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以下文章来源于原点阅读，作者高鹏
原点阅读.
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话说牛顿发明了微积分，发现了力学三定律和万有引力定律，这些可都是震古烁今的大成果。不过牛顿不但是数学大师和力学大师，还是一个光学大师！除了发明反射式望远镜，牛顿还发现了阳光的秘密。
牛顿
一个雨过天晴的午后，一道美丽的彩虹出现在天空，人们纷纷驻足观看，赏心悦目的神奇美景让大家惊叹不已。小孩子们好奇心强，纷纷摇着大人的手问道：“爸爸妈妈，天上为什么会出现彩虹呢？”大人们回答不上来，会讲故事的只好把自己听过的各种神话故事拿出来再给孩子讲一遍，不会讲故事的只好说这个原理太复杂了，等你长大了就知道了。孩子们都噘着嘴，对这些答案表示不满。
有人眼尖，看到牛顿也在观看彩虹，便对孩子们说，牛顿叔叔是剑桥大学的高才生，他一定知道，你们去问他吧。于是，牛顿身边很快就围了一群孩子，七嘴八舌地问他天上的彩虹是哪儿来的。
牛顿微笑着对孩子们说：“这彩虹啊，不是神仙变出来的，它是阳光的颜色。”
“阳光的颜色？”孩子们纷纷表示不信，就连跟过来的大人也对牛顿说：“牛顿啊，你骗孩子玩也得编个差不多的理由啊。这阳光我们再熟悉不过了，哪有这么多美丽的颜色？”
牛顿说：“我最近就在研究阳光的秘密，我肯定七色彩虹就是阳光的颜色。我们平时看不到七色是因为这些颜色混在一起就变成白光了，但是下过雨后，空气中有很多小水滴，阳光照射小水滴会发生折射，不同颜色的光折射率不一样，我们就会看到彩虹了。”
图源：pexels
牛顿说的折射是什么人们不懂，大家听的半信半疑，议论了一会儿人群也就散了。但是有些有心人记在了心上，随后几天路过牛顿家时都会瞧上一眼，想看看牛顿是怎么研究阳光的。令人奇怪的是，大白天太阳明晃晃地正好研究，可牛顿的屋子却拉着厚厚的窗帘，只留一道小缝，里边肯定是昏暗无比，反倒是阴雨天时牛顿的窗帘才会拉开。牛顿的异常让人们摸不着头脑，这哪是研究阳光啊，分明是怕见阳光。一时间人们议论纷纷，不知道牛顿在搞什么名堂。
这一天，牛顿的舅舅来了。牛顿的舅舅也是剑桥大学的毕业生，当年正是他的极力主张才让失学的牛顿继续上学，因此牛顿对舅舅一直很尊敬。牛顿打开院门，把舅舅请了进来。
舅舅一进门，就冲他嚷开了：“牛顿啊，听说你整天大白天拉个窗帘，在屋子里一待就是一天，我原来还不信，刚才隔着院门一看，果然如此，你到底在搞什么鬼？”
牛顿笑了，他拉起舅舅的手说：“舅舅，你随我来。”说着，把他舅舅拉到了二楼自己的房间。
舅舅进屋一看，里边昏暗无比，一道光从两片窗帘的缝隙中射进来，正好照在桌子上的一个三棱镜上。他顺着光路往墙上一瞧，不禁喊出声来：“彩虹？！”
牛顿微笑着不说话，他舅舅观察了半天，恍然大悟：“阳光被三棱镜分解成了赤橙黄绿蓝靛紫七色光谱！这就是你说的阳光的秘密？”
牛顿说：“这个实验并不稀奇，早在年，笛卡儿就做过三棱镜分光实验，不过他做得不好，只获得了两侧带有红色和蓝色的光斑；年，一位捷克医生马尔西用三棱镜看到了太阳光分解后产生的七色光谱，就像我们现在看到的一样。”
“啊？这不是你的新发现啊？”牛顿的舅舅遗憾地叹了口气。
牛顿笑着说：“舅舅，您别叹气，我不但有新发现，而且还是重大发现！”
“哦？说来听听。”牛顿的舅舅来了精神。
“因为他们都没弄明白这是怎么回事。他们都认为日光是纯净、均匀、单一的光，透过棱镜后之所以会出现五颜六色，是阳光与物质相互作用的结果。笛卡儿认为光是一种微球的旋转，通过棱镜时旋转速度不同导致颜色不同。马尔西则认为不同颜色是由于光的浓度不同，阳光通过棱镜时，棱镜对光的稀释程度不同导致各种颜色。这些看法都是错误的！”
“那么，你得到了正确的解释？”舅舅问。
“对，我发现，阳光是一种复合光，它是由不同颜色的光混合而成的。当混合的光线通过棱镜时，由于各种颜色的光的折射率不同，就被分散成了七色光谱。”
“等一等。什么叫折射呢？”舅舅问道。
“折射就是说光进入三棱镜里边会偏转一个角度，就像我们把一根木棍放到水杯里，你会看到木棍像弯折了一样，这就是由于光线的折射造成的。”
“哦，我明白了，你说七色光的折射率不同，就是说它们进入棱镜以后偏转角度不同，于是就被分开了？”
“对，没错！”
“哇，牛顿，我的好外甥，你太厉害了，你是怎么想到这些的呢？”
“舅舅，这可不是凭空想出来的，这是我做了好多实验才得出来的结论。”牛顿指着桌子上的一堆三棱镜、凸透镜以及一些开着小孔的木板说道。
“哦？快给我讲讲。”舅舅很感兴趣。
