七色光的奧妙

我們這個世界色彩斑斕，但五顏六色是從哪里來的?自古以來人們就一直在思索這個問題。古希臘大學者亞里士多德認為，各種不同的顏色是由于照射到物體上的亮光和暗光按不同比例混合所造成的。

中世紀時，隨著顯微鏡的發(fā)明，掀起了一個“玩光”的熱潮。人們利用各種光學元件觀察五花八門的光學現象，你看：凸透鏡能將小字放大；凹透鏡能將大字縮小；三棱鏡更是好玩，一束太陽光經過它折射后，會生成一條色帶(后來被稱為光譜)，依紅、橙、黃、綠、青、藍、紫的順序排列。奇怪!白色的陽光通過三棱鏡后為什么會變成七彩色帶了?當時比較權威的一種解釋是，從太陽表面不同點發(fā)出的光經過棱鏡時的角度各不相同，這造成三棱鏡對這些光線折射的不同，結果就形成不同顏色。

英國年輕的科學家牛頓不迷信權威的說法，1666年他親手制作了兩個光學質量很好的三棱鏡，并設計了一個“判決性實驗”，來斷定太陽光譜的形成是否是由于折射的不同。如圖所示，牛頓將兩個棱鏡隔開一段距離放置，在它們中間放一個屏幕，屏幕中間開有一條垂直的狹縫。他再將房間的百葉窗放下，房內頓時漆黑一片。牛頓事先在百葉窗上開有一個小洞，這時外面的陽光透過這個小孔射向第一個棱鏡，很自然這束陽光透過棱鏡后，色散成一條彩帶并投射在屏幕上。牛頓將第一個棱鏡轉動了幾次，使光譜的紅、橙、黃、綠、青、藍、紫7條色帶，依次投射到狹縫上。這樣，7種不同顏色的光又通過狹縫再投射到第二個棱鏡上。奇怪的是，7種色光透過第二個棱鏡的折射后雖然各自的折射角更大，但卻不再展現出色帶，而只顯示各自的顏色。

牛頓仔細分析了這個實驗。很顯然，如果造成光譜的原因是由于光在入射時的角度不同，導致棱鏡對它的折射不同，那么，各種色光從狹縫入射到第二個棱鏡時的入射角度也不同，理應由于折射的不同再造成一次色散而形成新的光譜。實驗結果卻對這種推論“宣判”了死刑。究竟怎樣來解釋太陽光(白光)通過三棱鏡后形成光譜的現象呢?

經過一段時間的思考，牛頓提出了這樣的解釋：白光是由折射能力各不相同的色光混合而成的，當白光透過棱鏡時，由于各種色帶的折射能力不同，于是“各奔東西”，造成這些色光彼此遠離而形成一條七彩色帶；對于其中的一種色光來講，由于它已經是單一成分了，即使再通過棱鏡也不會造成色散，而依然“保持本色”，只不過在第二次透過棱鏡后，折射得更厲害一些罷了。

判決了舊理論的死刑，又怎樣來證實新理論的新生呢?為此，牛頓又做了一個“支持性實驗”。他在上述實驗裝置上做了一些變動：撤走了第二個棱鏡和屏幕，。在屏幕的位置上放一只很大的凸透鏡。牛頓讓經過第一個棱鏡的色散后的光譜投射到凸透鏡上，結果，所有7種顏色的光經過凸透鏡后就會聚成一束白光了!由此，他直觀地顯示出，白光是由這些色光混合而成的。

“白光是由這些色光混合而成的”，這是一個重大的發(fā)現。它立即被應用到一系列重要領域中。在牛頓時代，望遠鏡的色差嚴重影響著觀測的精確性。所謂色差是指星球發(fā)出的白光經過望遠鏡時，由于組成白光的各種色光的折射率不同，結果造成星球的像很模糊，在其邊緣總有一圈顏色。在牛頓之前的許多科學家，都絞盡腦汁想去掉望遠鏡的色差，但誰也沒有成功。牛頓提出了白光形成的新理論后，他馬上將這一理論運用到改進望遠鏡上。他成功地應用一種由凹凸透鏡組合而成的望遠鏡，一舉消除了色差。牛頓的這一成功，奠定了現代大型光學天文望遠鏡的基礎。