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《數學心》第103章 牛頓環
  惠更斯跟牛頓在一起,牛頓跟有過節的惠更斯在討論一個實驗。

  惠更斯說:“光是波動的,是一群波。”

  牛頓搖搖頭說:“光是一堆粒子。這些粒子可以用棱鏡篩選出不同顏色的光子。”

  惠更斯說:“棱鏡篩選出的都是光子,只不過他們有自己的波長,波長不一樣。”

  牛頓沒有多說什麽,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。

  牛頓對惠更斯說:“這個色環,你觀察過嗎?”

  惠更斯興奮的說:“頭一次看到。”

  牛頓在壓緊玻璃體時,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。

  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。

  牛頓說:“我測量了六個環的半徑(在其最亮的部分測量),發現這樣一個規律:亮環半徑的平方值是一個由奇數所構成的算術級數,即1、3、5、7、9、11,而暗環半徑的平方值是由偶數構成的算術級數,即2、4、6、8、10、12。例凸透鏡與平板玻璃在接觸點附近的橫斷面,水平軸畫出了用整數平方根標的距離:√1=1√2=1.41,√3=1.73,√4=2,√5=2.24等等。”

  惠更斯笑說:“不錯,你的發現很有意思。”

  牛頓說:“在這些距離處,我還觀察到交替出現的光的極大值和極小值。”

  惠更斯細細的看著,牛頓繼續介紹說:“兩玻璃之間的垂直距離是按簡單的算術級數,1、2、3、4、5、6……增大的。這樣,知道了凸透鏡的半徑後,就很容易算出暗環和亮環處的空氣層厚度,牛頓當時測量的情況是這樣的:用垂直入射的光線得到的第一個暗環的最暗部分的空氣層厚度為1/189000英寸,將這個厚度的一半乘以級數1、3、5、7、9、11,就可以給出所有亮環的最亮部分的空氣層厚度,即為1/178000,3/178000,5/178000,7/178000……它們的算術平均值2/178000,4/178000,6/178000……等則是暗環最暗部分的空氣層厚度。”

  牛頓把裝置產生的干涉暗環半徑為公式寫出來了,等於√(kRλ),其中k=0,1,2……

  牛頓說:“我還用水代替空氣,從而觀察到色環的半徑將減小。他不僅觀察了白光的干涉條紋,而且還觀察了單色光所呈現的明間相間的干涉條紋。所以更加證實了光子是顆粒。”

  惠更斯說:“這個裝置可以用來檢驗光學元件表面的準確度.如果改變凸透鏡和平板玻璃間的壓力, 能使其間空氣薄膜的厚度發生微小變化,

條紋就會移動。用此原理可以精密地測定壓力或長度的微小變化。”  牛頓得意的說:“服不服?”

  惠更斯說:“按理說,光的波動性的最好證明之一,你恰恰證實了我的結構。”

  牛頓看著‘執迷不悟’的惠更斯,帶著狡辯的語氣說:“光是一束通過窨高速運動的粒子流,是一陣容易反射,一陣容易透射的一種詭異粒子。”

  惠更斯說:“什麽亂七八糟的,明明是波動性,你為什麽要用這種詭異的方法來解釋。我承認你的牛頓環做的很好,但是光是波動的。”

  牛頓繼續說:“每條光線在通過任何折射面時都要進入某種短暫的狀態,這種狀態在光線得進過程中每隔一定時間又複原,並在每次複原時傾向於使光線容易透過下一個折射面,在兩次複原之間,則容易被下一個折射面的反射。”

  惠更斯說:“這是什麽狗屁說法?”

  牛頓繼續耐心的解釋說:“每次返回和下一次返回之間所經過的距離稱為陣發的間隔。”

  惠更斯無語了,滿腔怒火的說:“承認了吧。你所說的“陣發的間隔”就是波動中所說的波長。”牛頓卻含糊地說:“肯定不是波!”

  惠更斯說:“那你說說看,這到底是什麽?”

  牛頓說:“至於這是什麽作用或傾向,它就是光線的圓圈運動或振動,還是介質或別的什麽東西的圓圈運動或振動,我這裡就不去探討了。”
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