“舅舅你看，我用一个三棱镜把阳光分开，再把另一个三棱镜倒过来放在已经被分开的彩色光谱前，然后在两块三棱镜中间插入一块凸透镜，结果从另一侧出来的光又被汇聚成了一束白光。”（见图10-1）牛顿边说边演示着，“这就说明，白光既能被分解，也能被重新合成，说明白光是由各种颜色的光组成的复合光。”
牛顿用两个三棱镜和一个凸透镜分解和还原白光
他把这块新棱镜和凸透镜拿开，拿起一块带小孔的木板挡在彩色光带前，边摆弄边说：“你看，现在只有蓝光从小孔中穿过，我在后面再放一块带小孔的木板，就得到了一束细细的蓝光，这时候我在这束蓝光后面再放一块三棱镜，你看，它就不会再被分解了，出来的还是一道细细的蓝光。”他又通过调整第一块三棱镜的角度，让其他颜色的光依次通过小孔，结果各种单色光都不会分解，而且它们通过第二块棱镜的偏转角度明显不同。“这就说明，白光确实是由折射率不同的光组成的。”牛顿解释道。
牛顿考察单色光折射率的实验
“舅舅，我还做了一些其他的实验，将来有机会我会写一本书详细介绍这些实验和结果。”牛顿边收拾边说。
舅舅已经被这些眼花缭乱的实验惊呆了，他瞪大了眼睛赞叹道：“牛顿，我的好外甥，你的大脑是什么做的？怎么能设计出如此精巧的实验？舅舅等着你的新书，到时候你可要送我一本签名版啊！”
牛顿笑着答应：“没问题！”
牛顿的舅舅心满意足地走了，牛顿则又回到了屋子，开始了新的实验与计算……
年，牛顿出版了一部巨著——《光学》，书中汇总了他的各种光学研究成果。这本书使人们正确认识了光的反射、折射、颜色等性质，为光学的发展奠定了基础。
年，牛顿出版《数学通论》。
年3月，牛顿逝世，享年84岁。后人为了纪念他，用他的名字“牛顿”来命名力的单位，简称“牛”（N）。
纵观牛顿一生所取得的成果，说他靠一己之力推开了近代物理学的大门也不为过，英国诗人蒲柏曾作诗一首赞美牛顿：
自然和自然规律隐藏在黑暗中；
上帝说，让牛顿去吧！
于是一片光明。
牛顿去世了，但人们对光的本性的认识却远远不够。牛顿说过这样一段话：“我不过是一个在海边玩耍的孩子，不时为捡到一颗光滑的石子或美丽的贝壳而欣喜，而真理的大海，却一点也没看见。”牛顿也许说得过于谦虚，但对于光的认识，这句话却并不为过。
牛顿在世的时候，人们就对光到底是一种什么形态争论不休。这种争论分为两个学派，一派是以牛顿为首的粒子说，另一派是以荷兰科学家惠更斯为首的波动说。
牛顿认为，既然光是沿直线传播的，那就应该是一种粒子，因为波会弥散在空间中，不会聚成一条直线。最直观的实验证明就是物体能挡住光而形成阴影。惠更斯认为，如果光是一种粒子，那么光在交叉时就会因发生碰撞而改变方向，可人们并没有观察到这种现象，所以光不是粒子。他认为，光是发光体产生的振动在“以太”中的传播过程，以球面波的形式连续传播。当时人们认为以太是充满了整个空间的一种弹性粒子，现在已经证明这是一种子虚乌有的东西。年，惠更斯出版了《光论》一书，阐述了他的光波动原理。
波是人们很早就注意到的一种现象，将石子投入水中，水面会上下起伏，发生振动，振动由近及远向四周水面扩散，就形成了水面波。敲钟时，撞击引起周围空气的振动，此振动在空气中传播形成声波。于是，人们就把以一定速度传播的振动叫作波。
根据振动方向与传播方向的不同，人们把波分为横波和纵波两种。拿手抓住绳子的一端上下抖动，就会形成横波，如图10-3（a）所示。虽然看上去波在不停地向前方运动，但实际上绳子上的每一点始终在原位置上下振动。这种振动方向与传播方向垂直的波叫作横波。反过来，振动方向与传播方向平行的波叫作纵波，比如把弹簧拉一下，它就会来回
振动形成纵波，如图10-3（b）所示。在纵波中，质点的振动方向与波的传播方向平行，因此在介质中就形成稠密和稀疏的区域，故又称疏密波。如果波沿着平面推进，则叫作平面波；如果波从一点以球面向周围空间扩散，则叫作球面波（见图10-4）。惠更斯认为光就是一种球面波。
横波与纵波示意图
（a）横波；（b）纵波
平面波和球面波示意图
（a）平面波；（b）球面波
由于牛顿和惠更斯都提出了有理有据的论证，但又都有一些破绽，所以科学家们分成了两大阵营，为光是微粒还是波吵得不可开交。由于牛顿的巨大声望以及他著作中实验和理论分析的严谨性，一时间微粒说占据了上风。直到多年以后，人们才对光有了新的认识，而真正了解光则要等到年以后。
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文源：《物理学通俗演义》
作者：高鹏
END
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