原因，最后对运用自然辨证法指导我们的科研进行了总结。

关键字：牛顿，惠更斯，光的本质，辩证法

一、微粒说和波动说的提出

光是一种微粒流的观点起源于古希腊公元前6世纪至公元前4世纪的毕达哥拉斯（Pythagoras）、德漠克利特((Dermocritus)等人提出物体发射微小粒子进入人眼引起视觉,这是粒子说的萌芽。1637年笛卡儿（Descartes）在《屈光学》一书中首先明确提出光是机械微粒的观点, 他认为光是由大量而细小的弹性粒子所组成的。

牛顿（I.newton）是主张微粒说的主要代表。1740年他在《光学》一书中指出“光是发光物体所传播出来的某种与以太振动不同的东西,......可以想象光是一种细微的大小不同的而又迅速运动的粒子.这些粒子从远处发光体那里一个个地发射出来‘”他还认为光粒子遵守力学定律, 它们在真空或均匀介质中由于惯性而作匀速直线运动.光的微粒说较好地解释了光的直线传播定律, 影的生成及光的反射定律也可以解释光的折射和双折射现象, 这在当时的历史条件下取得了成功。

光的波动产与微粒说相伴而生。1660年意大利物理学家格里马耳迪(F.M.Grimaldi)首先提出了光的披动观点, 胡克(R.HOOke)在《显微术》一书中也明确提出光是一种振动”在均匀介质中这一运动向各个方向都以相等的速度传播着,"他受石子投入水中所形成水波的启发, 认识到发光体的每一个振动形成一个球面向四周扩展, 而且射线和波面交成直角.他还把波面的思想用于对光的折射现象中, 提出了薄膜颜色的成因是由于光在两个界面反射、折射后, 超前落后的两束光所形成的强弱不同的叠合。

1690年惠更斯(C.Huyagens)进一步发展了波动说在《论光》一书中从光的产生、传播和它所引起的作用来说明光是一种运动。他发现光束在传播过程中互相交叉时并不彼此妨碍与声音在空气中的传播相比拟, 以光速的有限性论证了光是媒质的一部分依次向其它部分的运动传播, 且和声波、水波一样是球面波,进而提出了惠更斯原理, 并应用这一原理精确地解释光的反射、折射和双折射现象。他用包络作图法得出光从光疏介质进入光密介质时, 折射线比入射线更靠近界面法线, 并且光密介质中的光速小于光疏介质中的光速这一结论。

二、早期微粒说与波动说的争论和评述

1672年牛顿在《光与颜色的新理论》一文中认为,波动说有三个要害间题解

决不了.一是波动说不能很好地解释光的直线传播这一最基本的事实,二是波动说不能解释偏振现象, 三是波动说赖以存在的以太介质值得怀疑.牛顿的上述观点受到胡克、惠更斯等的强烈反对胡克以钻石摩擦发光为例指出如果光是微粒那么摩擦发光后的钻石质量将减少, 但事实证明钻石质量无损耗。惠更斯抓住微校说不能解释光的独立传播定律, 不能圆满解释光的折射现象和双折射现象等弱点进行争辩, 他认为如果将光看成微粒, 那么它将像飞行的子弹或箭那样在传播过程相遇时发生碰撞, 因而其传播方向会改变这正是微粒说所无法反驳的.

综上所述, 微粒说与波动说在解释几何光学现象方面都有一定成效, 处于同等地位·但微粒说在与波动说争论的第一回合中取得了优势, 其主要原因是第一, 在17、18世纪中经典力学已形成了完善的科学体系, 它在解释自然现象和指导生产实践中取得了显著成效, 人们容易接受

第二, 波动说还比较粗糙, 理论上不够完善，如惠更斯没有提出波的周期概念, 并认为光波是纵波而且, 波动说只限于用来解释光的几何性质, 没能用来解释当时已经发现的物理光学现象

第三, 牛顿的威望高, 权威们的思想观点容易被人们所接受。

第四, 当时的物理实验水平不高,不能很好地测定光速, 这就不能就微拉说与波动说争论的焦点一光介质与光疏介质中光速的大小间题作出裁决这些次客观上对微粒说有利。

三、牛顿与惠更斯对光本质的认识

由以上资料可以看出，牛顿和惠更斯都对光的本质提出了自己的看法，并且各自都有许多的支持者。他们各自的学说都正确的认识了光的本质，而且还做了大量的成功实验来支持自己的理论。但是作为后来者，我们都知道光其实是具有波粒二项性的物质，为什么当时两位伟大的科学家在发现了光同时具有微粒性和波动性的时候却没有提出光的波粒二项性，反而只坚持自己的学说，排斥另一种学说。下面就来分析为什么牛顿和惠更斯各自只认识光的一部分。

17世纪的欧洲是一个思想大爆发的欧洲，是一个百家争鸣的时代，而牛顿则是其中的佼佼者。他在1666就利用三棱镜进行了著名的色散实验，发现白光可以分解为多种颜色的光谱带。同时他还作出了多色光合成白光的实验。关于光的本性，牛顿是这样认为的：光是由一颗颗像小弹丸一样的机械微粒所组成的粒子流，发光物体接连不断地向周围空间发射高速直线飞行的光粒子流，一旦这些光粒子进入人的眼睛，冲击视网膜，就引起了视觉，这就是光的微粒说．牛顿用微粒说轻而易举地解释了光的直进、反射和折射现象．由于微粒说通俗易懂，又能解释常见的一些光学现象，所以很快获得了人们的承认和支持．但是牛顿的哲学思想基本属于自发的唯物主义思想。他承认时间、空间的客观存在，但却把它们看成是与运动着的物质相脱离的。他所提出的形而上学的绝对时空观，虽然在解决宏观低速下运动物体的运动规律时能很好的适用，但在离开宏观低速的条件时，便无能为力了。他认为所有的物质都是有粒子组成的，普通物质由粗粒子组成，而光则由细粒子组成。因为牛顿是经典力学的集大成者，所以他的思想自然也是向自己所熟悉的方向靠拢，并且由于牛顿本身取得的伟大科学成就也导致了他对自己的想法坚信不疑，同时他的声望也使的反对他的人动摇甚至沉默了。牛顿由于其对科学界所做出的巨大的贡献，成为了当时无人能及一代科学巨匠。随着牛顿声望的提高，人们对他的理论顶礼膜拜，重复他的实验，并坚信与他相同的结论。