Monday, September 3, 2012

我们知道,声音也是一种纵波,空气分子有规律的振动,就产生了有规律的挤压,让空气产生有规律的疏密变化,并向四周传播,这就是我们听到的声音。我们管它叫声波。

我们知道,声音也是一种纵波,空气分子有规律的振动,就产生了有规律的挤压,让空气产生有规律的疏密变化,并向四周传播,这就是我们听到的声音。我们管它叫声波。

声波的职业是简单重复劳动,“密→疏→密”,或者“疏→密→疏”,就完成了一次振动任务,术语叫一个振动周期。一个振动周期所传播的长度,就是声波的“波长”。

在1秒钟内,完成振动周期的次数,叫频率。不管声音的波长是多少,它在相同介质内,传播的速度都一样(1个标准大气压,15℃,音速是340米/秒)。




从天狗吃月到量子纠缠,谁能解开宇宙终极秘密?【文盲正侃时

胡克。

这个天才重复了阿迪的光衍射实验。还用自己制造的显微镜,观察了各种透明薄膜的色彩,包括肥皂泡、云母、玻璃片间的空气层及水层等,发现颜色变化是有规律的,随着薄膜厚度的变化,光谱出现周期性重复。根据这些观察,他得出结论:“光是以太的一种纵向波”,光波的频率决定了颜色。光波在薄膜的两个内表面之间反射,由于薄膜厚度不均,光波反射的距离不断发生变化,各种频率的光波交错重叠、相互作用,在某些部位相互抵消,在某些部位相互增强,就产生了缤纷的色彩。这个解释很美妙。胡克把它写进他的得意之作《显微术》,于1665年发表。《显微术》把一个全新的微观世界展现在人们面前,包含了“细胞”等许多令人惊奇科学发现,为胡克带来了巨大的声誉。光的波动说也随之得到广泛传播和认可。

胡克的加入,使波军由游击队升级为正规军,要理论有理论基础,要试验有实验支持,要组织有组织保证,一路攻城略地,锐不可当,历史悠久的粒军一下子变成了弱势群体。

战争,实力才是王道。

1672年,一个年轻的小角色卷进了这场战争。他提交了一篇名为《关于光和色的新理论》的论文,这是年轻人第一篇公开发表的论文,所以他很珍惜。论文里面谈到一个实验:

让阳光从小孔中进入暗室,透过一个三棱镜,投射到屏幕上,我们会看到一个七色彩带。

年轻人解释道:光是一种微粒,三棱镜能把不同颜色的光微粒分开,就得到了那个七彩色带;我们用凸透镜把这个七彩色带聚焦,它又会变回白色,这就是说,各色光微粒合在一起,就是白光。

当时如日中天的胡克一看,这个结论与自己的波动学说完全不同,这还了得?!于是,在皇家学会评议委员会上,胡克拉上波义耳,很干脆地否定了这篇论文,还给予了尖锐的批评。

年轻人的脸被批得七彩交集。

按说,波军有了胡克和波义耳这两员大将领衔,粒军这支游击队应该被打成小股流寇了吧?

错了。

因为这个被批的年轻人不一样,His name is 牛顿。
你知道,那个实验当然就是著名的色散实验了。

本来,牛顿同学对波动说没什么反感,他只是由棱镜实验提出一个可能:白光是各色微粒混合而成。没想到啊没想到,胡克你不同意也就罢了,还批评得那样尖锐,好吧,尖锐我也忍了,谁让你是领导+前辈呢?可是,可是你居然说我论文中“色彩的复合”是窃取了你的思想!好过分哦!子是怎么曰来着?是可忍,孰不可忍?!你以为只有你胡克小心眼吗?我牛顿也……好吧咱们走着瞧!

从此,牛顿视胡克与波动说如仇敌,义无反顾地担任了粒军的主帅。他开始在几乎每一篇涉及光的论文里,都毫不留情地打击波动说。

虽然大家都感到火药味很浓,但谁也没见过牛胡二将拆招。他俩学者风度十足,从不在公开场合当面唇枪舌剑,除了在相关论文中,有理有据地否定对方理论外,其余的交锋只通过信件私下进行,从不牵涉第三者。并且,双方的措辞都相当绅士,语气和缓,相敬如宾。从这时起,直到胡克去世,二人鸿雁传书,不亦乐乎,恨海情天,名句迭出。这里摘录牛写给胡的一段,与君共飨:

笛卡尔迈出了漂亮的一步,而您,则推进了N多方面的发展,特别是,把薄膜的色彩也引入了哲学范畴。如果说我看得比较远,那是因为我站在你们这些巨人的肩膀上。

谦谦君子,莫过于此啊!

