物理学之“光学”发展简史
第一节 光学的历史概述
一、早期光学
1.古代光学:基本上停留在几何光学的研究和总结上。
公元前5世纪《墨经》、北宋时期沈括的《梦溪笔谈》都有记载。
古希腊欧几里德(Euclid，约公元前330-275） 研究光的反射。
托勒密 (C.Ptolemaeus,希腊，约公元100-170) 研究光的折射。
2.中世纪: 阿勒哈增（965-1038）(阿拉伯人)著《光学》。
二、折射定律的建立
荷兰人斯涅耳最早提出折射定律，由法国数学家费马（1601-1665）提出费马原理，予以确定，使几何光学理论很快发展。
三、光学仪器的研制
1、1299年，发明了眼镜，意大利人阿玛蒂制造了眼镜。
2、1608年，荷兰人李普塞制成第一台望远镜，伽利略改进成放大32倍的望远镜。
3、几乎与望远镜同时，荷兰人发现制造了显微镜。
四、牛顿对光的色散的研究
1666-1704年间，牛顿用色散原理解释了天界神秘而瑰丽的彩虹。
第二节 光的波动说和微粒说的论争
一、光的微粒说
1704年，牛顿：“光是一种细微的大小不同的而又迅速运动的粒子。”
二、光的波动学说
1. 代表人物:惠更斯·胡克：“光必然是一种振动。”
2. 波动说的困境:由于当时没发现光的干涉、衍射等波动现象，使光的波动说难以自圆其说。
3. 19世纪光的波动说的两个英雄
1)托马斯·杨（1773-1829）
两岁认字，四岁能读圣经，23岁获医学学位。
牛顿反对波动说，光的微粒说在百年中占了上风，波动说几乎销声匿迹。
面对牛顿如日中天的气势，杨以不唯名的勇敢精神说：“尽管我仰慕牛顿的大名，但我并因此非得认为他是百无一失的。我遗憾地看到他也会弄错，而他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步。”
设计了杨氏双缝实验，证明了光的衍射现象。
2)菲涅耳（1788-1827）：法国工程师。完善了惠更斯理论，提出了子波相干的思想。
1818年法国科学院悬赏征文中一举成名。
菲涅耳的理论——泊松的计算——阿拉果的实验找到了有利于波动说的泊松亮点。
这样光的波动说赢得了第一回合的胜利。
三、光应具有波粒二相性:
光的波动说无法解释光电效应，但粒子说可以解释。它的思想是爱因斯坦光量子理论的起源。
第三节 光谱的研究
一、巴尔末发现氢光谱规律
1.背景:杨的干涉实验提供了测定波长的方法。
1814——>夫琅禾费对太阳光谱也进行了细心的检验。
1859——>基尔霍夫在研究碱金属光谱发现了铯和铷。
1868——>埃格斯特朗首先找到氢光谱的谱系。
2.瑞士科学家巴尔末（1825-1898）的贡献
如何从浩繁的光谱资料中找出其中的规律?
巴尔末，瑞士的一位中学数学教师，在哈根拜希教授的指点下将氢光谱的规律总结出来，于1884年6月25日正式发表:λ＝B
，n＝3，4，5，……
次年发表了论文。
1)由于埃氏对氢谱线的精确测量，提供了氢的可见光部分的四条谱线的精确波长，从中巴尔末提出了一个共同因子：B＝3645.6×107毫米。
2)氢的前四根谱线的波长可以从这一基数，相继乘以系数9/5，4/3，25/21，9/8。初看起来，这四个系数，没有构成规则数列，但如果将第二项与第四项分子、分母分别乘以4，则分子为3×3，4×4，5×5，6×6，而分母的完全平方相应的差4，这样就出现了
的规律。
由于巴尔末公式的发现，光谱成因的神秘大门被打开了，人们研究原子内部结构，又有了一个新的依据，此后光谱规律不断被揭示，一门新的系统的科学——原子光谱形成了。
二、广义巴尔末公式
巴尔末公式发表以后，不少科学家受到进一步的启发和鼓舞。又有人从恒星的光中拍摄到氢光谱，在紫外区的一些光也可从巴尔末公式中将n取7，8……等得到。
1890年，瑞典人里德伯将氢光谱规律总结为：
n＝3，4，5…… 其中R=4/B，被称为里德伯常量。
该公式发表在《论化学元素线光谱的结构》一文中。
第四节 光速的测定
光在真空中的传播速度是一个极其重要的物理量，能否准确测定是物理实验技术水平和理论水平的标志。
一、早期的实验
1.伽利略提出:在已知距离的两个高山峰上，放两盏灯，利用接收灯闪亮的时间去除间距，来测光速，但误差较大。
二、天文学方法
丹麦人奥罗斯·罗末(1644-1710)于1675年提出。
木星有13个卫星， I0（木卫一）是木星的一颗卫星，绕木星旋转一周的时间约42小时28分16秒，因此在地球上看木卫蚀也应是42小时28分16秒一次，但是观测后时间却不一样，原因是两次观测木星与地球的距离不一样，从发出的光信号所传递的空间距离不同。用两次木卫蚀的时间差去除两次木星与地球的距离差，即可求得光速。
现代人用此法可测光速为2.998×108米/秒。
三、地面方法
1849年，法国人菲索（1819-1896）用齿轮旋转法测得光速为3.15× 108 米/秒。他是第一个首次证明光速可以在实验中测得的人。另外，法国人付科、美国人纽克姆等都对光速测定做过贡献。
下面介绍阿尔伯特·迈克尔逊((1926)旋转棱镜法：
棱镜旋转的转速可以测定，由发光和接收光的时间、棱镜转速和光来回传递距离的数学关系，可以导出光速来。
1907年，他是第一位获诺贝尔物理奖的美国科学家。
