涉及光和色的理论的假说

涉及光和色的理论的假说^[6]

在我给胡克先生的答复中，我有机会谈到有关假设的一些事，在那里我提出了为什么一切认真组成而可接受的假设都应该合乎我的理论的理由并且在谈到胡克先生的假设时，我就认为它是以这样的方式最自由而最自然地应用于各种现象上的；那就是“物体被激动的部分，按照它们的大小、形状和运动方式的不同，确实在以太中激起不同深度和大小的振动，这些振动通过这媒质混杂地传到我们的眼睛中来，引起一种白色光的感觉。但是如果用任何一种方法把不同大小的振动彼此分开，那么最大的将产生一种红色的感觉，最小或最短的将产生一种深紫的感觉，而中间的那些振动则产生中间的颜色，很像声音产生的那样，物体按照其大小，形状和运动方式的不同，在空气中激起不同大小的振动，这些振动按照其不同大小发出不同音调的声音等等”。正如我上次在你们的一次集会上从胡克先生的讲演中所理解的那样，我高兴地知道，他已经改变了他以前关于一切颜色都由两种原始颜色组成，而且这两种原色由一种斜向脉冲的两侧所造成的观点，而将他的，假设适应于我对颜色所提出的建议，就是说，颜色像声音一样，也是按照脉冲大小的不同而不同的。我认为这个建议是比以前的著述者所描述过的任何其他假说更为可取的一个假说，因为如果不求助于以太的脉冲，我就不知道怎样能很好地去说明透明薄片或皮层的各种颜色。但是我更喜欢的是另外一个假说。关于这个假说我在那同一封信中曾有机会用下面这些话略为暗示过：“如果我提出过光是一种物体这样一个假说，那么这个假说就和反对者自己所提出的那个假说有着比他似乎所知道的更多得多的相似性，以太的振动在这个假说中和在他的假说中是一样有用和不可缺的。因为假定光线是从发光物质向各方面发射出去的小的物体的话，那么当它们碰到任何一种折射或反射表面时，就必然要在以太中引起振动，正像石块被投到水中时要引起振动一样。我还假定，这些振动将按照激发它们的上述颗粒性光线的大小和速度不同而有不同的深度或厚度。至于它们对于诸如反射和折射的方式，太阳光束的产生热量，燃烧着的、腐烂着的或其他一些其部分受到猛烈激动的物质的能发光，透明薄片和水泡以及其他自然物体的各种现象，视觉的方式，以及颜色的差异与它们的和谐和失调等现象的说明有何用处，我将留给那些认为值得努力去把这个假说应用于解释各种现象的人们自己去思考。”如果我要提出一种假说，那么它应该是这样，它将不是用来决定光是什么，而是更一般地要说明在以太中能激起振动的是这样或那样的东西，因为只有这样它才能如此普遍而无所不包，以致把其他的假说也都包罗在内，而不需要创造什么新的假说。所以，由于我看到过一些了不起的能手都热衷于寻找假说，好像我的论述缺乏一种假说能说明上述现象似的，而且我还发现当我抽象地谈到光和颜色的本性时，有些人并不懂得我的意思，但当我谈到应当用某种假说去说明它们时，人们却很快地理解了它，因此，我就认为有必要寄给你一份对这个假说的细节的说明，它也可以用来作为这里附上的几篇论文的解释。虽然我将既不采用这个也不采用任何其他一个假说，而且认为没有必要去关心我所发现的光的一些性质是否可用这个假说，或者用胡克先生的假说，或者用任何其他的假说去说明它们，但是当我叙述这个假说时，为了避免多费唇舌，并且更加恰当地把它表达出来，我将有时谈得好像我已采用了它，并且好像我还力图说明它，使人们去相信它。我认为我应当表明这一点，以使人们不致把我的议论和我的其他议论混淆起来，或者用其中的一个来量度另一个的可靠性，或者认为我有责任答复那些对这篇文章所提出的非议，因为我不愿卷进这样一场引起烦恼而没有意义的争论中去。