体貌直逼时迁的胡克读到后面这句,鼻子当时就歪了。

可是,这句巧妙尖刻的挖苦之言,却被作为科学巨人的自谦之语,为后人津津乐道,流芳至今。历史啊,教我如何说信你?
  • 67楼
  • 2011-11-28 18:43
牛顿固然强悍无比,但这时还没成气候,而胡克正处于巅峰时刻,加上双方关于光的理论体系都不完善,所旗鼓相当,战争进入胶着状态。关键时刻,又一个强人加入了战斗。

克里斯蒂安•惠更斯。

前面说过,他是史上最著名的物理学家之一,同时还是天文学家、数学家。他在力学、光学、数学、天文学等领域均有杰出贡献,是介于伽利略与牛顿之间一位重要的物理学先驱、近代自然科学的重要开拓者之一。向心力定律、动量守恒原理等都是他的手笔。

这位荷兰天才年纪轻轻便受人尊敬。1663年,小惠被英国皇家学会聘为第一个外籍会员。1666年,法国皇家科学院刚刚成立,便迫不及待地邀请小惠出任院士。

其实,小惠并非不宣而战,他早就表明了立场,只不过,他花了更多的时间在磨刀。虽说艺高人胆大,但,真正的高手,从不草率行事。

1662年,惠更斯去英国访问时,结识了牛顿和胡克。那时,小惠已经是大名人,他很赏识名人小胡同志,以及小名人小牛同学。天才们难免惺惺相惜,他们相谈甚欢。不过,话题进入到光的本性时,三个人产生了分歧。小牛同学与小胡同志的意见相反。小惠那时虽然没有对光做深入研究,但他一分析,觉得小胡同志的意见比较靠谱。

可是,科学这个事,就得科学对待,不能搞少数服从多数,也不能搞民主集中制,没有足够的证据,便谁也奈何不了谁。这是合理的。否则,科学就会办成科室。

互相搞不掂,就只好各自回营,另做主张,以图后计。

1666年,小惠来到法国皇家科学院后,开始把更多的精力投入光的研究。

他把格里马尔迪等人的光学实验又做了N遍,发现很多现象如果用微粒说来解释,就好比很多人祸非要用天灾来解释一样,无法自圆其说。但是用波动说解释起来,就靠谱多了。

然后,小惠在胡克理论的基础上,完善和发展了波动说,提出了更完整的理论:

首先,光是一种波。是一种什么波呢?机械波,就是机械振动在介质中的传播。

其次,光以什么介质为载体来传播呢?以太。

再次,光是一种纵向波。所谓纵向波,就是振动方向与传播方向相同的波,比方说空气里的声音,是空气分子沿传播方向往复振动产生的波。那么,横向波,当然就是振动方向与传播方向垂直的波了。比方说水波,它沿水平面传播,但振动方向是垂直于水平面的,上下往复,这就有了波峰和波谷。

最后,波面上的每个点,都可作为引起介质振动的波源。就像多米诺骨牌,每一个骨牌既是受力者,又是发力者。这就是著名的惠更斯原理。

根据这套理论,小惠证明了光的反射定律和折射定律,还解释了光的衍射、双折射等现象。

小惠不出手则已,出手就惊人,这套动作稳扎稳打,步步为营,看似不疾不徐,但劲道雄浑,绵绵不绝,如巨轮启航,势不可当!胡克笑了。

但,一座冰山挡住了去路。
  • 68楼
  • 2011-11-28 18:43
吧友219.148.86.*
感谢楼主分享,楼主辛苦了
  • 69楼
  • 2011-11-28 18:52
引用 219.148.86.* (69楼)
感谢楼主分享,楼主辛苦了
楼上这位 是怎么做到不登录就能发言的?
  • 70楼
  • 2011-12-01 16:58
碉堡
  • 71楼
  • 2011-12-02 10:43
继续丫,肿么木有了
  • 72楼
  • 2011-12-02 13:23
吧友123.124.143.*
引用 何必先生 (70楼)
楼上这位 是怎么做到不登录就能发言的?
匿名发表
  • 73楼
  • 2011-12-05 12:35
mark了
  • 74楼
  • 2011-12-05 18:12
不得不说,我虽然不太懂物理,但这篇文章生动,幽默,很容易被吸引,楼主辛苦了.
  • 75楼
  • 2011-12-06 14:03
马克
  • 76楼
  • 2011-12-06 17:38
楼主辛苦了
  • 77楼
  • 2011-12-06 17:43
@何必先生
@199321201
@berserkerjian
@五月的风花雪夜
@fgying123
@_无妄丶
@c朗拿度梅西
多谢楼上诸位,握手~!

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小惠不出手则已,出手就惊人,这套动作稳扎稳打,步步为营,看似不疾不徐,但劲道雄浑,绵绵不绝,如巨轮启航,势不可当!胡克笑了。

但,一座冰山挡住了去路。

牛顿。
1675年,小牛同学拿起一块曲率半径很大的平凸透镜,把它的大肚子顶在玻璃板上,让白光透过凸透镜和玻璃板,猜猜看发生了什么?这是一道选择题:
1.光被聚焦,出现一个亮点。
2.光被重整,出现靶状彩色同心圆。
3.光被扩散,出现一个放大变暗的圆。
4.光被分散,出现一条七彩色带。
哈哈,您还真划了?I服了U,划对了,答案是2。

没错,牛顿看到一个个彩色的同心圆,环环相套,组成一个美丽的靶,靶心就在凸透镜与玻璃的接触点上。

那么,用单色光入射,又会怎么样呢?当然靶还是那个靶,只不过,没那么多色彩了,是那种单色光明暗相间形成的同心圆。

这就是著名的牛顿环。(奇怪,我怎么想起太上老君的金刚琢了?)

