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上一篇，写了关于光的认识历史。写到麦克斯韦与赫兹，其实到那时候，人类确实认为光就是电磁波，也就是个波。这种说法在今天看来，是不全面的，导致有网友留言骂我不学无术、误人子弟等等。 首先很感谢网友们责问，在此也澄清一下，关于光的故事还有很多，比如光子等等； 其次，我就是写我感兴趣的话题，也不想哗众取宠，更不想通过歪曲事实来获得点击量。 -------------------------------------------------------------------------------------------------- 话说三百六十行，行行出状元。哪怕他曾经只是个玻璃匠。 约瑟夫·冯·夫琅和费（1787-1826），出生于德国的拜仁一个玻璃制造工人的家庭，家境十分贫困。童年时曾跟慕尼黑的一个光学技师当学徒，说白了就是把玻璃制成镜片。11岁是，家里的房屋倒塌，只有他幸存下来，有好心人收养，并把他送到学校学习光学理论。理论与实践结合，使得他成为玻璃制造业的大师。 闲言少叙。且说牛顿当年用三棱镜对着太阳光透过小孔形成的点光源时，发现光的色散现象。色散后的的各种颜色称之为光谱。1814年，夫琅和费在研究三棱镜时，他把三棱镜对着太阳光透过的小隙缝形成的线光源时，发现光谱中有很多暗线。如果三棱镜的镜面比较粗糙，这些暗线就会模糊不清，这也是牛顿没有发现暗线的主要原因，由此夫琅和费的手工艺可见一斑。 当他把三棱镜对着月亮的线光源时，也得到了同样的光线谱。他们这些暗线在光谱图上标记出来，并且按字母编号。后来，这些谱线统称为夫琅和费谱线。 那么对着星星会是怎样的呢？星星不向太阳月亮，光线那么强。所以夫琅和费把三棱镜放到天文望远镜的一个焦点位置上，发现光谱中的暗线位置和数量都有很大的差别。这是个伟大的发现，只可惜夫琅和费对现象的解释不够敏感，从而与科学理论失之交臂。 1821年，他用光栅（精美的小隙缝）代替三棱镜，做光的衍射实验，并用其测量光的波长，此后，人类的物理实验中，三棱镜被光栅取代了。又很可惜的是，人微言轻，科学界对他本人也不够尊重，只将其看成一个“制作者”，说难听点就是一个干活的人，所以出席某些科学会议时，他连发言的资格都没有。然而正是这为干活的人，一手将拜仁带到了世界第一大光学仪器制作中心的位置上，从而取代了英国。要知道，此时的英国可是有动手能力极强的法拉第。 1826年，夫琅和费在长期的玻璃制造倒下了，年仅39岁，而死于是重金属中毒导致的肺结核。 直到30多年后，赫兹的老师基尔霍夫对光谱中的暗线做了合理的解释。基尔霍夫（Gustav Robert Kirchhoff，1824—1887），德国科学家。可以说他位通才，年轻时就曾发表过关于电力学方面的论文，叫做基尔霍夫电流和电压定律。翻译成中学教科书语言：并联电路总路电路等于各分路之和；串联电路总电压等于各元件电压之和。无论电路多复杂，此定律是解决问题的不二之选，所以基尔霍夫也被誉为：电路求解大师。 到了1859年，基尔霍夫开始研究热辐射，他用灯焰烧灼食盐，发现火焰中有类似的暗条纹，由此他得出了热辐射定律，并提出了一个理想的热辐射实验——黑体实验。从而引发了一场物理学革命，此时后话。 且说， 基尔霍夫发现了光谱中的暗线，这些暗线的位置只与元素有关，实际上，人类已知的元素中，很多都是通过这种方法得到的。现在可以对夫琅和费进行解释了：太阳光谱的暗线是由于太阳中的元素吸收导致的；月亮光谱和太阳一样，是因为月亮不发光，它只是太阳光的搬用工（反射）；每个恒星上的元素不一样，所以光谱暗线位置不一样。反过来，以此方法可以得知恒星上存在哪些基本元素。 元素光谱的暗线比较复杂，通常人类研究最简单的元素——氢的元素光谱。瑞士人巴尔末（Johann Jakob Balmer，1825-1898）经过长期的研究，得出氢原子谱线与波长的关系式，称为巴尔末公式。虽然搞清楚了暗线出现的位置，但是却搞不清为什么会出现在那儿。等人类差不多搞清楚了，势必又是一场物理学变革。此亦是后话。 可是光谱并不是一成不变的。当光源运动时，光谱会发生红移或者蓝移，这就是多普勒效应。以此纪念伟大的科学家多普勒。 多普勒（Doppler ，1803-1853），出生于奥地利一个石匠的家庭，多普勒的家族是从事石匠生意的，他们家乡建立了很多的房子，可以说是搞房地产的，虽然都是工匠家庭，但是他的日子比夫琅和费好多了。多普勒没有在石匠这行当里博得状元头彩，因为他健康状况一般，另外最主要的是因为他的成绩太好了。 话说有天，多普勒带着孩子散步，一列火车从远处“况切、况切”地开来，他注意到，火车开来时，“况切”声越来越刺耳，等到火车离去时，声调突然变低了。这个现象引起了他的注意，也潜心研究了很多年。 多普勒他特意请了乐队在行驶的火车上演奏，请乐师听声音的频率，得出频率与运动速度之间的关系式。 可以这样理解，当火车迎面开来时，人耳感觉声源的频率是“况切”，当火车离去时，人耳感觉声源的频率变成“冫兄七刀”了。 这就是多普勒效应，1842年，多普勒将此发表，此后多普勒还将此应用到光上面，但是那个时候，人类还不了解光的是怎样的波。多普勒以为光和声波一样，都是纵波，在《论双星的色光》中他提出了光的多普勒效应，即一个向地球运动的恒星与一个离开地球的恒星的光谱是不一样的，不过那时候，测量技术有限，双星的光谱差别也是极其职位的。 到了1848年，法国物理学家阿曼德·斐索（(Armand Fizeau，1819—1896）在毫不知情的情况下，得出了光的多普勒效应，所以光的多普勒效应又称多普勒——斐索效应。值得一提的是，斐索是人类第一个精确测量出光的速度的人。请看下回《光的速度》。 |
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