现在就让我们来讨论这个假说：1．在这假说中必须假定有一种以太媒质，它的结构和空气十分相似，但要稀薄得多，精细得多，而且更有弹性。关于这种媒质的存在，在抽去空气的玻璃容器中的一个摆几乎能运动得和在大气中一样的快，就是一个并非无关紧要的论证。但是不能认为这媒质是一种均匀的物质，而是部分由迟钝的以太主体，部分由其他各种以太气精所组成，很像空气是由迟钝的空气主体和混在其中的各种蒸汽与气体所组成一样。因为电的和磁的流质，以及重力的本原，似乎都为这种多样性提供了证明。或许自然界的整个构造，可能只是某些以太气精或蒸汽像在沉淀过程中那样凝结而成的各种结构，这很像蒸汽的凝结成水，或者像呵气的凝结成较粗大一些的物质那样，只是没有那么容易凝结而已。凝结之后形成不同的形状，这最初是由于创世主的直接插手，此后则永远是由于自然的力量所致，因为自然在“增加和繁殖”的命令下就成为原形质给它规定的范本的忠实仿造者。因此，可能一切东西都导源于以太。

至少电的流质似乎指示我们，有一种属于以太性质的东西凝聚在物体之中。有时我在桌子上放一块宽约2英寸的圆玻璃片，并把它装在一个黄铜的圆环里，使得玻璃离桌面约有1/8或1/6英寸之高，并将它们之间的空气都围住在圆环之内，就像我把一只小的筛子翻转过来放在桌子上面一样。然后用某种粗糙的织物快擦玻璃相当时间，直到放在玻璃下桌面上的很小很薄的纸屑开始被吸起并敏捷地来回运动为止。在我擦过玻璃之后，纸屑还要继续一段时间作各种各样的运动，有时跳到玻璃上去，留在那里一段时间以后，又跳下去并停在那里，然后再跳起或者跳下又再跳起，它们跳动的路线有时好像垂直于桌面，有时好像与之倾斜；有时它们沿着一条弧形曲线跳起而从另一弧形曲线跳起而从另一弧形曲线跳下，如此者一共多次，中间没有什么休息；有时则从玻璃的一处沿着弧形曲线跳到玻璃的另一处，而不触及桌子；有时它们用一个角挂在玻璃上，很敏捷地不断旋转，好像在旋风中被转动似的，或者由于受到不同的推动而每块纸屑就有了不同的运动。当我的手指在玻璃的上面滑动时，虽然玻璃和封在下面的空气没有因此而得到运动，但是挂在玻璃下面的纸屑却会得到一些新的运动，它们将随着我手指的运动而斜向这边或那边。所有这些不规则的运动是从哪里发生的，我想象不出，除非由于某种凝聚在玻璃中的微细的物质，如同水因受热而扩张成蒸汽那样，经摩擦而扩张开来，而在这扩张过程中，扩散到玻璃四周的空间较远的地方并作各种各样的流动，并且相应地激动着纸屑，直到这些物质重新回到玻璃中去并凝聚在那里为止。正像这种凝聚的物质由于在扩张时变为以太风（因为它容易穿进和流出玻璃，所以我估计它是像以太那样）而能引起这些奇特的运动，并且在重新凝聚时在那回到玻璃里继续再凝聚的地方能引起电的吸引，所以地球的重力吸引可能是由于有另一种这样一类的以太气精在不断凝聚所引起。这种以太气精不是迟钝的以太的主体，而是极其稀薄地和精细地扩散在其中的某种东西，或许还具有一种像油或树胶那样黏韧而有弹性的性质，它和以太的关系很像为维持火焰所必需的有活力的空气气精和空气的关系一样。因为如果这样一种以太气精可以凝聚在发酵的或燃烧的物体之中，或者凝结在土和水的孔隙之中（像蒸汽凝聚在容器的壁上那样附着在那些孔隙的侧面上），成为某种潮湿的活动物质以供自然界的连续使用，那么，地球这个巨大躯体，其上任何地方，直到其中心都可能在永恒地发生作用，它可能在连续凝聚大量这种气精使之从高处迅速下降以保证供应；在下降中，这种气精可能用一定的力把布满着它的物体一起带了下来，这力正比于受它作用的物体其各部分表面的大小，而同时大自然让同样多的物质以空气的形式从地球内部缓慢上升而形成一个环流，这种空气在一定时间内组成大气，但是由于继续不断地受到下面升起的新的空气、呵气和蒸汽的浮托（除掉一部分蒸汽在雨中回落下来外），它们终于又消失在以太空间之中，在那里或许终究会熔化而稀散，回到它的原始本原中去。因为自然界是一个永恒的循环工作者，它从固体中产生出流体，而从流体中产生出固体；从易蒸发的东西产生出不易蒸发的东西，而从不易蒸发的东西产生出易蒸发的东西；从粗大的东西产生出微细的东西，而从微细的东西产生出粗大的东西；某些东西上升而成为高空地带的液汁，河流和大气，结果就有其他一些东西下降作为对前者的一种补偿。像地球一样或许太阳也吸收了大量的这种气精，以维持它的发光运动，并防止行星跑得离它更远。如果人们愿意，还可以设想这种气精把太阳燃料和光的物质本原一同带去提供给行星，而且我们和星体之间的巨大以太空间是储备这种太阳和行星的粮食的足够大的仓库。关于以太本性的结构问题，我在这里只是顺便一提而已。