这种奇怪的东西为什么会降临人间呢?牛顿解释道:

每当光线通过折射面时,它就会瞬间改变自己的状态(我们简称之变态);通过折射面后,又开始复原,而复原是为了顺利通过下一个折射面。就像恋爱、受伤、复原、再恋爱。

但是,当反射折射透射的频率非常高、速度非常快时,就会出现这种情况:光还没等完全复原呢,就遇到下一个折射面,这时,光更容易被反射。这就好比你失恋了,身心俱疲失魂落魄,尚未恢复当日风采,就开始追求下一个,当然更容易被拒绝了。牛顿给两次复原的距离起了个名,叫“阵发间距”。

凸透镜面与玻璃板面之间,距离均匀变化,光穿越它俩时,一阵容易反射,一阵容易透射,经过它俩复杂而又有规律的反射透射折射,光微粒在不同半径分布不同,就形成了美丽的牛顿环。

这个理论解释了牛顿环,就意味着它也能解释云母、肥皂泡等薄片的彩光现象。

也就是说,波军赖以生存的根据地要失守!
  • 78楼
  • 2011-12-11 09:20

居然能用微粒说解释波干涉现象,这种牛事,也只有牛顿这种牛人,才做得出来。

该理论虽然体积庞大,结构复杂,但使用效果还是蛮不错的。

杯具了。波军一班伟大棋手的脸一阵痉挛,又做不出什么别的表情,只好习惯地挤出**的笑:要不,咱共同开发?

管他波波粒粒的,大家和和气气、有得棋下才是真。走什么子不要紧,要紧的是姿态!要是一般人,这样也就过去了。观棋不语真君子嘛。

可恨的是,偏偏小惠不一般,而且很不一般。

小牛同学放出的这座冰山固然威武雄壮,但小惠启动的那艘巨轮,不仅体大能容、威猛能行,它还有个兼职:破冰。所以它的芳名既不是巨轮,也不是破冰船,而是破冰巨轮!

破冰巨轮很快找到冰山的软肋——一条大大的裂痕。

小牛同学的理论虽然解除了人们对牛顿环的疑惑,但作为科学理论,它太麻烦。就好比设计一套复杂的连锁机关打鸡蛋,看起来眼花缭乱,技术精湛,其实效果还不如拿起鸡蛋磕一下。简洁,是自然真理的重要特征。这个,地球科学家都知道。

光透过折射面时,为什么要改变状态?

光透过折射面后,又凭什么恢复状态?

小牛同学含糊地应付道:“至于这是什么作用或倾向,它是光线的圆圈运动或振动,还是介质或别的什么东西的圆圈运动或振动,我在此就不去探讨了。”

小惠一看,这样也行?不给力啊!别看牛顿环 made in 你们粒军统帅,可不幸的是,它不是你们粒军的武器,反而是我们波军的有力证据!

无间,从这里开始。

牛顿环现象,与格里马尔迪同志解释的薄膜色彩是一个道理,小牛同学所说的那个复杂的“阵发间隔”,其实很简单,就是光的波长。与肥皂泡、云母等薄片的区别是,凸透镜与玻璃板之间,两个反射面的距离变化更有规律,所以光的分布也更有型,变成了帅帅的牛顿环!

1678年,惠更斯完成了《光论》,将其提交给法国科学院,还公开演说,反对微粒说。顺便提出了那个著名的问题:如果光是微粒,那么,光相遇时,微粒们为何不相互撞得四处飞散——难道它们都懂得右侧通行,而且有临时协警维护秩序?!

《光论》于1690年出版。

波军就这样保住了岌岌可危的根据地。

但,这是一片有争议的领地。

强大的惠更斯没想到,他的破冰巨轮设计有缺陷。而且,按照惯例,是祸,就不好意思单行的。

两大缺陷。后来随着粒军的穷追猛打,以及波军的自检自查,逐渐浮出水面。

惠更斯发表论文和演讲时,英吉利海峡对岸,小牛同学似乎什么也没听到。因为另一个声音吸引着他。

刀和磨刀石缠绵悱恻的幽幽之声。

懂得磨刀的高手,不只是小惠。
  • 79楼
  • 2011-12-11 09:21

惠更斯轰轰烈烈破冰前行、大搞波军复兴运动时,牛顿也没闲着,他在闭关修炼,悄悄地建造他的超级航母,身稳甲厚,你亮倚天剑,我置屠龙刀,一一化解波军的杀招。但抵御和化解不是目的,目的是消灭。所以,这不算完。牛顿给这艘超级航母配备了一颗超级核弹。这才满意地端详起他的大作来。

可以开到波方大陆架上去了吧?

不。

坐拥大规模杀伤性武器的牛顿不动声色。他在等待。

等待那个最佳时期,一击制胜。他不想打持久战、拉锯战、地雷地道麻雀战。

1687年,人类科学史上划时代的伟大著作——《自然哲学的数学原理》横空出世,地球人都知道,作者是牛顿。物理帝,不,科学帝!世界为之倾倒。

那航母,可以开到波方大陆架上去了吧?

不。

已经坐定“史上影响力最大的科学家”位置的牛顿,依旧按兵不动。

1695年,惠更斯逝世。

1703年,胡克逝世。这一年,牛顿被推选为英国皇家学会会长。

用不着航母了吧?

不,启航!



