牛顿和惠更斯的对话

胡紫霞

同学们，你们都听说过牛顿吧？他的全名叫艾萨克·牛顿，爵士，英国皇家学会会长，世界级著名的物理学家、天文学家、数学家、自然哲学家、神学家……纵观古今中外，能集如此众多的“家”于一身的，古往今来可能只有牛顿一人。可以说，牛顿是百科全书式的“全才”。那么，牛顿在自然科学方面到底有哪些贡献呢？那真可以用“多如牛毛”来比喻，但我们今天不说他提出的著名的牛顿运动三定律，不说他发现的万有引力定律，也不说他创立的微积分等，我们就重点来聊聊牛顿关于光学的一些主要观点吧。接下来，让我们一起穿越回牛顿的那个时代，看看他怎么说——

牛顿：

看到大家用这么多华丽的辞藻来形容我，还真是有些不好意思。本人在光学方面的确是有些研究。根据光的直线传播规律、光的色散现象，我认为，光是由一颗颗像小弹丸一样的机械微粒所组成的粒子流。发光物体接连不断地向周围空间发射高速直线飞行的光粒子流，一旦这些光粒子进入人的眼睛，冲击视网膜，就引起了视觉神经的反应。简单点儿说，光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀媒质中以一定的速度传播。这就是“光的微粒说”。

牛顿：

我们都知道，如果用弹性小球撞击平面，小球会发生反弹现象，这个现象能很好地解释光的反射现象。而当光从空气进入透明介质时，由于介质对光微粒的吸引，使它们的速度發生变化，即造成了光的折射现象。

按照牛顿的这种解释，应该假设介质中的光速大于真空中的光速。当时，人们不能用实验方法测出光速，并且由于“微粒说”通俗易懂，又能解释常见的一些光学现象，所以很快获得了人们的承认和支持。但是“微粒说”并不是“万能”的，比如，为什么几束在空间交叉的光线能彼此互不干扰地独立前进？为什么光线并不是永远走直线，而是可以绕过障碍物的边缘拐弯传播？对这些现象，“微粒说”在解释时就遇到很大的困难。

为了解释这些现象，和牛顿同时代还有一位物理学家叫惠更斯，荷兰人，他提出了与“微粒说”相对立的“波动说”。我们一起来听听他的观点。

惠更斯：

大家好！能和伟大的牛顿先生对话，对我来说是一种荣幸。我个人认为，光与声具有某些相似性，光是一种机械波，由发光物体的振动引起，依靠一种特殊的叫做“以太”的弹性媒质来传播。你可能要问我“以太”是什么？三两句话说不清楚，你只要记住：它是一种假想的弹性介质，充满整个宇宙空间。

牛顿：

你确定你的观点是正确的？

惠更斯：

是的，牛顿先生。按照我的学说，可以很好地解释几束光线在空间相遇不发生干扰而独立传播，并且我还成功地推导出了光的反射和折射定律。

在解释折射现象时，惠更斯假设光在水中的速度小于在空气中的速度，这与牛顿的解释正好相反。尽管“波动说”可以解释不少光学现象，但由于它很不完善，解释不了人们最熟悉的光的直进和颜色的起源等问题，所以没有得到广泛的支持。再加上当时受实验条件的限制，还无法测出水中的光速，便无法判断牛顿和惠更斯关于折射现象的假设谁对谁错。尤其是牛顿在学术界久负盛名，他的拥护者对“波动说”横加指责，全盘否定，终于把“波动说”压了下去。而“微粒说”盛极一时，居然在光学界称雄了整个18世纪。谁是谁非，拉开了近代科学史上关于光究竟是粒子还是波动的激烈争论的序幕。