第二点，我们假设以太像空气一样是一种能振动的媒质，但它的振动要微小而快速得多。人们通常说话时所产生的空气振动，在前后相继两个振动之间，距离大于半英尺或1英尺，但以太振动的间距小于十万分之一英寸。而且像在空气中那样，振动有大有小，但都跑得一样快（因为打钟时在两三海里外所听到的每一声音，其先后次序和我们打钟的次序一样），所以我假定以太的振动虽有大小之分，但无快慢之别。这些振动，除了在反射和折射中有其功用外，还可认为它们是完成下列一些作用的主要手段，如使发酵或腐烂中的物质的各部分，以及流体，或熔化的、燃烧的、或其他热的物体的各部分得以继续运动，使之像一艘船被海浪所震碎那样消散为蒸汽、呵气或烟，并在这些物体中激发起或释放出光来，因而使一个物体变成一块燃烧的煤和一阵烟火，因为我认为火焰无非是烟粒子由于光与热接近它们而变成了无数燃烧着的小煤块而已。

第三点，空气能渗透到小玻璃管的细孔中去，但并不像管子较宽时那样来得容易，因此空气在管中的稀薄程度比在外边自由空间中要大，而且管子愈细，其稀薄程度也愈大，这是从插入水中的这种管子水在其中上升的高度超出静止水面很多这个情况知道的。所以我认为，虽然以太渗透到晶体、玻璃、水和其他自然物体的细孔中去，但它在这些细孔中的稀薄程度总是大于外面的自由以太空间，而且是随着物体细孔的变小而变得愈稀薄的。例如酒精虽是一种较轻的物体，但由于其组成部分较细，所以比水具有较小的细孔，因而它可能是一种更能引起折射的液体。其他如固体和液体各个部分的能粘聚在一起，玻璃和其他（其各部分在弯曲时不会相互滑动的）物体的具有弹性，以及托里拆利实验中汞柱高度有时虽然已超过29英寸很多，但还能到达玻璃管的顶端，所有这些的主要原因，或许也就在于此。因为在这些物体周围的较密的以太，必然要拥集而把物体各部分压在一起，很像两块大理石之间如果很少或者没有空气，那么四周的空气就要把它们压在一起一样。不但如此，还有那令人费解的问题，即肌肉凭什么方法能收缩和伸张而引起动物运动的问题，也可能从这里比从人们迄今所能想到的任何其他方法那里获得较多的线索。因为如果人有一种能随意凝聚或伸张那渗透在肌肉中的以太的本领，那么它的凝聚或伸张必然会改变肌肉周围的以太对它的压力而使它相应地膨胀或收缩；因为虽然普通的水在加压下几乎不会收缩，在减压下不会膨胀，但是（据我观察所及）酒精和油是会收缩会膨胀的，而波义耳先生的实验把有蝌蚪在其中游泳的水加上极大的压力时，蝌蚪将缩小很多，这也证明动物的体液也是能缩能伸的。至于周围以太对这些体液所施的不同压力是大是小，那么很自然要看抵住和平衡外部以太的压力的液体内部，以太是多是少而定。假如内外以太一样稠密，那么肌肉将是自由自在的，好像没有受到内外压力一样；假如内部没有以太，那么周围的以太将用其全部弹力来压它。假如内部的以太比外部伸张一倍，因而弹力只有一半大，那么周围以太的弹力有一半将为之所平衡，而只用另一半作用在肌肉上；在一切其他情况中也同样如此，即周围以太以其超过内部以太的弹力部分压着肌肉。因此，要改变对肌肉的压力，使肌肉膨胀或收缩，只要改变内部以太的密度就行；而且如果以太的弹力很强，像我认为它比空气要强好几倍那样，那么很少一点密度变化可能就已足够。

