探索光的本質

笛卡爾親自指點他

1629年4月，惠更斯出生在美麗的濱海之城——荷蘭海牙的一個貴族家庭里。他的父親在王朝政府里位居要職，學識淵博，尤其在詩歌方面的造詣很深，與藝術家倫勃朗、思想家笛卡爾和斯賓諾莎等關系密切。也許是受到了笛卡爾和斯賓諾莎的影響，惠更斯從小就非常喜愛自然科學知識，尤其是數學知識。只要一有空，他就鉆到父親的書房里尋找數學等自然科學書籍翻看。父親看到他如此地癡迷于書本，便早早地把他送入了學校接受正規的科學教育。

一到了學校，惠更斯更是如魚得水，如饑似渴地汲取知識的養料。他在小學、中學都是全校同年級學生中年齡最小的一個，可也是最勤奮最用功的一個。由于他天資聰明，對所學的知識記憶、理解很好，他的成績在班上始終都是第一名。他進步得很快，16歲就以優異的成績考上了頗有名氣的萊頓大學，學習數學和法律。笛卡爾很關心老朋友的這個聰明的小兒子，經常對他的學習進行指點。在笛卡爾等人的直接影響下，惠更斯鉆研了阿基米德等人的數學和物理學著作，開始全身心地投入數學、力學和光學的研究。

惠更斯的學習有一個很顯著的特點，就是非常善于把所學到的知識與日常生活的實踐結合起來。據說，惠更斯在13歲時就參照圖紙自己制造出了一臺車床，而且性能良好，他用它加工、制造了許多有趣的東西。另外，他很早就開始學習磨制透鏡的技術，而且樂此不疲。他在這方面著實花了不少氣力，到了17世紀50年代，憑借著成熟的數學知識功底，他和他的兄弟一道發明了一種新的鏡片磨制方法。用這一方法磨制出的鏡片光潔而清晰，制成的望遠鏡效果非常好。這一方法直到今天還在為許多專業制鏡者使用著。

發現土星光環

惠更斯在對望遠鏡的鏡片做了改進之后，耐心而細致地進行了天文觀測。在1650～1659年的時間里，他先后識別出獵戶座大星云的結構組成，發現了火星上的極冠、木星帶和土星的一顆衛星，從而進一步證實并鞏固了哥白尼的學說。其中，最激動人心、最富有成果的一項發現要算發現土星光環了。

1610年，意大利天文學家伽利略用他發明的天文望遠鏡第一次觀測到了土星環的存在。然而，在他看來，土星的球狀本體旁的這一“奇怪的附屬物”簡直不可理解，他甚至懷疑這一怪物是透鏡造成的幻像。惠更斯很早就聽說了伽利略的發現和懷疑，也親自用天文望遠鏡看到了與伽利略的描述極為相似的現象。他也百思不得其解，但他卻沒有輕易做結論。他對土星進行了集中觀測，結果發現，所謂土星旁的那個奇怪東西根本不是什么鏡片造成的假象，而是真實存在著，它是一條近似帶狀的東西。

土星旁的那團物質究竟是什么？每當夜深人靜的時候，他就傍依著望遠鏡，看一會兒，想一會兒，又用筆寫寫畫畫記下自己的想法。他發現，土星旁的那團東西，在望遠鏡中雖然會時時改變形狀，但從來也不曾消失過。聯想起行星的自轉運動，他想，土星旁的那團東西也應該是圍繞著土星轉動的。那么，一個轉動著的帶狀東西會是什么呢？難道是一個物質環？至此，惠更斯的思路豁然開朗了。對，就是一個環。他把自己的想法匯總整理，寫出了著名的《論土星光環》的論文。

在論文中，他向世人宣布：土星周圍的附屬物質是“一個無處不接觸并偏向黃道的薄扁環”。從此，一個新的天文學研究領域——行星光環研究就被開辟了出來。20世紀70年代，人們又陸續發現了木星的光環和天王星的光環，從而為人們對太陽系整體結構的探索又添上了亮麗的內容。

探索光的本質

土星環的發現使惠更斯的聲名大噪。1665年，他作為法國科學院的名譽院士應邀前往巴黎講學，并長住那里。巴黎時期，成了他一生科學研究的“黃金時期”。其中，最令他本人引以為豪的研究就是提出光的“波動說”。

光，過去曾是人們知道、了解得最少的東西。在17世紀，對光的本質是什么這一問題，人們普遍接受學界權威、英國物理學家牛頓提出的光的“微粒說”。這種說法認為光是一種物質，它由一群快速流動著的發光微粒組成。這個理論可以解釋光的反射現象，但對光的折射現象、干涉現象和衍射現象卻無能為力。

惠更斯認為，光的微粒說既然不能解決光的折射、干涉和衍射問題，那么就說明這個觀點有局限性。從1669～1677年，惠更斯一直在冥思苦想這一問題。而他對這一問題的研究一開始就是從光的雙折射這一艱深問題入手的。所謂光的雙折射，就是指透過一種叫方解石的晶體礦物質可以明顯看到一個物體有兩個像。這說明當光線穿過方解石的時候發生了各向異性的折射。惠更斯九年如一日，在對實驗現象做反復的數理研究的基礎上，終于在1690年出版的《論光》一書中提出了光的波動學說。他指出，光在透明物質當中的傳播不可能像牛頓所說的那樣是一種物質的轉移，而只能是某種物質運動的傳遞。由于這種傳遞是通過一種叫“以太”的粒子相互碰撞而進行的，因此，“光線不是純粹的幾何線，光速也不是無限的”。他發現，光的傳播與聲音的傳播有很多地方存在相似性，于是就大膽地提出“光波”的概念，并對光的傳播過程做了如下描述：“光波發射時，傳播光的每一物質粒子不只是把運動傳給前面的相鄰粒子，而且還傳給周圍所有其他和自己接觸并阻礙自己運動的粒子。因此，在每一粒子周圍就產生以此粒子為中心的波。”

這就是著名的惠更斯原理。用這一原理不僅可以很好地解釋光的反射現象，也同樣可以較完滿地解釋光的折射和雙折射現象。

惠更斯的光的波動說剛提出時并沒有引起物理學界的廣泛關注。直到100多年之后，世界各地的物理學家才相繼在實驗室里來驗證這一觀點的正確性，而結果無一例外地都證實了惠更斯的理論的正確性。

科學家是有祖國的

惠更斯在科學上的貢獻是多方面的。作為一個思維敏捷的科學家，在物理學方面，他利用相對性理論研究了碰撞引起的物體運動，確立了動量守恒理論。研究了離心力，提出了著名的離心力公式：一個做圓周運動的物體具有飛離中心的傾向，它向中心施加的離心力與速度的平方成正比，與運動的半徑成反比。另外，他還根據伽利略提出的鐘擺的等時性原理，改進了鐘擺的構造，于1656年制成了世界上第一臺擺鐘。而他的關于萬有引力的思想對牛頓“萬有引力理論”的形成也產生了不可忽視的影響。在天文學、數學等其他方面，他也是頗有建樹的。

科學是沒有國界的，但科學家是有祖國的。雖然惠更斯長住在巴黎，但他內心深處卻時刻惦記著故鄉的發展和人民的幸福。當1681年信奉天主教的法國開始對信奉基督教的荷蘭采取敵對態度時，惠更斯毅然放棄了在法國良好的生活和研究條件，回歸祖國。

1695年7月8日，惠更斯與世長辭，享年66歲。就在他逝世后不久，荷蘭皇家科學院將他的著作、手稿匯集出版，以永遠紀念這位偉大的科學家。