光的本性之争:泊松亮斑

1818年,菲涅耳和泊松又发现光在照射圆盘时,在盘后方一定距离的屏幕上,圆盘的影子中心会出现一个亮斑。 这是光的圆盘衍射,是波动说的又一个有力证据。

当单色光照射在宽度小于或等于光源波长的小圆盘上时,会在后面的光屏上出现环状的互为同心圆的衍射条纹,并且在圆心处会出现一个极小的亮斑,这个亮斑被称为泊松亮斑(见图1-1)。

泊松亮斑的发现说起来还是一段歪打正着的佳话呢。

图1-1 泊松亮斑

1818年,法国科学院提出一个征文竞赛题目:利用精确的实验确定光线的衍射效应。

当时只有30岁的菲涅耳向科学院提交了应征论文,他提出一种半波带法,定量地计算了圆孔、圆板等形状的障碍物产生的衍射花纹,得出的结果与实验吻合得很好。 更令人惊奇的是,菲涅耳竟然用波动理论解释了光沿直线传播的现象。

竞赛评奖委员会中有著名的科学家泊松,但他当时是坚定的光的粒子论支持者,菲涅耳的波动理论自然遭到了泊松的反对。

泊松希望找到菲涅耳的破绽来驳倒他。 他运用菲涅耳的理论推导了圆盘衍射,结果导出了一种非常奇怪的现象:如果在光束的传播路径上放置一块不透明的圆盘,那么在离圆盘一定距离的地方,圆盘阴影的中央应当出现一个亮斑。 在当时来说,这简直是不可思议的,所以泊松宣称,他已经驳倒了菲涅耳的波动理论。

但是另一位评委阿拉果却是波动说的支持者,他支持菲涅耳接受这个挑战。 他们立即用实验对泊松提出的问题进行了检验,结果发现影子中心真的出现了一个亮斑,这个实验精彩地证实了菲涅耳波动理论的正确性。 在事实面前,泊松哑口无言。

这件事轰动了法国科学院,菲涅耳理所当然地荣获了这一届的科学奖。

令人啼笑皆非的是,原本想反对波动说的泊松,竟然无意中帮了波动说一个大忙,虽然属于自摆乌龙,但毕竟为波动论进了一球,波动论者也没有忘记他的功劳,慷慨地把这个现象称为泊松亮斑。 不管泊松愿不愿意,他在后人心目中已经成了波动学说阵营中的一员大将。

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