关于以太密度的变化，有些人可能会愿意接受这种看法，认为心灵对身体各部分中的全部以太有直接支配之权，可以随意要它膨胀或者收缩。但要是如此，肌肉的运动又是怎样依靠神经的呢？所以另外一些人便更倾向于认为，这种变化是由包含在脑硬膜中的某种以太气精来完成的，而人的心灵具有能在任何肌肉中随意收缩或扩张这种硬膜的本领，这样就使以太气精通过神经流到肌肉那里。但这样说仍有一个困难，那就是为什么心灵对以太的这种力并没有把以太用以多少抵住外部以太压力的弹性消除掉呢？一个第三种的假设可能是这样，心灵具有一种能把以太气精通过神经输进肌肉中去的方法来控制任何肌肉的本领。但是这种假设也有它的困难，因为这就需要用来自人脑方面的压力把以太弹力强制地压进肌肉中去，然而要从人脑这种如此纤嫩的物质中发挥出这样巨大的力来是很难想象的，此外，为什么这种非常稀薄的以太气精在这样大的力的推动下，不会通过脑硬膜和肌肉皮层跑出去，或者至少没有一样多的其他以太跑出去为这种挤在那里的以太气精开路呢？要消除这些困难便可能离题太远，但是鉴于这是值得研究的问题，所以我将毫不犹豫地告诉您，我对这个问题的解决是怎样考虑的。

首先，我假定有这样一种气精，就是说，这种动物的气精不像酒的液体、蒸汽，或气体，而是属于以太性质那样的东西，其微细程度足以使它能像电或者像磁的流质那样自由地渗进玻璃中去，渗入到动物的体液中去。为了弄清楚脑、神经和肌肉的外皮如何能成为一种可容纳如此微细气精的适当容器，您可以想一想液体和气精除它们的微细性外，为何能渗透或不能渗透某些物体的其他原因。水和油能渗透木和石，而水银则不能；水银能渗透金属，而水和油则不能；水与酸精能渗透盐类，而油和酒精则不能；油与酒精能渗透硫磺，而水和酸精则不能。因此有些液体（如油和水），虽然它们的各部分有足够自由可以互相混合，但由于某种隐蔽的互不交往的本质，而却彼此分开着；有些原来是互相交往的液体，可以由于在它们的一个中加进了第三种东西而使它们变为互不交往，例如水中溶有酒石酸盐后，水对酒精就不交往了。在以太的各种本质中，可能也有类似这样的互不交往性存在，例如在太阳和行星漩涡中不同以太之间或许就是如此。而细的玻璃管孔中的空气以及物体细孔中的以太何以较稀薄的原因，可能不是由于缺乏微细性而是由于缺乏互相交往性所致。根据这个道理，如果人体中所必需的以太活力气精和骨髓及体液很能交往，而和脑、神经及肌肉的外皮，或者和寄寓于这些外皮细孔中的任何东西不相交往，那么，尽管它很微细，尤其是当我们假定不用暴力把它挤压出来，而且即使它并不完全像以太主体那样微细而却已微细到足以容易渗透动物的体液的程度，并且在它耗损了一部分之后，将会从心脏中继续不断得到新的气精的补充，但它还是能够保留在脑、神经和肌肉之中。

其次，要知道这种气精如何可以用来使动物运动，您可以想一想，有些原来不相交往的东西为什么会在第三者的参与下变成了可相交往的东西。水不能溶解铜，但是如果把铜和硫磺一同熔化后，水就能溶解它。硝酸不能渗进金子中去，但在加进少量氨盐或盐酸后就能渗进它。铅和铜一起熔化时不会混合，但若加进一些锡或锑，它们就容易混合了；但如果投入硝石或其他东西把锑消耗完后，混合起来的铅和铜就会自动分开。因此铅和银一起熔化时，铅就会很快渗进银子中去，并用比单独熔化银所需要的热量少得多的热量把它化为液体。但是如果在试验中那少量用以调和它们的物质被消耗或者改变后，它们又会自动分开。同样的情况，人体中的以太动物气精可能是肌肉体液和普通以太之间的调和者，能使它们更好地混合起来；因此，在输入少量这种气精到任何肌肉中去时，尽管其数量之少不足以用它自己的力量使肌肉紧张到可感觉的程度，但是由于它使体液更能和外面的普通以太互相交往，所以这种以太就会立刻比在其他情况下更大量并且更自由地渗进肌肉中去，而当这种起交往作用的调和者被撤退时，普通以太也又会立刻退出。于是按照我上面所说的肌肉将因此而膨胀或收缩，其结果便是有赖于这种膨胀或收缩的动物的运动。

