你以為,光是橫波還是縱波?

2020-12-04 格物心明

我們在前面考察過的一切光學現象都是支持波動說的。

光會彎曲而繞過小的障礙物以及對摺射的解釋就是支持它的有力論證。如果以機械觀作為指導思想,那麼還需個問題,就是怎樣來決定以太的力學性質。要解答這個問題,必須先知道以太中的光波是縱波還是橫波。換句話說,光是象聲一樣傳播的嗎?光波是由於介質密度的變化,而使得粒子向波傳播的方向作振動的嗎?還是以太是一種彈性的膠質物那樣的介質因而只能產生橫波,並且它的粒子的運動方向跟波本身傳播的方向是垂直的呢?

在解決這個問題之前,我們試決定哪一個答案比較好些。很明顯,若光波是縱波,那真是再好不過了。因為在這個情況下來設計一種力學的以太便簡單得多了。以太的圖景大概跟解釋聲波傳播的氣體的力學圖景相似,要構成能傳播橫波的以太的圖景就困難多了。要想像一種膠質物作為一種由粒子組成的介質,由它來傳播橫波,這不是一件容易的工作。惠更斯相信以太會是「氣狀」的而不是「膠狀」的。但是自然界毫不理會我們給它的限制。在這件事情上,自然界會寬容物理學家力圖用機械觀去了解所有的現象嗎?要回答這個問題,我們必須討論幾個新的實驗。

我們只詳細討論許多實驗中的一個,這個實驗能夠提供晶體片來改變它的位置。但轉動時所繞的軸的位置必須是固定不變的,這樣上面這句話才有意義。我們以入射光所定出的線為軸。這就是說,我們移動了一個晶體片上所有的點的位置,只有軸上的點的位置不變。一件奇怪的事發生了!光愈來愈弱,最後完全消失。假如繼續轉動,它又會再現出來,而等到回到最初的位置時,又重新恢復最初的景象。

我們用不著詳細描述這個實驗及其他類似的實驗就可以提出下面的問題:如果光波是縱波,能夠解釋這些現象嗎?在縱波的情況下,以太的粒子必須和光束一樣沿軸運動。如果晶體轉動,沿軸線的點並不發生變化。軸上的點沒有運動,只有在其附近發生很小的位移而已。因此對於縱波來說,決不可能發生光消失和顯現的明顯變化。這個現象以及諸如此類的現象,只有假定光波不是縱波而是橫波才能解釋!換句話說,我們必須假定「膠狀」的以太。

這是很令人遺憾的,我們如果企圖用力學來描述太,那麼必須作面臨極大困唯的準備。

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