1704年,牛顿拿出珍藏N久、修改N遍的一部手稿,正式出版发行,它的名字简洁而有威仪:《光学》。

这就是那艘超级航母。

它配备了各种新式理论武器,攻击力达99!并且基础厚实,理论各部都有实验支持,所以防御力也是99!!观其形,可知牛顿行事之谨慎;赏其技,可叹牛顿用心之良苦;品其能,可见牛顿决心之坚定!

航母直接开到波方军港,当头就是两炮。

第一炮:纵波类比。您说光是一种纵波?好吧。它的纵波姐姐——声波可以绕过障碍物。您在墙的一面说话,我在墙的另一面的任何位置,都听得到(当然这面墙不要太长,如果是长城,您在山海关喊破嗓子,我在嘉峪关的同一面,也听不到)。既然大家都是纵波,那么,就让你们的光波也学学人家声波,绕过障碍物,从此以后不要产生影子了。不然,就把光开除波籍,归我粒族。

第二炮:双折射。您只分析了过程和结果,它产生的根本原因,您解释不了吧?

说起这个双折射,话就长了。我们知道,有些东西,它在不同方向上,某些性质也不同。比方说您突然爱心泛滥,抚摸您家小刺猬,顺刺摸,很滑很顺利,您和刺猬都舒服;逆刺摸,那完了,又扎又别扭,刺猬不舒服,您更不舒服。这种不同方向有不同特性的现象,叫做“各向异性”。一些晶体就是这样,沿晶格的不同方向,原子排列的周期、疏密都不太一样,见过骰子吧?把一个玻璃骰子看成晶格,把点数看成原子,就明白了。这就导致它不同方向上的物理、化学性质不同。

冰洲石,也就是无色透明的方解石,就属于这样一种晶体。光透过它,会被折射成两股——我们透过它看到的东西重影!这就叫“双折射”现象。





惠更斯在《光论》中,是这样解释双折射现象的:

根据惠更斯原理,光入射到晶体时,晶体微粒就成为传递光脉冲的“次波源”。

各项同性的次波源,只发出一种球面次波,朝一个方向传播。

各向异性的次波源,发出球面、椭球面两种次波,而波的走向与球面的弧度关系密切,所以这两种次波只好沿两个方向传播。

据此,小惠还做出了精妙的几何图解,精确计算了光被分裂成两束后的折射方向,可谓功德圆满。

真的很圆满吗?牛顿问,作为一种纵波,光凭什么让它的次波源发出球面、椭球面两种次波。您能解释吗?

波军对着高山喊:惠经理!山谷回音:他刚离去……

惠更斯躺着不说话。

这两颗重磅炮弹把波军轰懵了。早知今日,不如共同开发……瑟瑟秋雨中,有人含泪道。

牛帅,收兵?

No!把那颗炸弹也扔过去!

质点力学。

牛顿说,物质都是由微粒组成,光也是。这些微粒的运动规律,用质点力学可以搞定,而质点力学遵循的是牛顿定律!

牛顿定律是什么?是经天纬地的金科玉律!

开了这么大一个挂,你无敌了!不带这么玩的。

这就是那颗核弹。

波军彻底崩溃了,他们无助的眼神瞄向胡克和惠更斯。

胡克和惠更斯的情绪暴稳定,异常正常,纷纷表示关我P事,俺现在专职睡觉,酱油都懒得打。

这就是为什么牛顿要耐着性子等到这个时候发动总攻。无人招架啊!

什么样的进攻最有制胜把握?

是最凶猛的进攻吧?要不,是最快最聪明的进攻?

错。是无人抵挡的进攻!

一个理论,或者别的什么主张,有人及时提反对意见,这是好事,因为反对意见实际上是一种最好的检查和维护工作,最有利于事物的修正和完善。

在科学界,这类例子更是一抓一大把。很多如雷贯耳的科学理论,都是经过“批评→修正→争论→完善”这些千锤百炼的过程而走向辉煌的。这方面最负盛名的就是量子论,爱因斯坦和波尔的世纪论战,就像赤道炽烈的阳光和丰沛的雨水,催生了量子力学的热带雨林。这是后话,以后再提。

如果胡克和惠更斯在世时,牛顿指出波军的软肋,说不定这两位天才会妥善解决问题,修正完善波动说,使之屹立不倒。

但牛顿居然憋着不说,直到他们再也无力解决任何问题时,才把问题提出来。

于是波军全面溃败,被扔进历史的角落,粒军一统天下。

这一统,就是一个世纪。
  • 80楼
  • 2011-12-11 09:30
不更新了??
  • 81楼
  • 2011-12-13 07:19
  • 82楼
  • 2011-12-13 08:49
看的好happy
  • 83楼
  • 2011-12-13 14:26

作为战略战术,牛顿的做法堪称完美,技术含量高,应用效果好。得了便宜还顺便卖个乖:避免与胡克冲突。大度啊!遗憾的是,那时诺贝尔还没出生,不然这和平奖……

完胜。

作为科研工作,这种做法不地道,也不厚道,不值得提倡。它不利于科学理论的健康协调可持续发展。

如果说,这个过错与牛帅的功绩比起来,实在不值一提的话,那么,接下来发生的事,就无论如何也说不过去了。

牛顿剥夺了胡克在光学上那一席之地的使用权。这还不算完,身为皇家学会的主要领导干部,他把胡克的相关信息列为敏感词,拼命屏蔽,可怜的小胡逐渐淡出人们的视野,声望降至冰点。