所以，心灵可能是由于对这种以太动物气精或气能决定它应该流进这根或那根神经，而且这种流动或许和空气在广阔空间中的流动一样容易，来引起所有我们在动物中所看到的运动。要使得这些运动加强，我们不必假定以太在肌肉中会因此凝聚或扩张得很厉害，而只要假定它的弹性非常之大，以致它的密度稍为改变一点，就能引起压力的巨大变化。上面关于肌肉运动所说的一切也可以应用到心脏运动上去，其间只有这样一个差别，那就是气精不是像输送到其他肌肉中去那样输送到那里去，而是由一再充满它的肌肉的体液在那里通过发酵而不断产生出来的。当气精产生出来以后，它就一阵阵放出来，送入脑中，并经过某些适当的管道，使其他肌肉由于对它的吸收而引起运动，而心脏的运动则是通过气精的产生而引起的。因为我看不出为什么心脏中的发酵不可以从它的体液中产生出这样微细的气精以引起这些运动，正像摩擦玻璃产生出气精以引起电的吸引，或者像波义耳先生所证明的那样，焚烧燃料产生气精以穿过玻璃，并且使其中熔化的金属化为煅灰。

迄今为止，我已就以太和以太那样的实体的作用和用途作了一番思考，现在紧接上面我要对光作一番考察。

因此第四点是，我认为光既非以太也不是它的振动，而是从发光物体传播出来的某种与此不同的东西。如果人们愿意这样做，他们可以想象光是逍遥派所说的各种素质的集合体，而另外一些人可以设想光是一群难以想象地微细而运动迅速的大小不同的粒子，这些粒子从远处发光体那里一个接着一个地发射出来，但是在它们相继两个之间我们却感觉不到有什么时间间隔，它们为一个运动本原而不断推向前进，开始时这种本原把它们加速，直到后来以太媒质的阻力和这本原的力量一样大小为止。这很像物体在水中的降落，先是加速，直到后来水的阻力等于重力为止。毫无疑问，能超乎我们理解给动物以运动的上帝，也能在物体中输进我们一样不能理解的其他一些运动的本原。某些人也许容易以为这可能是一种精神的东西，要不是我认为还是让它去算了，我也可以提出另一种说法，那就是说，它是一种机械的东西。但不喜欢这种说法的人也可以假定光是任何一种另外的有形发射物，或者是任何其他一种媒质的或扩散在以太主体中的以太气精的脉冲或运动，或者是他们认为符合于这个目的的其他任何东西。为了避免争论，并使这种假设的讨论普遍起见，每个人在这里愿意讲什么就讲什么；不过我认为，不管光是什么，它总是在不同的偶然情况中由彼此各不相同的相互连接着的许多光线所组成，例如它们在大小，力或活力上就各有差异，正像海滩上的沙粒，海面上的波浪，人们的面貌，以及其他一切同类的自然物之间都存在着差异一样，因为几乎不可能找到没有偶然性的差异的任何东西。此外，我还认为光不同于以太的振动，因为（除了以下的理由而外，即除了如果光是以太的振动，那么它就应该总是从边上以弯曲的路线大量进入到黑暗或寂静的媒质中去，破坏一切影子，并且总是像声音一样容易顺着任何弯曲的毛孔或通道传播这一理由以外）我看不出为什么任何表面（有如玻璃棱镜的一个侧面，当光线从棱镜内部入射上去而入射角约为40°时）可以是完全不透明的。因为冲击在把较疏和较密的以太媒质分开的折射界面上的振动，必然会使那柔韧的表面起伏抖动，而这些抖动将激起振动而把它们传播到另一面上去。此外，为什么又会像我所发现的那样，入射到任何透明物体的很薄的表面或者薄膜上的光，在薄膜厚度相继成等差级数的地方总要交替地被反射和透射。这一点也同样使我感到困惑。因为虽然这些使光线交替反射和折射的成等差级数的厚度，说明了光线的被反射或被透射有赖于薄膜两表面间的振动的次数。但是我不能理解，为什么振动的次数，不论是大是小，是整数或是分数，会引起不同的情况，除非我们把光假设为某种不同于这些振动的东西。我确实想到有某种能克服上面两个困难的东西，但是没有哪一个我认为是充分的。

