猜想、假设的例子案例与物理学的发展

2022年5月15日10:43:20猜想、假设的例子案例与物理学的发展已关闭评论

一、光的本性的探寻

早在17世纪,物理界就开始了对光的本性问题的讨论,并逐渐形成了关于光的本性的两种学说——微粒说与波动说。荷兰物理学家惠更斯是波动说的主要代表,大名鼎鼎的牛顿则是微粒说的创始人。两种学说均可解释光的反射与折射现象,但它们对折射现象的分析得出了截然相反的结论。

微粒说得出密介质中的光速大于疏介质中的光速,而波动说则得出密介质中的光速小于疏介质中的光速。由于当时实验条件的限制,无法在实验室中用测定光速来进行判断,以致两派之争持续了几个世纪之久。由于牛顿的威望,在整个18世纪,微粒说占据着统治地位。但是,1801年,英国学者托马斯·杨首次成功地进行了光的双缝干涉实验,并对薄膜干涉现象做出了合理的解释。1808年,马吕斯偶然发现光在两种介质界面上反射时的偏振现象。1816—1819年,菲涅尔和他的积极支持者阿拉果在共同实验中,发现相互垂直的偏振光不相干涉的现象,最终证实了光是横波。这些实验事实,使波动说重新受到人们的重视。1849年菲索、1862年傅科相继在实验室中测定了水中的光速,证实了水(密介质)中的光速小于空气(疏介质)中的光速,由此波动说得到了判决性的实验确证。因此,在19世纪上半叶,波动说在关于光的本性的争论中上升为统治地位。

但是波动理论是把光看成连续介质中的机械性振动,这就必须假设存在一种传递振动的“以太”介质。因为光速很大,所以“以太”的弹性很大而密度却要极小。但是“以太”介质的存在始终没有得到实验的证实。

1845年,法拉第发现了偏振光的振动面在磁场中会发生旋转现象,揭示了光和电磁之间的内在联系。1865年,麦克斯韦创立了电磁场理论,推算了电磁波在真空中是以光速传播的。于是他大胆断言,光是一种波长极短的电磁波。到了1888年,赫兹用实验证实了电磁波的存在,建立了光的电磁理论,从而使光的波动说摆脱了机械波观点的束缚,从菲涅尔等人的弹性“以太”的波动说中解放出来,走上了一个新的台阶,这是人类对光的本性的认识的又一次深化。

19世纪,风行于物理学界的光的波动说在光电效应中遇到了无法逾越的障碍。1905年,爱因斯坦提出了光量子假说,圆满地解释了光电效应,因此光的微粒说又以新的形式复活了。但是爱因斯坦的光量子假说不是简单地回到牛顿的微粒说,而是认为微粒说和波动说各自反映了光本性的一个侧面。对于统计的平均现象,光表现为波动;对于瞬时涨落现象,光表现为粒子——这是人类第一次揭示了微观客体的波动性和粒子性的对立统一,即波粒二象性。从微粒说和波动说的争论,到波粒二象性理论的建立,这是人类认识的伟大飞跃,这个过程中的一系列重大的研究和发现,很多都直接或间接地来源于微粒说和波动说的争论。

纵观在光的本性问题探讨中争论的史实,我们看到,不同学派的争论使物理学理论的发展呈现生机勃勃的景象。争论是物理学发展的内部动因,在争论中,各派都有自己的杰出代表,他们都有独到的见解、风格和思想。通过争论,各种思想得以广泛的传播,而相互诘难又促进了各种学术思想的交流。正是这些争论才构成了一部波澜壮阔的物理学发展史。

  • 版权声明:本篇文章(包括图片)来自网络,由程序自动采集,著作权(版权)归原作者所有,如有侵权联系我们删除,联系方式(QQ:452038415)。