为了防止胡克死灰复燃,牛会长抓住皇家学会拆迁的有利契机,利用职权,使胡克的收藏啊、仪器啊、文件啊等珍贵文物被丢失,连胡克仅有的画像也未能幸免!这事在前面提到过。

2003年,一位历史学家宣称找到了胡克画像,但经辨认,那是比利时化学家海尔蒙特的画像。在一份幸存的文件中,有胡克的封印,封印上有个头像,但没法认定它就是胡克的头像。

于是,到目前为止,胡克在后人心目中,一直是一个矮小模糊的影子,也许将来,或者永远也无法清晰起来。



【图】被误认为是胡克的海尔蒙特。两个人的杯具。


【图】百度百科的胡克,图片来源可疑。



唉,要不要这样凶狠这样残忍啊?牛爷,让俺说您什么好!

不过,牛顿固然狭隘,胡克也不是没有责任。

胡克用他的彻骨之痛告诫我们:压制后辈实在是一桩不划算的买卖,而压制才华横溢的后辈,更是取百害而拒万利的蠢事。

首先,这耽误工作。不过对压制者来说,这倒不十分要紧。既然压制了,就没把工作当回事。何况,工作早晚有人去做。

其次,压制人家,招来仇恨的概率是100%。而人,总是要老的。子是怎么曰来着?以德报怨,何以报德?!你老了,人家正当年,所以,招来报复的概率低也低不过50%。这就很要紧了,这是多大的风险啊,简直是在自掘坟墓!

这样看来,遇到略有瑕疵的后辈人才,能点拨抬举一下,相当于给自己买了潜力不错的原始股;实在看不顺眼,就别招他,大路朝天各走一边,戒恶也算积德了;你非要堵人家的路,那就先掂量掂量自己的后路,别看宽度,看长度。

扯远了是吧?其实不远。无论是政治还是科学,怀一颗开明之心,广纳异见,是利己利人的双赢之道,是利国利民的万用之方。

牛爷《原理》一出,人类科学史乃至整个文明史就翻开了新的一页,其影响所及,遍布自然科学的所有领域。人们对牛爷的倾慕之情连绵不绝、泛滥成灾。无以言表之际,只有顶礼膜拜。

常言说得好,拜屋及乌。大家顺便也把《光学》也给膜拜了,重复牛爷的实验,验证牛爷的理论,成为一种时尚,大家纷纷表示坚持牛爷的标准答案一百年不变,并郑重指出:凡是牛爷提出的观点,我们都坚决维护,凡是牛爷的理论,我们都始终不渝地遵循。

眼看快到100年了,同志们欢欣鼓舞,开始筹备“迎接伟大光荣正确的牛家微粒光辉思想稳定100周年大型焰火歌舞升平团拜会”,领导致辞写好了,焰火招商的事都内定了,搬运焰火的临时工也雇齐了,甚至晚会上准备颁发的“科学脊梁奖”的金脊梁奖杯都定制了,纯银包金……万事俱备,只欠报销。

但是,偏偏在这个节骨眼上,有人不开眼,不长眼,跳出来搅了一通浑水,破坏了在微粒思想的光辉指引下,伟大光学事业团结统一的大好形势。

是谁这么大胆,竟敢冒天下之大不韪?!
  • 84楼
  • 2011-12-14 10:33
多谢顶贴诸位,你们的支持是俺的动力
  • 85楼
  • 2011-12-14 10:35

托马斯•杨。

一般介绍说他是英国医生、物理学家。其实这样介绍也不太准确,因为他不仅在医学界是权威,在物理界是英才,而且在工程、语言、考古、艺术等方面也都玩出了水平,超一流的水平。

这其实是一个天才玩主。或者说是超级玩家。花朵时期的成长经历:

2岁会阅读,从此狂爱读书,很遗憾那时没有欣闻连播、良民曰报和参考的消息。

4岁能熟练背诵大量英国诗歌和拉丁文诗歌。

6岁前已将圣经看过两遍,还会用拉丁文造句。

9岁掌握了一门手艺——车工,自己DIY一些物理仪器。注意,不是厨卫用具,而是物理仪器,它跟两个字密切相关:精密。

14岁前,掌握10多门语言。奇异之处不止于此,他不仅对这些外语当前时代的听、说、读、写样样精通,还对它们的古文颇有研究!

15岁左右学会微积分和制作显微镜与望远镜;

中学时期,读完了牛顿的《原理》、拉瓦锡的《化学纲要》等科学著作。

19岁,到伦敦学医,并涉猎音乐、绘画等艺术。

21岁,由于研究了眼睛的调节机理,成为皇家学会会员。

22岁,到德国格丁根大学学医。

23岁,取得医学博士学位。

……

人送绰号“奇人杨”。



小杨兴趣广泛,涉猎力学、数学、光学、医学、声学、语言学、动物学、埃及学等风马牛不相及的多种学科,在光波、声波、流体动力、造船工程、潮汐理论、毛细作用、测量引力、虹的理论、生理光学等方面做出贡献。

除了纯粹的科学,他居然还是保险经济问题、航海天文学方面的专家,可以作为一个不错的职业来养家。

更让人羡慕嫉妒恨的是,把这么多门学术搞得出类拔萃的同时,他还有精力研究艺术,他画画得好,几乎会演奏当时的所有乐器,擅长骑马,并且会玩杂技走钢丝!