第五点，应该假定光和以太是相互起着作用的，以太使光折射而光使以太发热，并且最稠密的以太起作用也最强。因此当光通过密度不均匀的以太时，我就认为它受到密度较大一边的以太媒质的推压和作用也最大，而在这一边的不断冲击或逼迫下总是向较疏的一边退却，所以如果光是沿着这条路走的，它将被加速，如果是向着相反方向走的它将被减速。根据这个道理，如果在这样一种密度不均匀的媒质中有一道光在斜向运动（亦即倾斜于通过媒质中密度相同的各部分的想象面，这些面可以称为折射表面），那么它也必定要弯曲，像我们在溶有盐的水中所观察到的那样，因为愈到水下面溶盐就愈多，因而其密度也就比上面愈大。这可能是一切折射和反射的原因。正像一根细玻璃管中较疏的空气和外边较密的空气中间不是为一个数学面所分开，而是它们中间在管口地方还有密度为一切中间程度的空气，所以我认为密度不同的媒质之间的那个以太折射表面不是一个数学表面，而是有一定的宽度，在固体毛孔口地方这宽度内的以太，也有着较疏和较密以太媒质之间的一切中间程度的密度，而在我想来，折射是当光线经过这个物理表面时一直受到连续弯曲的结果。所以如果假定光线通过这层表面时，它的运动将根据以太密度的差别而按一定比例有所增强或减弱，而且运动的这种增减是按垂射于折射表面的方向来开始计算的。那么，根据笛卡儿所已证明了的，入射角的正弦和折射角的正弦将成一定比例。

因此，光线从较疏媒质进入到较密媒质中时，将连续不断地愈来愈倾向于和折射表面平行。但是如果两媒质的密度差别不是太大，光线的入射方向也并不过于倾斜，以使它在通过交界面之前就已与折射面相平行，那么，光线就会通过它而且要被折射。但是如果由于上述各原因在它通过之前已经变得平行于折射表面，那么它必定要转回而被反射。

……这可能是光从较疏到较密以太中去时被反射的原因和方式；但是要知道当它从较密到较疏以太中去时又怎样会被反射，那您就得作进一步的考虑，为什么液体在其表面附近要比其里面的各部分不那么柔韧和能屈从，并且在形成薄膜或薄壳时，要比其他情况下更加坚固和刚性。因此，如果让那些容易在水中降落的东西落到一个水泡上去，它们就不容易击破它而穿过之，而是只要它们不是太大太重，就倾向于在它的边上滑下。所以两块在很大的球面上磨得非常光滑的凸玻璃，当一块叠在另一块上时，它们之间的空气就很容易被排挤出来，直到它们几乎相接触为止，但此后空气就开始强烈反抗到达如此程度，以致上面那块玻璃的重量太小不足以使它们更加接近，从而在彩色环的中央就出现了一个（在送给您的其他文章中曾提到过的）黑斑。并且如果两块玻璃是平的，那么虽然其大小不比一个两便士大，一个人用他的全部力量也不能把其间空气挤压出去，使它们完全相接触。你也可能观察到昆虫在水面上行走而不润湿其脚，水把它们支了起来。又像落在水面上的微尘往往长时间浮在上面而不为之所润湿。因此我假定，在两种媒质边界上的以太比之其他地方不那么柔韧和能屈从，而且随着两种媒质密度差别的愈大而愈不柔韧。所以光线从较密的以太跑到较疏的以太中去时，只要尚有很少一点较密的以太留待通过，就要比通常更难于通过它，而且在媒质密度差别极大时，其困难竟会大到使光线按如上所述的方式弯曲而被反射。在不那么柔韧和能屈从的一边的那些以太部分，它们对于光线的作用很像假定它们在那里比另一边要较密时所起的作用一样，因为媒质的阻力不问其起因如何，应该对光线产生同样的效果。我认为这可能是水银和其他金属物体所以能反射的原因。当光线从较疏媒质进入到较密媒质时，必然也会增加表面的反射效能，所以在这种情况下，反射因为有双重原因而显然应比在以太中为强。但在折射的情况中却不必考虑表面的这种刚性或不柔韧性，因为在这情况下，光线穿过表面的最刚性部分时所受到的那些弯曲，当它从那里再通过后面其刚性逐渐减小的那些部分时将又会返回过来。

