白色光的奇异发现

白色光的奇异发现

在英国林肯郡格兰沙姆镇南面约10千米处，有个名叫武耳索普的小镇。

17世纪的时候，这里只有一座没落贵族留下来荒废的庄园、两三户农家和几间茅屋。

1665年夏，可怕的鼠疫又一次侵袭了英国。从6月到8月的三个月内，英国伦敦市内死尸遍街，人口减少了1/10。剑桥大学担心病疫的波及，便让学生疏散到外地去。大学刚刚毕业的牛顿便回到了家乡武耳索普小镇，在一幢茅屋的二楼度过了18个月。在这段与世隔绝的时间里，他潜心钻研学问，取得了累累硕果，其中有一项成果就是发现了白光色散的原理。原来牛顿在大学里的时候听过巴罗教授的光学课，此后他便自修开普勒的《光学》，并动手磨制透镜，制作天文望远镜。他发现在透镜成的像的周围总有一圈模糊的彩色边缘，这究竟是为什么呢？这个问题常常萦绕在他的心头。

一天他与往常一样把自己锁在房里，演算那引力的公式。不觉日已当午，他饥肠辘辘，推开文稿纸，抬起头来伸个懒腰。这一抬头他见到紧闭的门缝里露出一缕细细的光束，不觉大喜。立即伸手从抽屉摸出一块近日磨制的三棱镜，迎上去截住那束光。这时他惊诧地看到墙上竟出现了一段红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的彩色光带，他将镜子转了转，光斑便上下移动。经过几次调节，一个椭圆形状的彩色光斑终于清晰地映现在墙壁上。从这天起，牛顿就把自己关在房里，还把门窗用床单遮得严严实实，只让一束白光透入房中，用三棱镜做这类游戏。几天后，牛顿渐渐领悟到一个秘密，我们平时看到的白光，其实并不是一色白，它是由许多光混合而成的。那么这红、橙、黄、绿、青、蓝、紫是不是最后的单色光呢？这需要再用1块三棱镜把红光、橙光逐次分解后才知道。于是他只能耐下性子来再磨制一块三棱镜。还布置起一个真正的暗室。实验是这样进行的：他先让一束光穿过一个黑色木板上的小孔，用三棱镜将它分成七条不同的彩色光。再用一块有孔的木板，上下移动挡住分解后的光，让每条单色光逐一从孔里通过，木板后再放一个三棱镜，这时新的发现出现在白墙上：一是单色光通过三棱镜之后只是进一步略微分开，但仍然是原来的颜色，并不能再分解成彩色光谱。二是，在第一块棱镜上被折射得最厉害的紫光，在第二块棱镜上也受到最大的折射，而红光在这两块棱镜上都折射得最小。于是牛顿对阳光经过三棱镜在墙上形成彩色的光带这一事实作如下的解释：“这个原因不是别的，正是由于阳光不是同类的或均匀的，而是由不同类型的光线组成的。其中的一些比另一些更能被折射。”这是牛顿对色散现象的精辟解释。他还计算出了红、黄、蓝这三色光的折射指数。

善于思索的牛顿没有到此停步，他又从逆向来考虑这个问题。既然三棱镜是把阳光分解成各种色光，那么可以再造一个合成过程：用另一块三棱镜把散成扇形的七色光又会聚起来成为了白光。这个实验当然获得了预期的成功。牛顿还设计了一种可以快速转动的木盘，上面涂了七种颜色，快速旋转时，看起来成了白色。请读者做个类似的小实验。

取一块放大镜，上面贴一张开了三个小圆孔的黑纸，分别在孔上粘上红、黄、蓝三种颜色的透明纸。把放大镜放置在阳光下，可以看到放在桌面的白纸上有三个明亮的各呈红、黄、蓝色的光斑，调节放大镜的高度，使三个亮斑重叠起来成为一个亮斑，亮斑呈白色。

牛顿把“不同颜色光线具有不同的折射本领”的观点，应用于解释虹的成因，认为虹是云中或落下的微小水滴反射阳光的缘故。太阳光发出的白光射到水滴上，光线进入水滴发生折射，在水滴中再发生全反射，在射出水滴的时候又发生第二次折射。由于不同颜色的光折射程度不同，它们在离开水滴后被散开成扇形，观察者如果背向太阳，就能看到虹的出现。