光的故事（六）泊松亮斑实验，一个泊松不愿意挂名的实验

光的故事（六）

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前情提要

托马斯·杨做了一个名垂千古的实验——杨氏双缝干涉实验，引发了第二次光的波粒之战。

1818年，法国科学院提出了一个征文竞赛题目：

1：利用精确的实验确定光线的衍射效应

2：根据实验，利用数学归纳法推导出光通过物体附近时候的运动情况。

法国科学院

这个竞赛评委会由许多知名科学家组成，包括拉普拉斯，泊松和比奥等微粒说的拥护者。

在法国物理学家阿拉果和安培的鼓励和支持下，波动说阵营的一颗新星菲涅尔向科学院提交了应征论文。

在论文里，菲涅尔采用了波动说的观点，用严密的数学推理，极为圆满的解释了光的衍射问题。

菲涅尔

这篇论文递交到委员会的时候，遭到了委员会里坚持微粒说的科学家的反对。在委员会会议上，科学家泊松指出，根据菲涅尔的理论，用数学计算应该会看到一种奇怪的现象：

如果在一束光的传播路径上，放置一块不透明的圆板挡住，在离圆板一定距离的地方，圆板阴影的中央应当出现一个亮斑。

这在人们的意识中是一种十分荒缪的事情，用一块板子挡住光线，怎么可能在背面反而会出现一个亮斑？所以泊松认为自己已经驳倒了波动说。

泊松

在这之前，菲涅尔没有发现过这个亮斑。从数学角度，这需要高深的数学技巧才能计算出来，泊松是当时很厉害的数学家，换了一个人可能还计算不出来这个亮斑。

评委会中的另一位科学家阿拉果在关键时刻坚持一定要用实验进行检测。

阿拉果

菲涅尔和阿拉果一起做了这个实验，实验出现了令人意想不到的结果，这个计算出来的亮斑真的出现了。这个亮斑也因此被称为“泊松亮斑”，泊松本来用来打击波动派的理论，竟然变成了支持波动学说的最有力武器。

泊松亮斑

这个著名实验，也成为了第二次光的波粒之战的决定性事件，菲涅尔获得了那一届的科学奖。

数学和物理的魅力同时出击，让光的微粒说开始节节败退，无力反攻。

泊松亮斑

但是微粒说有一个堡垒一直存在，那就是光的偏振问题，之前惠更斯认为光是一种纵波，但是这没法解释光的偏振问题。

之后菲涅尔又创造性的提出了光是一种横波的理论，解释了光的偏振问题，攻克了战役中一个非常重要的堡垒，从此以后光的波动说开始节节胜利。

纵波和横波

大决战的日子来临了，那就是光的速度。根据微粒说，光在水中的速度比真空中要快。而波动说一直认为光在水中速度是要比真空中要慢的。但是因为光速实在是太快，之前一直很难测量。

1850年，傅科向法国科学院提交了他关于光速测量实验的报告。在准确测量了光在真空中的速度之后 ，他进行了水中光速的测量，发现这个值只有真空中光速的四分之三，这一结果彻底宣判了微粒说的死刑。

光在真空中速度为299792458m/s

波动说终于在100多年后推翻了微粒王朝！

没过多久，另一个领域又传来了更为爆炸性的发现，让“光是一种波”这一结论变的牢不可破。同时又埋下了一个隐患。这是什么发现呢？我们下周再说。