他的主要贡献:

杨氏双缝实验,被评为“物理最美实验”之一。

杨氏模量,用来测量物体的弹性。

视觉和颜色,生理光学创始,提出人眼会自动调节以适应所见物体的远近。提出三原色原理 。

医学,在血流动力学方面贡献突出。

语言,对400种语言做了比较,提出“印欧语系”。

考古,最先尝试翻译埃及象形文的欧洲人之一。由于他的成果,诞生了一门研究古埃及文明的新学科。

说了这么多,是因为我偶尔看到网上有人专门说这个天才的一个实验造假,而这个实验正是我们下面要介绍的。这种奇才,在一个人人都能拿过来试试真假的简单实验中造假,那就不是脑子进水能解释得了的了。

双缝实验。

那是在1801年。

托马斯•杨在实验室里玩,玩具是三块板子。像我们小时候一样,他很淘气,让三块板子面对面立起来排好队,还把其中两块板子弄破:第一块钻出一个细孔,中间那块搞出两道平行的细缝,饶了第三块不破。

然后,他拉上厚重的窗帘。海内外著名青年诗人罗玉凤(笔名凤姐)的两句诗就变成了现实:

天还没有黑。

天已经黑了。

黑暗中,托马斯•杨拿起刀,不,他点燃了一盏灯。将它放到钻孔的板子前,灯光透过小孔,射到中间的板子上,透过两条细缝,投射到完整的板子上。

猜猜,我们会看到什么?这又是一道单项选择题,请在下面的答案中选一条你认为正确的划“√”。

1. 两道细细的、平行的光条,它俩亮度相同。

2. 很多光条,明暗不一。

3. 一个亮度均匀的光块。

4. 一个光块,两道光交叉的地方比较亮。

5. 一个光块,两道光交叉的地方比较暗。

您划的真是越来越顺手了!划在哪个答案上了?

对了,答案还是:2。

【图】双缝实验

是的,托马斯•杨看到了很多光条,他数了数,不是两道杠,也不止五道杠,而是N道杠。

光透过两道狭缝,投射出N道条纹,1+1居然不等于2了?!

你说这是为什么呢?

小杨解释道,这是纵波相互扰动的结果。

要了解纵波扰动,咱还真得先大概认识一下纵波。我们从声音开始,因为有相当熟悉的空气做媒,理解起来很方便。

我们知道,声音也是一种纵波,空气分子有规律的振动,就产生了有规律的挤压,让空气产生有规律的疏密变化,并向四周传播,这就是我们听到的声音。我们管它叫声波。

声波的职业是简单重复劳动,“密→疏→密”,或者“疏→密→疏”,就完成了一次振动任务,术语叫一个振动周期。一个振动周期所传播的长度,就是声波的“波长”。

在1秒钟内,完成振动周期的次数,叫频率。不管声音的波长是多少,它在相同介质内,传播的速度都一样(1个标准大气压,15℃,音速是340米/秒)。

所以,波长越短,频率就越高。这很好理解,姚明和潘长江一齐跑步,姚明一步3米,潘长江一步1米,要在相同的时间内,跑完相同的距离,谁的频率更高?换句话说,谁需要更多步跑完?当然是潘长江!波长(步子)越短,频率(步数)越高。他的两条小短腿要紧着倒腾才行。

波长决定了声音的“音高”。所谓音高,顾名思义,就是声音的高度,它不是声音的大小,而是我们平常说的声音的“粗细”。波长越短,频率越高,其音高也就越高,也就是声音越“尖”,反之,声音越粗。女人声音的波长,比男人声音的波长要短一些,所以听起来“尖”一些。吵架,男人通常不是女人的对手,除了女人天生的语言能力,以及神奇的跳跃式思维以外,我想,或许音高也是一个重要因素?

声音的大小是振动幅度,也就是疏密对比的程度决定的。疏密对比越强,声音越大;对比越弱,声音越小。

那么,两波相遇,是不是大~~者胜?
  • 86楼
  • 2011-12-15 06:09
再来这里顶一下,好像比天涯慢好多啊
  • 89楼
  • 2011-12-15 23:58
引用 hezemingren (89楼)
再来这里顶一下,好像比天涯慢好多啊
这帖子在百度好像没有在天涯受人欢迎啊
  • 91楼
  • 2011-12-16 06:19

不一定。因为声波是可以相互穿越的。
我们人耳在听到一大一小两个声音时,往往忽略掉小的,这并不表明小的声音消失了。它不仅没消失,而且极有可能没有减弱,甚至在某些地方,借助大的声音加强了!因为声音是空气有规律的“疏”、“密”变化。所以,当两道声波的“密”遇到“密”,就会更密,相当于正数相加;当然,当“密”遇到“疏”,就是正负相抵,相互减弱。


【图】声音干涉类比
如果让同一道声波穿过并列的两道狭缝,发生衍射后相遇,由于它俩波长相同,疏密重叠的部位就会很有规律,于是,产生有规律的加强和减弱。
光作为一种纵波,也会这样。小杨说,穿过两条狭缝的光在相遇时,有规律地加强和减弱,投射到屏幕上,就成了明暗相间的条纹。这种互相骚扰对方内政的行为,俺给他取了个名字:干涉。光的干涉。
所以呢,光是一种波。一种纵波。不是微粒。
所以呢,牛顿……错了。

