世界近代中期科技史- 第7节

　　说的著名讲演，这样，波动说与微粒说的第二次论争，便在惠更斯与牛顿之　

　　间爆发了。　



　　　　　　　（5）牛顿及其微粒说　

　　　　　　　惠更斯于　1678年在巴黎科学院所作的反驳微粒说的讲演内容不久以后　

　　即传到英国，《光论》一书在1690年出版后也传到了英国。针对惠更斯的观　

　　点，牛顿以他的光的色散实验为基础，进一步发展了他的微粒说。与此同时，　

　　牛顿开始修改和充实他在1675年前后动手写作的主要光学著作《光学》。　

　　　　　　　在《光学》中，牛顿反驳了惠更斯的波动说，对他的微粒说进行了系统　

　　的理论解释。在反驳惠更斯对冰洲石（亦称方解石，但它实际上是方解石CaCO　

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　　的无色透明的亚种）的双折射现象所作的波动说的解释时，牛顿说：“就我　

　　所知，到目前为止还只有惠更斯一人，试图用挤压或运动的传播来说明冰洲　

　　晶石中的非常折射，为此他假设在这种晶体中有两种不同的振动媒质。”他　

　　对惠更斯的这一假说进行反驳后接着说：“对我来说，假如光仅仅是在以太　

　　中传播的挤压或运动，那末这似乎也是解释不通的。”　

　　　　　　　在《光学》中，牛顿主要以光的反射和折射现象为基础，坚持了他对光　

　　的本性所作的微粒说的解释。他说：“光线是否是发光物质发射出来的很小　

　　的物体？因为这样一些物体能直线穿过均匀媒质而不会弯到影子区域里去，　

　　这正是光的本性”，“为了说明光线一阵容易反射、一阵容易透射的猝发现　

　　象，我们并不需要别的，而只要把光线看作是微小的物体，这些微粒用它们　

　　的吸引力或某种其他的力在它们对之作用的物质中激起振动，这些振动比光　

　　跑得快，连续不断地赶上光线，并激动它们，乃至轮流地增加或减少它们的　

　　速度，从而使它们处在一阵一阵的猝发状态之中。”　

　　　　　　　在《光学》中，牛顿不仅以微粒说作为他的光的本性问题的理论基础，　

　　而且把他的物质微粒观念推广到所有自然现象之中，并因此与他的整个质点　

　　力学体系融为一体。他在推论物质微粒的种种特性后说：“所有物质的东西　

　　似乎都是由上述这些坚硬的固体粒子所组成，都是依照一个智慧者的意愿在　

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　　第一次创世时通过这些粒子的不同组合造出来的。”这样，牛顿就把他的光　

　　的微粒说与他的整个机械自然观也融为一体了。　

　　　　　　　牛顿的《光学》共分三编。第一编主要论述光的传播问题，第二编主要　

　　论述光的颜色问题：第三编主要以格里马第实验为基础，论述光的折射现象。　

　　最后以一系列的问题为结尾，论述了他的以物质微粒观念为基础的机械自然　

　　观。　《光学》一书，表明牛顿在论述他的微粒说时，也曾吸收波动说的某些　

　　观念，并试图解决微粒说与波动说的论争，最终把两种理论统一起来。　

　　　　　　　牛顿的微粒说尽管有其局限性的一面，但在探索光的本性的认识道路　

　　上，它与波动说同样是一个重要的里程碑。因为关于光的本性的波动性与粒　

　　子性的认识，人们直到二十世纪初才得以在波粒二象性的基础上统一起来。　

　　　　　　　可能为了避免与英国的波动说的代表人物胡克再度引起论争，牛顿的《光　



①　《牛顿自然哲学著作选》。　


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　　学》完成后一直未出版，直到胡克在1703年去世之后，牛顿的《光学》才在　

　　1704年公开出版。在《光学》公开出版之前，波动说主要代表人物惠更斯早　

　　已于1695年去世。惠更斯和胡克相继去世之后，波动说的一方无人能与牛顿　

　　进行论争，同时由于牛顿本人的科学声誉越来越高，牛顿的微粒说也就因此　

　　成为处于支配地位的学说。作为光学的早期经典著作之一的《光学》影响了　

　　长达两个多世纪的光学进展。直到本世纪初，当牛顿的《光学》再版时，爱　

　　因斯坦（1879—1955年）在为该书作序时还说：“谁要有闲暇和宁静来读这　

　　本书，就会重新生活于伟大的牛顿在他的青年时代所经历的那些奇妙的事件　

　　当中。对于他，自然界是一本打开的书。”爱因斯坦的这一评述，除了在一　

　　定程度上揭示了牛顿在光学中所遵循的方法之外，也在一定程度上说明了牛　

　　顿的《光学》在出版后所产生的深远影响。在整个18世纪，除了瑞士数学家　

　　约翰·贝努利和欧拉等人坚持光的波动说之外，绝大多数人都成了牛顿的微　

　　粒说的信徒。　

　　　　　　　以牛顿为代表的微粒说和以惠更斯为代表的波动说之争，是一场影响深　

　　远的科学论争，正是由于这场论争，在近代光学史上正式揭开了波粒之争的　

　　序幕。　



　　　　　　　（6）杨氏及其波动说　

　　　　　　　到了18世纪末，随着以天体演化学说为旗帜的科学思想的进一步解冻，　

　　光学开始慢慢地恢复一些生机。到了19世纪初，使人们意想不到的是，以惠　

　　更斯为代表的光的波动说在沉寂了一个多世纪之后，又奇迹般地复兴起来，　

　　这个在新的世纪中复兴光的波动说的开拓者，是英国著名物理学家托玛斯·杨　

　　氏（1773—1829年）。　

　　　　　　　杨氏是一位类同于法国百科全书派式的学者。1795年，杨氏在哥庭根大　

　　学获医学博士学位。在德国自然哲学思潮的影响下，杨氏对牛顿的光学理论　

　　产生了最初的怀疑和动摇。他根据自己的一些初步的实验事实，在　1800年写　

　　成了一篇题为《关于光和声的实验和问题》的论文，表示对惠更斯的光的波　

　　动说表示赞同，对牛顿的微粒说表示怀疑。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　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　①　