因此光线可以为有些表面所折射，而为另一些所反射，不管它们进入的是较密还是较疏的媒质。但是还有一个问题有待说明，那就是为什么同样入射到同一表面（设想是晶体，玻璃或水的表面）上的光线可以有些被折射而同时有些被反射。为了说明这一点，我假定，当光线碰到刚性而起阻碍作用的以太表面时，它们因受到这表面的作用而给表面以反作用，并在其中引起振动，正像当石块投入水中时会在水面上引起振动一样，并且这些振动会向各方向传播，既传播到较疏的媒质中去，也传播到较密的媒质中去，正像引起声音的空气振动来自一击一样，但是在振动开始的地方振动继续保持最强，而在那些物理表面内则交替地把以太压缩和扩张。由于光在物体中产生热，就很明显可以看出，这种热能使物体的各部分运动，并且更多的是使愈纤细的以太加热并使之运动。而更可能的是，这种热通过以以太为媒介而不是直接把运动传输给物体的粗大部分，比如说在汞、锡、银和其他极不透明的物体内部，是靠产生那些能贯穿它们内部的振动，而不是靠仅仅打击其外部而不进入其内部来传输的。每一条光线的激动可能产生数千次的振动，把它们送到物体各处，就可以使它的每一部分都运动起来，这比一下子打击一个地方所得到的运动或许要多得多，因为振动使每个质点向前向后摇动，而每一次这种摇动都可以使它的运动增加，正像一个打钟的人用不断拉动钟槌使钟的运动增加一样。这样，到最后粒子就将以极大的振动程度运动，这种运动不是光线的单独一击或者是以太中除振动以外的任何其他运动所能做到的。因此，关在一个容器中的空气因受热而运动时，不管热得如何剧烈，都不能使挂在其中的物体运动，既不能使它颤动，也不能使它向前移动。但如果用敲一两只鼓的方法使空气振动，那么空气会使玻璃窗，整个人体以及其他巨大物体，特别是那些具有同一声调的物体摇动起来。不但如此，我曾在一个大厅里观察到，它把我脚下的地窖上面的砂石地板显著地摇动起来，我相信用500根鼓槌同时打击它也达不到这样的程度，除非是或许每隔相等时间就连续不断很快地一个接着一个地去打击它。因此，以太振动是光这样一种微细东西用以摇动固体的粗大粒子并使之发热的最好方法。所以我们假定光碰到以太的一个折射或反射表面时，就会使它振动，在光线的不断冲击下，这物理表面经常处于振动状态，而其中的以太则不断轮流扩张和压缩。如果一条光线射来时以太已被压缩得很厉害，那么我认为这时的以太太密太硬，所以不能使光线通过而把它反射回去。但是如果光线射来时，以太正好处在两次振动之间的扩张那个间隔内，或者这时的以太不太压缩和稠密，那么光线就能通过它而被折射。

所有这些，可能都是一切情况下光被折射和反射的原因，但是要理解为什么这些现象会如此有规则，就需要作进一步的考虑。譬如一堆黄沙，虽然它的表面高低不平，但如果用水来浇它，使它的孔隙填满，那么在孔隙被填满后，水将立即均匀地散布在其表面上，而且沙粒愈细，它们就散布得愈均匀。因此一切物体的表面，即使磨得非常之光，我仍认为它是高低不平的，但虽然如此，只要这种高低不平不是太大太粗，那么起折射作用的以太表面就可以均匀地散布于其上面。在磨光玻璃和金属时，不要以为沙屑、油灰或其他磨粉必然会把它的表面磨得很有规则，把它每个颗粒的前部完全磨成平面，而且这些平面都朝着一个方向，好像一个磨得很光的物体，如果反射由其许多部分所产生，就应当是如此。但是很自然地可以认为，那些磨粉应该先把物体磨到其高低不平尚可觉察得到的这种粗糙程度，而后越磨越细，直至细到以太表面可以均匀地散布其上，使物体获得光泽。所以在液体中，不可以这样设想，以为它们各部分的表面应该都是一些平面，而且这些表面的平面总将一律保持同一个方向，虽然它们永远在运动。但是，如果反射不是由均匀散布在液体上的以太表面而是由其各部分自己所产生，那么不作这两个假设，液体的表面就不可能像它们应该如此的那样有规则地反射光线。

此外，以光的有规则运动而论，可能有人会怀疑，光通过液体时，液体的各种振动是否会对光的这种运动发生很大干扰。但是我认为，如果考虑到一列斜向的波只要不论何时其最前面部分开始把它弯转，其最后部分必定就会用一个相反的作用立刻把它再弯直回来，那么这怀疑也就可以消除了。

