光學簡史之六:牛頓出世,對光學意味著什麼?

在小學自然課上，我們都做過一個實驗，把一束光照向三稜鏡，在牆上就會出現赤橙黃綠青藍紫七色，這就是光的色散實驗，這也是我們第一次近距離接觸物理學大神。

因為這個實驗最早是由牛頓做的。

不過這時候的牛頓還沒有提出牛頓力學和微積分，就是說牛頓是以光學研究踏入科學殿堂的。

光的色散實驗改變了之前人們對顏色的認知，之前人們都認為顏色是物體本身的性質，牛頓指出顏色是物體和不同色光的結果。

既然解決了顏色問題，那麼肥皂泡薄膜的奇幻色彩又是怎麼回事呢？可不是按照赤橙黃綠青藍紫的順序排列的，這個問題最早是由胡克最早研究的。

胡克在牛頓之前可謂是天之驕子，無所不通，號稱「英國達文西」，當時就任英國皇家科學院實驗室主任，不過胡克研究問題有一個毛病，就是對任何問題都是淺嘗即止，這次他老毛病又犯了，所以這個問題就要由牛頓來解決了。

對於肥皂泡來說，難以取得定量的研究，因此肥皂泡這種東西，極其不穩定，說是轉瞬即逝有點過分，可是也很難測量厚度和大小，於是牛頓採取了更穩妥的方法，就是磨製凸透鏡。

牛頓取來兩塊玻璃體，一塊是14英尺望遠鏡用的平凸鏡，另一塊是50英尺左右望遠鏡用的大型雙凸透鏡。在雙凸透鏡上放上平凸鏡，使其平面向下，當把玻璃體互相壓緊時，就會在圍繞著接觸點的周圍出現各種顏色，形成色環。於是這些顏色又在圓環中心相繼消失。在壓緊玻璃體時，在別的顏色中心最後現出的顏色，初次出現時看起來像是一個從周邊到中心幾乎均勻的色環，再壓緊玻璃體時，這色環會逐漸變寬，直到新的顏色在其中心現出。如此繼續下去，第三、第四、第五種以及跟著的別種顏色不斷在中心現出，並成為包在最內層顏色外面的一組色環，最後一種顏色是黑點。反之，如果抬起上面的玻璃體，使其離開下面的透鏡，色環的直徑就會偏小，其周邊寬度則增大，直到其顏色陸續到達中心，後來它們的寬度變得相當大，就比以前更容易認出和訓別它們的顏色了。

牛頓環

這個實驗非同小可，這其實就是光的幹涉現象，牛頓這時候已經走到了波動說的邊緣，不過牛頓並沒有立刻深入研究，因為這時候還有更重要的事情要做。

那個時候的顯學是天文學，而觀測星空則需要天文望遠鏡，畢竟不是每個人都有第谷那麼好的視力，自從伽利略使用天文望遠鏡觀測星空以來，天文學取得了飛速的發展，地心說也因此破產，但是天文望遠鏡的製造卻遇到了瓶頸。

傳說當年伽利略採用望遠鏡觀測星空，取得了豐碩的成果，克卜勒表示不服，於是向伽利略借望遠鏡，可是伽利略沒借，克卜勒無可奈何，可是克卜勒為什麼不自己造一個呢？

當時的天文望遠鏡採用的是格裡高利折射式望遠鏡，由格裡高利設計，胡克製造成功，可為什麼格裡高利不自己造一個呢？

因為製造望遠鏡就需要磨製鏡片，而磨製鏡片是一門高深的技術活，當時可沒有加工廠給他們製造合適的鏡片，這些天才的科學家們只好自己手工磨製，當時測量技術不佳，稍有偏差，鏡片就報廢了，無論克卜勒還是格裡高利都是沒有一雙巧手，所以只能設計而不能製造，非不為也，乃不能也。

而牛頓發現了牛頓環，就可以精密地檢測鏡片的精度，可以說，牛頓環就相當於一把尺子，這樣就可以在磨製過程中不斷調節，提高了磨製鏡片的成功率。

雖然提高了成功率，但是磨製鏡片還是一個麻煩活，牛頓乾脆重新設計了天文望遠鏡，之前格裡高利望遠鏡是折射式望遠鏡，需要多個凹面鏡，牛頓改成了反射式望遠鏡，只需要一個凹面鏡。

牛頓反射望遠鏡

當少年牛頓意氣風發地新式望遠鏡擺放在皇家科學院案頭，以為會獲得掌聲，結果卻遭到了胡克的打擊，因為牛頓的發明侵入了胡克的最得意的科學領域，從唯我獨尊變成處於下風，無論誰都會有些懊惱，但是胡克的反應卻有些過分了，這樣牛頓也非常生氣。

光學的發展就好像是走在一條蜿蜒的小路上，雖然走得慢，但是大家都在朝著一個方向前進，但是歷史卻因為這一次紛爭改變了。

對於光的本性，胡克首倡波動說，法國科學院掌門人惠更斯也支持胡克，本來牛頓環實驗也是支持波動說的，但是對手支持的就應該反對，牛頓則提出了微粒說，認為光是一些微小的顆粒。

其實牛頓提出微粒說也不是完全為了懟胡克，畢竟都是科學家，牛頓在提出微粒說的同時，也並沒有明確反對波動說，而且微粒說更加符合我們的日常經驗，光的反射現象可是微粒說最好的證據，我們都打過羽毛球兵乓球檯球不是。

那麼光到底是微粒還是波呢？這一場爭論卻吵了幾百年。