你说谁错了?无数双错愕的眼睛盯着小杨,好像在看火星人。
可是,我们怎么解释这干涉条纹?如果光是微粒,它怎么可能这样?难道,微粒们参加过朝鲜高清人肉LED训练,走路不列队,都不好意思跟人家打招呼了?
都对100年了,怎么突然错了?上面出什么事了?有内幕消息没?小道的也行。
牛爷怎么会错?他错了,我们怎么办?人类怎么办?地球怎么办……银河系几亿亿受苦受难的阶级兄弟怎么办?!
……
“尽管我万分仰慕牛顿,但我不能因此认定他万无一失。我遗憾地看到,他也会弄错,而他的权威有时甚至可能阻碍科学的进步。” 小杨无奈地叹道。这句话,他写入名为《关于声、光的实验问题》的论文,提交给英国皇家学会。他还在英国皇家学会的《哲学会刊》上发表论文,解释了“牛顿环”和自己的实验,提出了光的干涉的概念和定律。注意,定律哟!
这是战书。也是战鼓。
波军的灵魂从历史的角落聚拢、复活。
粒军从百年前就守着牛爷的超级航母,以为靠这个就可以仙福永享、寿与天齐、千秋万代、一统江湖。所以这些年没想到给航母改改装,让它与时俱进,只知道给它镀金披花,树碑立传,挂牌授勋。因了个此,超级航母只长了体重,没长本事,还是那两炮一核。
按说,这两炮一核威力也够大,足以对付大部队了。何况,波军还算不上什么大部队,顶多算个连队。
但是,人家连长这次是开着灰机来的,有高度,这两炮一核够不着人家。
更要紧的是,人家正居高临下,投弹仓正对着航母的弹药库——只要人家投中了,粒军的弹药就要为波军盛开了!
粒军一时竟不知如何应对,情急之下,纷纷使用原始武器:否定、嘲笑、挖苦、毁谤。还有,愤怒。
不仅粒军愤怒,粒粉、牛粉也愤怒起来。英国政治家布鲁厄姆按捺不住,扎到物理学家堆里插了一杠子,给小杨的理论连戴三顶帽子:“不合逻辑的”、“荒谬的”、“毫无价值的”。
1803年,小杨在空中玩了个特技,他在论文《物理光学的实验和计算》中,用独门利器
“干涉定律”,剖析了衍射现象,得出结论:光路过物体边缘会发生衍射,是直射光与物体边缘的反射光相互干涉导致的。
但是,这个特技一玩不要紧,露出了一个破绽:如果光是纵波,得到上面这个结论就要遇到很多麻烦,证明起来很牵强。就好比从家门口走到卧室,本来几步就到,但你非把上海世博会的排队栏安在家里,那张床近在咫尺,可你居然能在蜗居里走出长征的距离来!

越绕越不靠谱——这是科学理论定律。
粒军长舒一口气,嗤之以鼻:基本功有问题,弹道不稳,投弹不准。
这口气是舒了,但依然只能眼巴巴地看着小杨的灰机灰来灰去——对干涉条纹,没人能用微粒说做出令人满意的解释。
  • 92楼
  • 2011-12-16 06:24
一时间,这以一敌无数的战局居然进入了相持状态!
万人敌算什么?小杨差点就成了全民公敌!
粒军鸭梨坡大,小杨鸭梨山大。因为这个鸭梨只有他一个人扛。
虽然表面上看起来,凭借光的干涉条纹这一新式武器,粒军奈何不了小杨,但三人成虎啊,何况是成千上万人!这舆论受不了。
小杨顶着巨大的压力,花了好几年时间写了一本书,名为《自然哲学与机械工艺课程》,于1807年发表,来宣传波动观点,却创造了销量最低的纪录,只卖出去1本。是的,你没看错,1本。名人出书也难啊!
无人喝彩,不要紧。但懂的、不懂的全都反对,甚至被人讥讽为疯子,这事就不好玩了。我还不如玩点别的。1816年前后,小杨保留了意见,把光学放在一边,考古去了。
小杨虽然离开了战场,但,他留下的那架灰机,仍在超级航母上空盘旋,成为粒军梦中的阴影。
英国这边战事频仍,法国那边也没闲着。
1808年,微粒说的死党、法国数学家、天文学家拉普拉斯用微粒说分析了光的双折射现象,用以批驳小杨的波动说。但他的理论不尽人意。为此,他设立了“光的双折射理论研究”奖,征集新成果。
双折射研究的事还没搞掂,光学的又一块新大陆被发现:偏振光。发现者是法国物理学家、军事工程师马吕斯。
马吕斯准备拿下那个奖,于是,他一头钻进实验室。1809年,小马哥在搞折射试验时,发现一部分光是偏振的。这意味着,不管光是什么,它绝对不会是一种纵波!
这么厉害,居然能一票否决!
那么,光的偏振又是怎么回事呢?