最后一点，因为毫无疑问，每一个透明物体里面都有许多大小不同的细孔，而且我曾说过，最小细孔里以太最为稀薄，因而各细孔中的以太其稀薄程度也各不相同，所以光从一个细孔走到下一细孔时，就要被折射，从而造成巨大混乱而破坏物体的透明性。但是考虑到所有稠密物体中的以太是处在不断振动的状态中的，而且如果没有一种像颤动那样的东西迫使部分以太从一个细孔到另一个细孔作向前向后运动，以致某一时刻在大的细孔中的以太，下一时刻就到了小的细孔中去，那么，这种振动就不可能实现。反过来，这个运动必然会把以太均匀地散布到所有不超过某一确定大小（譬如振动宽度）的细孔中去，使它在整个透明物体中有一个适合中等程度细孔的均匀密度。但是只要那里的细孔超过这个确定大小，那么我认为细孔中的以太密度就会适应细孔的大小或者其中的媒质，并且由于其密度和周围以太不同，光就要在其表面折射或反射，以致有许多这种间隙的物体看来是不透明的。

关于折射、反射，透明和不透明就讲到这里。现在来谈颜色。我认为，如同大小、密度或张力不同的物体由于受到撞击或者其他作用而能激发各种不同声调的声音，在空气中引起不同大小的振动一样，当光线撞到坚硬的折射表面时，也将在以太中激发振动。这些光线，不管它们恰巧在大小、强度或力量上有怎样的差别，终将引起不同大小的振动——最大、最强或最有力的光线引起最大的振动，其余的则按其大小，强度或力量而相应有所减小。所以对着视网膜的视神经纤维的末梢就是这样一种折射表面，而当光线碰在这些末梢上时，必然会在这里引起振动，这些振动将（如声音在喇叭中传播一样）沿着眼球液体的细孔或神经纤维的晶状髓经过视神经传播到感觉中枢（这是光自己所做不到的），并且我认为，它们在这里就按照其大小和混合情况而产生不同的颜色感觉——最大的产生最强的颜色红和黄；最小的产生最弱的颜色蓝和紫；中间的产生绿色；而所有这些振动的混合则产生白色，正像在听觉中因各种大小不同的空气振动而产生不同声调的声音一样。因为我们应该注意到，在自然界中这种类比确实是存在着的。此外，如同声音的和谐和失调来源于空气振动之间的各种比例一样，所以一些颜色的和谐如金和蓝，以及其他一些颜色的失调如红和蓝，也是由于以太振动的各种比例而产生的。而且很可能像声音在一个八音度间分成各种音调的情况一样，颜色也可以分成它的基本色度——红、橙、黄、绿、蓝、靛青和深紫。因为几年前，我在一间遮得很暗的房间里，把三棱镜产生的颜色垂直投射到离镜约22英尺地方的一张纸上。当我把这张纸拿起来使棱镜所产生的像大致落在纸上标出的某一范围内时，我就请一位朋友在上述七种颜色的色像或色柱的每一种颜色最丰满最鲜明地方，以铅笔横画一条线，并请他根据他的判断把这些颜色各自的最准确的界限勾画出来。我之所以这样做，一则因为我的眼睛不很善于辨别颜色，二则因为对于一个我没有把所以要这样做的意图告诉他的人，可以只凭他眼睛的判断而不受其他影响来画出这些标记。这种观察我们重复了多次，既在同一天，又在不同的日子里，用以研究画在几张纸上这些标记会相符到何种程度；而从这些观察的比较中我看到了，虽然各种颜色的准确界限难以确定，因为它们以觉察不到的程度一个扩展到另一个中去，但是这些观察的差别还是很小，尤其是越向红色一端，差别越小，如果取这些差别的平均，结果就得出像的长度（这不是用［左右］两端两个半圆形的边缘之间的距离而是用这两个半圆形的中心之间的距离来计算的，或者说，像是理所当然地那样，用［上下］两边的直线的长度来计算的）大致如一条弦线要发一个八音度的各种音调时，从其端点到中间的距离划分成的比例一样。

现在来谈关于这些以及由折射所产生的这样一类颜色的原因。最大或最强的光线必定比较弱的光线更能自由和容易地穿过折射表面，因而被这表面弯曲得较小；这等于是说，产生红色的光线最不易折射，产生蓝或紫色的光线最易折射，其他的则按它们的颜色而有其他一些折射情况。因此像在前面提到的实验中那样，如果有光线从太阳上混杂地射来，当它经棱镜折射后，那么那些不同种类的光线因受到折射不同必将射到其对面纸上或墙上各个不同的地方，并且这样分开以后，每条光线都会显现出它们自己的颜色，这是它们混合在一起时所不可能做到的。由于折射只把光线彼此分开而不改变其强度大小，所以只要它们一旦很好被分开以后，折射就不能再改变它们的颜色。在这基础上，所有折射现象都可得到解释。

（王福山等译）