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最早的光譜學(xué)-牛頓的光學(xué)著作
發(fā)布時(shí)間：2019-12-03 11:29:56 點(diǎn)擊：8364
1666年，牛頓把通過(guò)玻璃棱鏡的太陽(yáng)光分解成了從紅光到紫光的各種顏色的光譜，他發(fā)現(xiàn)白光由各種顏色的光組成。
牛頓的光學(xué)
牛頓的《光學(xué)》是他的另一本科學(xué)經(jīng)典著作（1704年）。該書用標(biāo)副標(biāo)題是“關(guān)于光的反射、折射、拐折和顏色的論文”，集中反映了他的光學(xué)成就。
第一篇是幾何光學(xué)和顏色理論（棱鏡光譜實(shí)驗(yàn)）。從1663年起，他開始磨制透鏡和自制望遠(yuǎn)鏡。在他送交皇家學(xué)會(huì)的信中報(bào)告說(shuō)：“我在1666年初做了一個(gè)三角形的玻璃棱鏡，以便試驗(yàn)?zāi)侵念伾F(xiàn)象。為此，我弄暗我的房間……”接著詳細(xì)敘述了他開小孔、引陽(yáng)光進(jìn)行的棱鏡色散實(shí)驗(yàn)。關(guān)于光的顏色理論從亞里士多德到笛卡兒都認(rèn)為白光純潔均勻，乃是光的本色。“色光乃是白光的變種。牛頓細(xì)致地注意到陽(yáng)光不是像過(guò)去人們所說(shuō)的五色而是在紅、黃、綠、藍(lán)、紫色之間還有橙、靛青等中間色共七色。奇怪的還有棱鏡分光后形成的不是圓形而是長(zhǎng)條橢圓形，接著他又試驗(yàn)“玻璃的不同厚度部分”、“不同大小的窗孔”、“將棱鏡放在外邊”再通過(guò)孔、“玻璃的不平或偶然不規(guī)則”等的影響；用兩個(gè)棱鏡正倒放置以“消除第一棱鏡的效應(yīng)”；取“來(lái)自太陽(yáng)不同部分的光線，看其不同的入射方向會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響”；并“計(jì)算各色光線的折射率”，“觀察光線經(jīng)棱鏡后會(huì)不會(huì)沿曲線運(yùn)動(dòng)”；最后才做了“判決性試驗(yàn)”：在棱鏡所形成的彩色帶中通過(guò)屏幕上的小孔取出單色光，再投射到第二棱鏡后，得出核色光的折射率（當(dāng)時(shí)叫“折射程度”），這樣就得出“白光本身是由折射程度不同的各種彩色光所組成的非勻勻的混合體”。
光譜狹縫
這個(gè)驚人的結(jié)論推翻了前人的學(xué)說(shuō)，是牛頓細(xì)致觀察和多項(xiàng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)與思考的結(jié)果。 在研究這個(gè)問(wèn)題的過(guò)程中，牛頓還肯定：不管是伽利略望遠(yuǎn)鏡（凹、凸）還是開普勒望遠(yuǎn)鏡（兩個(gè)凸透鏡），其結(jié)構(gòu)本身都無(wú)法避免物鏡色散引起起的色差。他發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)仔細(xì)研磨后的金屬反射鏡面作為物鏡可放大30～40倍。
1671年他將此鏡送皇家學(xué)會(huì)保存，至今的巨型天文望遠(yuǎn)鏡仍用牛頓式的基本結(jié)構(gòu)。牛頓磨制及拋光精密光學(xué)鏡面的方法，至今仍是不少工廠光學(xué)加工的主要手段。
其后一直到1802年，涅拉斯頓觀察到了光譜線，其后在1814年夫瑯和費(fèi)也獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)它，牛頓之所以沒(méi)有能觀察到光譜線是因?yàn)樗固?yáng)光通過(guò)了圓孔。而不是通過(guò)狹縫。
在1814-1815年之間，夫瑯和費(fèi)公布了太陽(yáng)光譜中的許多條暗線，并以字母來(lái)命名，其中有些命名沿用至今，此后便把這些線成為夫瑯和費(fèi)暗線。
實(shí)用光譜學(xué)是由基爾霍夫在19世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的，他們證明光譜學(xué)可以用作定性化學(xué)分析的新方法，并利用這方法發(fā)現(xiàn)了幾種當(dāng)時(shí)還未知的元素，并且也證明了太陽(yáng)里也存在著多種已知元素。
從19世紀(jì)中葉起，氫原子光譜一直是光譜學(xué)研究的重要課題之一，在試圖說(shuō)明氫原子光譜的過(guò)程中，所得到的各項(xiàng)成就對(duì)量子力學(xué)法則建立了很大的促進(jìn)作用。
《光學(xué)》第二篇描述了光照射到疊放的凸透鏡和平面玻璃上的“牛頓環(huán)”現(xiàn)象的各種實(shí)驗(yàn)。除產(chǎn)生環(huán)的原因他沒(méi)有涉及外，他作了現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)所能想到的一切實(shí)驗(yàn)，并作了精確測(cè)量。他把干涉現(xiàn)象解釋為光行進(jìn)中的“突發(fā)”或“切合”，即周期性的時(shí)而突然“易于反射”，時(shí)而“易于透射”，他甚至測(cè)出這種等間隔的大小，如黃橙色之間有一種色光的突發(fā)間隔為1／89000英寸（即現(xiàn)今2854×10－10米），正好與現(xiàn)代波長(zhǎng)值5710×10－10米相差一半！
《光學(xué)》第三篇是“拐折”（他認(rèn)為光線被吸收）即衍射、雙折射實(shí)驗(yàn)和他的31個(gè)疑問(wèn)。這些衍射實(shí)驗(yàn)包括頭發(fā)絲、刀片、尖劈形單縫形成的單色窄光束“光帶”（今稱衍射圖樣）等10多個(gè)實(shí)驗(yàn)。牛頓已經(jīng)走到了重大發(fā)現(xiàn)的大門口卻失之交臂。他的31個(gè)疑問(wèn)極具啟發(fā)性，說(shuō)明牛頓在實(shí)驗(yàn)事實(shí)和物理思想成熟前并不先作絕對(duì)的肯定。
牛頓在《光學(xué)》一、二篇中視光為物質(zhì)流，即由光源發(fā)出的速度、大小不同的一群粒子，在雙折射中他假設(shè)這些光粒子有方向性且各向異性。由于當(dāng)時(shí)波動(dòng)說(shuō)還解釋不了光的直進(jìn)，他是傾向于粒子說(shuō)的，但他認(rèn)為粒子與波都是假定。他甚至認(rèn)為以太的存在也是沒(méi)有根據(jù)的。
在流體力學(xué)方面，牛頓指出流體粘性阻力與剪切率成正比，這種阻力與液體各部分之間的分離速度成正比，符合這種規(guī)律的（如、空氣與水）稱為牛頓流體。
在熱學(xué)方面，牛頓的冷卻定律為：當(dāng)物體表面與周圍形成溫差時(shí)，單位時(shí)間單位面積上散失的熱量與這一溫差成正比。
在聲學(xué)方面，他指出聲速與大氣壓強(qiáng)平方根成正比，與密度平方根成反比。他原來(lái)把聲傳播作為等溫過(guò)程對(duì)待，后來(lái)P.S.拉普拉斯糾正為絕熱過(guò)程。
