038:泊松亮斑
物理学的历史上,从不缺“打脸”事件,有些人是打别人打脸,而有些人却是打自己打脸。
双缝干涉实验出现之后的十多年里,光的‘微粒说’在物理光学上依然占据主动地位。其中法国科学院院士,西莫恩·德尼·泊松就是‘微粒说’的坚定拥护者。
1818年法国科学院提出了一个征文活动,征文主题为:利用精确的实验确定光的衍射效应。
这个征文活动的本意,是想让参赛人员,通过光的‘微粒说’来解释光的衍射效应,以此打压因为托马斯·杨而蠢蠢欲动的光的波动理论。
但是谁都没想到,这次的征文活动却让光的‘微粒说’,这座由牛顿建立的大厦彻底崩塌。
在这次征文活动的参赛人员中,有一个法国青年学者,名叫菲涅尔。菲涅尔早在1815年就向法国科学院提交了一篇关于‘光的衍射’的论文,在这篇论文中,菲涅尔已经提出光的衍射是光的波动性的证据。
只是这篇论文的数学推导过程不太严密,当时法国科学院的院士们看到之后,根本不屑于去考虑,甚至都不予回复。
而菲涅尔并没有因此而死心,借着法国科学院的征文活动中,菲涅尔再次提出了自己的坚持,这一次菲涅尔补充了很多的数学推论。
这篇论文进入法国科学院之后,负责审阅菲涅尔这篇论文的人,正是‘微粒说’的拥护者泊松。
泊松在看到菲涅尔的论文之后,认为菲涅尔的观点十分荒谬。
但是泊松并没有像胡克否定牛顿那般,直接用自己的权威否定菲涅尔。而是根据菲涅尔论文中的数学推导,推到出来了一个结论。
大物理学家必是大数学家。
按照菲涅尔的数学理论,泊松推导出:光在经过一个不透明的圆盘之后,通过菲涅尔的衍射公式,应该在圆盘后形成一个亮斑。
任何一个有生活常识的人都知道,光在经过不透光的圆盘之后,在后面必然会形成一个阴影,怎么会在阴影中形成一个亮斑呢!
所以泊松在得到这一结论之后,认为菲涅尔的理论完全错误,并将自己的这一结论公之于众。
言外之意就是,你们波动说可别说我以大欺小,我可没有用自己的权威打压这个年轻人,我所有的推论基础都是基于这个年轻人的波动理论。
如果这个年轻人说光的衍射是波动效应是正确的,就会在阴影中形成这样一个亮斑,这岂不是太荒谬了!如果这个年轻人还认为自己的波动理论正确,我们不妨按照我的推论做个实验。
物理学是建立在客观发生的基础上,实验是物理学的唯一真理。
菲涅尔之前并没有推导出泊松的这一推论,对于泊松提出的实验验证,心里也没有底。
但是菲涅尔作为物理学家,自然也知道实验的重要性。即便是否定自己,也无法阻止物理学家追求真理。
于是菲涅尔接受了泊松的挑战,进行了这次实验。
作为‘微粒说’的坚定拥护者,泊松信誓旦旦的要扼杀蠢蠢欲动的‘波动说’,可是泊松怎么也想不到,他理论下的实验,却彻底杀死了他所拥护的‘微粒说’。
实验中,亮斑出现了!
……
可能是因为这个亮斑最终是泊松推导出来的,也可能是因为其他什么原因,总之这个亮斑后来被称为‘泊松亮斑’!
菲涅尔在这次实验之后,名声大噪,渐渐成也为了当时波动说的领军人物。后来菲涅尔在惠更斯原理的基础上,增加了很多的光学的波动理论,后世将其统称为“惠更斯——菲涅耳原理”。
而泊松虽然是光的‘微粒说’的拥护者,但是后世一般都认为泊松是光的‘波动说’的代表人物。
1840年,泊松去世。
1840年,在物理学上还发生了一件大事,焦耳发现了焦耳定律。
除此之外,在这一年,东方一个古老的国度,也发生了一件大事。
并且因为这件事情,于两年之后,诞生了这个国度历史上第一个不平等条约。
1842年8月29日……
……
双缝干涉实验和泊松亮斑,都说明了光的波动性质。之后麦克斯韦以及赫兹更是推导出光是电磁波的结论,让光正式定性为波。
可后来爱因斯坦提出‘光量子’,又把光的“粒子说”给推了出来。
物理学上似乎就要再次掀起了光的波粒之争。
这个时候,‘波粒二象性’出现了。
其实1905年,爱因斯坦提出光量子的时候,已经能说明光具有波粒二象性,但是当时并没有出现这个结论。
1924年,法国物理学家路易·维克多·德布罗意在自己的博士论文中,提出了一切物质都同时具有波性质和粒子性质,算是‘波粒二象性’第一次正式出现。
波指的是媒介的振动,比如水波:水分子并没有移动,只是在一个位置往复振动。
粒子则比较简单,扔一块石子就是粒子的运动。
德布罗意也因为自己的这篇博士论文,获得了1929年的诺贝尔物理学奖。这是物理学的历史上,唯一一个仅仅因为一篇博士论文,而拿到诺贝尔物理学奖的人。
德布罗意或许肯定能获得诺奖,但是德布罗意能够一篇博士论文获得诺奖,他应该感谢爱因斯坦。如果不是因为爱因斯坦,物理学上恐怕又会出现因为名声不够,而被忽视掉的理论。
德布罗意的博士论文刚出现时,其实并没有引起很多人的注意,甚至连德布罗意的老师朗之万也是拿不定主意。
后来朗之万将这篇论文寄给了爱因斯坦,爱因斯坦看到这篇论文后,在自己的一篇讨论波粒性质论文中,提到了德布罗意的这篇论文,这才让很多人注意到,原来已经有人提出来了!
德布罗意也因此获得了自己的博士学位,这篇论文并且获得了1929年的诺贝尔物理学奖。
从现在的物理学上看来,无论是物质的“波动说”还是物质的“粒子说”,又或是“波粒二象性”,这些理论都是片面的。
可能宇宙万物都只是波的不同表现形式而已。