其实,偏振光离我们很近,现在影院的高清立体电影,用的就是偏振光原理。
我们的双眼有一定距离,看东西的角度有点小差别,这叫“视角差”。大脑把两张有“视角差”的图像综合处理一下,就能识别远近——也就是感觉“立体”了。
为了实现立体效果,电影在拍摄、放映时,都模拟眼睛的视角差,用左右双机同时拍、同时放。为我们提供了有视角差的两个图像。这是第一步。
这两个图像,同时出现在一张屏幕上,一定重影。所以,让每只眼睛只看到属于自己的图像,是关键的第二步。
这时,“偏振片”闪亮登场了。这个名字听起来很高深,但实际上,它就是一个过滤光的薄片。我们看看它的制造过程,就知道,经它过滤的光是什么“形状”了。
材料都很常见:一块高透明的薄膜,它的分子排列为网状结构,用碘浸染之,然后用硼酸水还原稳定,再单向拉伸4-5倍。这样,碘分子就很整齐地排列在这块膜上,像细密的梳子。
我们知道,梳子齿缝可以通过两类东西,一类是直径小于齿缝的物体,比如头发、细小颗粒等;一类是宽度和长度虽然大于齿缝,但厚度小于齿缝的物体,比如纸条、卡片等薄片。薄片通过梳子,有一个条件,就是让薄边顺着齿缝,否则会被挡住。
放电影时,两台放映机前各装一块偏振片,“梳子齿”方向一横一竖,把光过滤成一横一竖两道偏振光,我们戴的眼镜,镜片也是两块偏振片,横竖与放映机的相对应。横的只能透过横光,竖的只能透过竖光,于是,我们的两眼分别看到有视角差的影像,大脑就误以为图像是立体的了。
花了这么长时间来了解偏振片的工作原理,还是值得的,因为我们得到一个重要的信息:光的形状居然是“扁”的!
通常光源发出的光,它的“薄边”在与传播方向线垂直的各个方向上均匀分布,这叫自然光。经偏振片过滤,只剩下与偏振片“梳子齿”方向相同的光,这种“薄边”方向相同的光,就是偏振光。
我们做个试验就清楚了。拿两把齿缝一样大的梳子,面对面排列,齿方向一横一竖。
先用铁丝和颗粒试着穿过梳子,我们发现,铁丝和颗粒只要能穿过第一把梳子,就能穿过第二把梳子。
现在用薄片来做实验,长和宽大于齿缝,厚度小于齿缝。让薄片的薄边顺着第一把梳子的齿缝穿过,到达第二把梳子时,就过不去了。想过去只有一个办法:让两把梳子的齿方向相同。
这和偏振片只能透过相同方向偏振片所过滤的光,是一个道理。
所以,偏振光的原理告诉我们,光不是微粒,不是均匀光滑的线。
也不是纵波。因为光纵波理论认为,光是介质微粒沿传播方向振动,传递光脉冲形成的,也可以看成一根均匀光滑的线。即使不是均匀光滑的线,沿传播方向振动也不可能形成“扁”的形状。
马吕斯当时发现的偏振光,不是用偏振片得到的,而是在做双折射试验时发现的。
那是一个黄昏,小马哥透过冰洲石看玻璃窗上反射的落日。
当然,他看到了两个落日,双折射嘛,很正常。
他开始转动手中这块神奇的石头,转着转着,神奇的事情发生了,始终坚持双折射的冰洲石或许被转晕了,它突然放弃了一个折射——其中一个落日消失了!
敏感的小马哥立即用其他光源做实验,用水面啊、玻璃啊来反射各种光,透过冰洲石,各种观察。
他发现,转动冰洲石,双折射的两个图像,亮度会交替变化,转到某个角度,会消失一个。
小马哥得出结论:经过折射、透射后,光的强度会随方向而变化。他给这种现象起了个名,叫光的“偏振化”,这种光,当然就是偏振光了。
通过反射、多次折射、双折射和选择性吸收的方法,都可以获得平面偏振光。
那时,小马哥虽然还没有意识到光的“形状”问题,但他天才地意识到,纵波理论是无法解释偏振现象的。
于是,发现光的偏振现象后,小马哥的第一个反应就是,用它一票否决了光是纵波的理论;第二个反应是,顺手搞定了偏振光强度变化的规律,也就是“马吕斯定律”;第三个反应是,用微粒说对偏振现象作出了令人信服的解释。这就是粒军梦寐以求的高新武器啊!
1810年,马吕斯获得了拉普拉斯设立的“光的双折射理论研究”奖。但是,大家心里都清楚,对双折射现象,波粒双方虽然都作出了解释,但都不完美,底气都不足。
小马哥对偏振现象的完美解释,给了波军沉重一击。
当时战场上形式很尴尬,波军解释不了偏振,而粒军虽然人多势众,也解释不了干涉。
但僵持,一般是不会持久的,总有一方hold不住。
1814年,史上最强的土木工程师加入了波军。
  • 93楼
  • 2011-12-16 06:24
强力跟进
  • 94楼
  • 2011-12-16 21:22
引用 柳暗花明777 (91楼)
这帖子在百度好像没有在天涯受人欢迎啊
帮你申请上首页,看的人就多了。
  • 95楼
  • 2011-12-16 21:28
等养肥了再看···从标题来看似乎还有不少内容啊,不知楼主是否能超越量子物理史话铸就新一代科普精品···
  • 96楼
  • 2011-12-16 21:55
呃,做个记号
  • 97楼
  • 2011-12-16 22:41
很好。
  • 98楼
  • 2011-12-16 23:38
图文并茂,插图好看
  • 99楼
  • 2011-12-17 00:14
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