好“色”之徒牛顿

罗会仟

物理学在牛顿之前确实处于一种混乱和黑暗的状态，自从有了牛顿，一切仿佛见到了光明。牛顿在物理学上的贡献，奠定了经典物理大厦的基础。这座大厦在后来人的不断努力下，终于在19世纪“完美落成”，只是大厦顶上有“两朵乌云”遮住了一部分阳光而已。牛顿给物理学带来的第一束光明，正是他对光的实验和理解。

古往今来，光就是一种既神秘而又莫测的东西。“上帝说：‘要有光，于是就有了光。”尽管我们天天都在用光（烛光、火光、太阳光等等），可是光究竟是什么，我们从未了解过。我们曾经研究过光，比如阿基米德的凹面镜海战和伽利略的望远镜，但这都是对光简单性质的利用。我们也知道，小孔成像、日食和海市蜃楼都是光的传播造成的：光的直线传播和光的折射。通过这些现象可以了解光有什么特性，可是，光究竟是什么？或者说光是由什么组成的？这个问题一直都是人们好奇却又难以解释的。

难以解释的光现象还有很多，比如彩虹。一道斑斓缤纷的桥，横跨天际，壮观而又美丽。智慧的中国人民把它想象成了鹊桥——象征吉祥的喜鹊搭建出了这跨越天河的桥，让相思的牛郎织女七夕相会。梦境里，彩虹就像一仙女，雍容华丽又不失婀娜雅致；现实中，雨后的彩虹给天空上了一点颜色。彩虹是色之影，更是光之翼。

牛顿就是好“色”之徒、彩虹上的天使。他第一次在实验室里获得了彩虹。这便是著名的“牛顿分光实验”。牛顿用一个三棱镜，在黑暗的屋子里引入一道白光（太阳光），然后让它通过三棱镜，在白色的接收屏上，他得到了“彩虹”——由红橙黄绿蓝靛紫七种颜色组成的彩色光斑。实际上，他并不是用棱镜分光的第一人，在他之前有位捷克的医生也用棱镜把光分成七色，并且他还发现若再加一个棱镜在七种颜色中的某种颜色的光的后面，这种光的颜色透过第二个棱镜后将不会改变。而牛顿则尝试过把另一个三棱镜放在前一棱镜后面，然后他发现“彩虹”消失了。原来，白色的太阳光不是单纯的一种光，而是由多种光组成的“混合光”。这便是牛顿的认识。同时他还解释了为什么：因为组成不同颜色的光的“微粒”质量不一样，所以在通过棱镜的时候分开了。尽管牛顿这个认识是错误的，并且他坚持这个错误到人生的终点，而且后人发扬了这个错误若干年，但令人们惊喜的是——色之奥秘终于解开了。要获得不同颜色，只要取这七种颜色中代表性的三种：红、绿、蓝，就可以调出任何你所希望的颜色，这是画家的秘密。同学们可能会问，那黑色是什么？实际上，黑色就是没有颜色！（白色不是没有，而是混杂颜色。）所谓黑色就是物体把光都吸收掉了，没有光反射到人眼中，所以是黑的。这就是黑咕隆咚、黑灯瞎火、黑洞等概念的直觉来源，没有光，就是两眼一抹黑……

牛顿的实验是成功的，他的解释也是成功的，至少在当时看来是的。遗憾的是，牛顿始终跳不出他那个时代的框框，他始终认为光是由“微粒”组成的。也难怪，在他领衔的经典力学里，到处都是理想化的质点和小球，习惯了，谁也不想改。这个错误延续了很久，即便他后来还做了著名的牛顿环实验——这是个典型的表现光波动性的实验。后来在惠更斯等人的思考下，光的另一个特性——波动性被提出，并为托马斯·杨的双缝干涉实验所证实，物理史上最长久的一次争论之一便由此开始。直到天才的爱因斯坦，使光的粒子概念和光的波动理论完美地融合形成了光子说，由此引发了量子力学——描述微观世界运动的新理论。物理学大厦上风云变幻最为激烈的年代在19世纪初开始了。

最后，让我们提及牛顿在光学上的另一个贡献：他也发明了新型望远镜——牛顿望远镜。伽利略、开普勒等人的望远镜存在一个致命的问题，就是如果把望远镜对着远处黯淡的星体的时候，将无法分辨，因为光线实在太少了。除非增大望远镜的直径，然而，组成望远镜的凸透镜和凹透镜都是玻璃制品，要打磨如此精确的又如此大的玻璃块是非常困难的。这就使得普通望远镜大大局限于某些亮一些的天体观测。而聪明的牛顿则综合阿基米德和伽利略的智慧，他将一个凹面镜放在望远镜里面用来聚远处的光，这些光可以反射到望远镜上的透镜上，这样即使在光线很微弱的情况下看到的图像也非常清晰了。现代天文望远镜都还基于牛顿望远镜的原理，让我们看到宇宙更深更古老处的秘密。（注：望远镜看到的光线其实来自过去！因为光传播到地球需要一定的时间。）

牛顿的好“色”揭开了光的面纱、颜色的奥秘。好奇心就是物理学家研究的最原初动力！好奇心推动着人类认识和认知的进步，也推动着人类社会的进步。所以，无论何时，都不要轻易丢弃你的好奇心，“好奇害死猫”的情形除外。