　　他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步。”在当时牛顿的理论尚居于权威　

　　地位的情况下，他能对牛顿作出如此大胆的议论，确实是需要一些胆略与气　

　　魄的。　

　　　　　　　在文中，杨氏对光现象与声现象进行了类比分析，他从所观察到的声波　

　　在重迭时有加强或减弱这种现象出发，认为光也有这种类似的特性，并进而　

　　认为光也是一种波。这是在光的波动说沉寂一百年之后，人们首次提到光的　

　　波动说。　

　　　　　　　1801—1804年间，杨氏出任英国皇家学院物理学教授，讲授数学物理方　

　　程。在这一时间内，他完成了对光的干涉现象和干涉理论的研究。　

　　　　　　　杨氏虽在1800年重提光的波动说，但当时他尚缺乏实验证据。因此，他　

　　决定设计出一种实验，以证实光的波动说。他从对声波的干涉现象的研究出　

　　发，认为干涉是波所特有的性质。他设想，要切实证明光是一种波，就必须　

　　证实光是否也发生干涉现象。　



①　＇英＇梅森：　《自然科学史》，上海译文出版社1980年版，第412—　413页。　


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　　　　　1801年，杨氏进行了一个观察光的干涉现象的实验。他把一个点光源放　

在一块不透明的屏后，当点光源发射出的光线通过屏上的两个邻近的狭缝　

时，即在另一块屏上产生明暗交替的黑白条纹。这说明，当两束光线相干时，　

光线既可能加强，也可能相互抵消。很显然，这是一种类似于声波和水波的　

波的干涉现象。波在传播时，当两列波的波峰与波峰重叠、波谷与波谷重叠　

时，两列波相互加强；而当两列波的波峰与波谷、波谷与波峰重叠时，两列　

波相互抵消。屏上所以出现明暗相间的黑白条纹，正说明光也发生了波的干　

涉现象，并由此说明光是一种波。　

　　　　　由于光的波动说自己成功地解释了光的这种干涉现象，而光的微粒说则　

对此无能为力。这样，杨氏就以光的干涉现象这一判决性的实验事实，对光　

的波动说作出了有力的证实。　

　　　　　在光的干涉现象的实验基础上，杨氏于同年在英国皇家学会的《哲学会　

刊》上发表论文，一方面介绍了他所进行的光的干涉现象的实验，另一方面　

也对他所进行的光的干涉实验与牛顿所进行过的“牛顿环”实验进行了理论　

解释。在这篇论文中，杨氏首次提出了光波的干涉概念，并同时提出了光的　

干涉定律：来自同一光源的两束光线，当其方向平行或接近平行，且其路程　

差等于波长的整数倍时，光线互相加强；在其相干部分的中间态上，光线最　

强。在文中，杨氏还指出了相干光与不相干光的区别，公布了他首次近似测　

得的光线的波长，指出了不同色光的波长各不相同，并以光的波动说为基础，　

提出了人的视觉理论。　

　　　　　此后，杨氏又对光的波动说进行了一些新的实验和理论研究。1803年，　

他又写了一篇题为《物理光学的实验和计算》的论文，依据他的光的干涉定　

律，对光的衍射现象作了进一步的理论解释，认为衍射实际上是直接通过衍　

射缝的光波和边界波的干涉。这篇论文于1804年发表于英国皇家学会的《哲　

学会刊》上，尽管杨氏在文中对光的衍射现象所作的理论解释尚不十分成功，　

但他却以此进一步扩大了光的波动说的理论影响。　

　　　　　由于杨氏在英国复兴了原来形成于法国的光的波动说，这就刺激了牛顿　

学派，特别是法国的牛顿学派对光学的研究。拉普拉斯（1749—1827年）、　

马吕斯（1775—1812年）、阿拉戈（1786—1851年）等人，即是法国的牛顿　

学派的代表人物。拉普拉斯在1808年用光的微粒说对光的双折射现象进行了　

分析，并在同年写出了对杨氏的光波学说进行驳难的论文。1809年，马吕斯　

在一次实验中发现了光的偏振现象，而惠更斯的光波说曾以为光波是一种纵　

波，但纵波不可能发生偏振现象，所以，马吕斯认为，这一新的实验事实的　

发现，是证实牛顿的微粒说的有力的实验证据。1811年，阿拉戈也发现了光　

的偏振现象，并发现偏振光在通过晶体时，能产生丰富的彩色现象。　

　　　　　与此同时，英国的牛顿学派也活跃起来，布吕斯特（1781—1868年）则　

是英国的牛顿学派的代表人物。1811年，他对法国的牛顿学派所发现的光的　

偏振现象进行了研究，他在实验分析中发现，反射光的偏振的程度，决定于　

入射角。当反射光呈全偏振时，反射线与折射线成直角，反射角的正切等于　

折射率。这样，他就找到了一个有关偏振现象的经验定律，从而在几何光学　

的基础上对新发现的光的偏振现象作了数学上的论