光谱学12位科学家

这12位科学家曾为光谱学发展做出贡献

光谱学是光学的一个分支学科，它研究各种物质的光谱的产生机器物质之间的相互作用。而光谱是一类借助光栅、棱镜、傅里叶变换等分光手段将一束电磁辐射的某项性质解析成此辐射的各个组成波长对比性质的贡献的图表。

人类观察到的第一种光谱，无疑是天空中的彩虹，自然界中另一个引人注目的光谱现象是极光。

从牛顿发现白光是由各种颜色的光组成的开始算起的话，人类对光谱的研究已经有350年的历史了。现在，光谱学的应用极为广泛而多样化。他提供了长度与时间的基本单位。同时广泛应用于分析工作、天文学以及卫星等各个领域。

今天我们来认识12位为光谱学的发展而努力的科学家，别说你只认识第一个......

（一）牛顿:

对可见光谱所作的首次科学研究是1666年牛顿的著名色散实验，这是人类最早对光谱的研究。

牛顿的色散实验

通过玻璃棱镜的太阳光分解成了从红光到紫光的各种颜色的光谱，他发现白光是由各种颜色的光组成的，可惜的是并未观察到光谱谱线。

牛顿的主要成就：

提出万有引力定律、牛顿运动三大定律、与莱布尼茨共同发明微积分、发明反射式望远镜和光的色散原理、被誉为“近代物理学之父”。

（二）沃拉斯顿:

1802年，英国科学家沃拉斯顿采用了窄的狭缝，发现太阳光谱中的7条暗线，这是光谱学的一个重大进展，因为采用狭缝的像进行研究要比针孔的像进行研究容易得多。但沃拉斯顿并未就此深入研究，错误以为是颜色的分界线。

关于衍射：光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播的现象，叫光的衍射（Diffraction of light）。光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性。假设将一个障碍物置放在光源和观察屏之间，则会有光亮区域与阴晦区域出现于观察屏，而且这些区域的边界并不锐利，是一种明暗相间的复杂图样。

光的衍射在现代技术中的应用：

（一）在现代应用光学分析技术中，科学家根据衍射图样与障碍物的结构间一一对应的关系，利用X射线穿过晶体后发生晶格衍射时，不同的晶体产生不同的衍射图样，仔细分析得到的衍射图样，从而推理得出组成晶体的原子是如何排列的。

（二）DNA的双螺旋结构的发现过程：弗兰克林这位具有非凡才能的物理化学家，成功地拍摄了不同温度下DNA晶体的X射线衍射照片，把这些各种局部的结构形状汇总，DNA的衍射图片越来越清晰，越来越全面。此时，沃森和克里克也在剑桥大学进行DNA结构的形究，他们看了那张照片后，很快就领悟到了DNA的结构──两条以磷酸为骨架的链相互缠绕形成了双螺旋结构，氢键把它们联结在一起。因此他们获得了诺贝尔奖。

二成注：

以上讲的，其实就是衍射现象啦，衍射现象证明了光波是可以弯曲传播的。衍射是“波粒二象性”的基础，而“波粒二象性”又是“量子力学”的基础。量子力学是什么？未来高科技的科学基础，如量子通信、量子计算……,嗯，听不懂吧？说点关系到你的，并且你一定感兴趣的：时空穿越、时光倒流、瞬间转移、长生不老……，够高大上吧？不过，你别问了，再问我也只能呵呵了）。

沃拉斯顿的主要成就：研究出将铂加以锻打或浇铸的加工方法、第一个注意到太阳光谱中存在暗线的人。

德国物理学家夫琅和费（1787～1826），也独立地采用了狭缝，在研究玻璃对各种颜色光发折射率时偶然发现了灯光光谱中的橙色双线。1814年，发现太阳光谱中的许多暗线；1822年，夫琅和费用钻石刻刀在玻璃上刻划细线的方法制成了衍射光栅。

图：夫琅和费线

夫琅和费是第一位用衍射光栅测量波长的科学家，被誉为光谱学的创始人。夫琅和费利用自己的狭缝和光栅得以编排太阳光谱里576条狭窄的、暗的“夫琅和费线”。夫琅和费线是光谱中最早的基准标识，对这些暗线的解释一直是其后45年中的一个重要问题。

夫琅和费的主要成就：对光学和光谱学作出了重要贡献、发明了分光仪、发现了夫琅和费线、发表了夫琅和费衍射。

备注：衍射光栅，通常简称为“光栅”，一种由密集﹑等间距平行刻线构成的非常重要的光学器件。它利用多缝衍射和干涉作用﹐将射到光栅上的光束按波长的不同进行色散﹐再经成像镜聚焦而形成光谱。天文仪器中应用较多的是反射光栅（如：大型的太空望远镜）﹐它的基底是低膨胀系数的玻璃或熔石英﹐上面镀铝﹐然后把平行线刻在铝膜上。

来自海德堡大学的物理学教授基尔霍夫（1824～1887）给出了夫琅和费线的答案。他断言：“夫琅和费线”与各种元素的原子发射谱线处于相同波长的位置。这些黑线的产生是由于在太阳外层的原子温度较低，因而吸收了由较高温度的太阳核心发射的连续辐射中某些特定波长造成的。这种吸收与发射之间的关系导致他创建了现在众所周知的基尔霍夫定律。

1859年，基尔霍夫做了用灯焰烧灼食盐的实验。在对这一实验现象的研究过程中，得出了关于热辐射的定律，后被称为基尔霍夫定律（Kirchoff's law）：基尔霍夫根据热平衡理论导出，任何物体对电磁辐射的发射本领和吸收本领的比值与物体特性无关，是波长和温度的普适函数，即与吸收系数成正比。并由此判断：太阳光谱的暗线是太阳大气中元素吸收的结果。这给太阳和恒星成分分析提供了一种重要的方法，天体物理由于应用光谱分析方法而进入了新阶段。

1862年他又进一步得出绝对黑体的概念。他的热辐射定律和绝对黑体概念是开辟20世纪物理学新纪元的关键之一。1900年M.普朗克的量子论就发轫于此。

基尔霍夫的主要成就：

给出了惠更斯-菲涅耳原理的更严格的数学形式；基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL）。（二成注：我们生产的LED，其工作电流和电压，就是按照这位大神制定的规则来算的）。

（五）本生：

德国科学家本生与基尔霍夫在19世纪60年代发展起实用光谱学，他们系统地研究了多种火焰光谱和火花光谱，并指出，每一种元素的光谱都是独特的，并且只需极少里的样品便可得到，这样，他们就牢固地建立起光谱化学分析技术。

并利用这种方法发现了两种新元素：铷和铯。这两种元素的发现是卓越的，因为他比门捷列夫提出的能预言未知元素的周期律还早10年。这是通过光谱分析方法发现的一些元素中的第一批元素。同时人类应用光谱技术共发现了18种元素。

他们研究了太阳光，并且首次对环绕太阳的大气层作了化学分析，指出环绕太阳的大气也是由地球上已知的那些元素组成的。1859年，本生和基尔霍夫还研制出了第一台实用的光谱仪。

本生的主要成就：制成了本生电池、水量热计等。

(六) 埃格斯特朗：

1868年，瑞典物理学家埃格斯特朗发表了“标准太阳光谱”图表，记载了上千条夫琅和费谱线的波长，为光谱学研究提供了有价值的标准，而埃格斯特朗也被称为“光谱学的奠基人”。为纪念埃格斯特朗将波长的单位定为埃。

埃格斯特朗的主要成就：光谱奠基人之一。