第二十九回:门缝里牛顿玩弄三棱镜,小旅店歌德细看少女郎——颜色本质的第一次突破上回说到牛顿发现万有引力定律,出版了《自然哲学的数学原理》一书,这实在是物理学上的一件大事。殊不知这牛顿浑身才华,犹如大坝水满,渠水四溢,这智慧之水又从光学处冲开一个决口,奔涌而出。
原来,在颜色问题上,千百年来一直有一个难解的谜。那太阳光谁看也说是白的,可不知怎么雨后的天空会突然出现一条七色彩虹。于是众说纷纭,有说这是一条长龙弯身下海吸水;有言这是一座彩桥,仙人踏空而过;有那刚登王位的,就说这是吉兆,上天呈祥;有那宝座不稳的,就疑是江山气数已尽,终日惶惶。
反正谁也说不清。中国古代已注意到虹是阳光与水珠的变幻。甲骨文里虹是“日”加“水”,唐代张志和的《玄员子》中记载:“昔日喷乎,水成虹霓之状。”端一碗水背向太阳一喷,眼前竟也能现出一条多彩小练。但这喷出的霓,伸手抓是一把湿气,想多看一会儿又瞬间即逝,既不能抓在手里玩,更不能用力将它剖开,终还是弄不清这颜色是怎么来的。
至于平时红的花,绿的叶,五颜六色的杂物,人们更不知到底是怎么回事。前面提到的那个法国数学家笛卡儿说:颜色是许多小粒子在转,转速不同,颜色也就不同。化学家波义耳说:光是有许多极小粒子向我们的眼睛视网膜上撞,撞的速度不同,看到的颜色也就不同。
反正,为解这个谜有不少人都想来试一试,而运气最好的,还是牛顿。1666年,牛顿还在剑桥大学当穷学生时,他脑海里就翻腾过这个颜色问题。说来真巧,他在乡下,因看到苹果落地发现万有引力,回到学校,却又因看到门缝里的光而解决了光学中的颜色问题。
那是个假日,同学们都去郊游,刻苦的牛顿却将自己锁在房中,推演着那引力的公式。不觉日已当午,他饥肠辘辘,便推开稿纸,抬起头来伸个懒腰,这一抬头不要紧,只见紧闭的门缝里露进一缕细细的阳光,在幽暗的房间里显得格外明亮。
他不由自语道:“从来没有见过这样细的光丝,不知可否将它再分成几缕?”这来想有,他便伸手从抽屉里摸出一块三棱镜,迎上去截住那丝细光,然后又回过头去看这光落在墙上的影子。这一看不要紧,那墙上竟出现一段红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的彩色光带。
他将镜子转转,光带不变,再前后移动,终于选出一个最佳点,这一下天上的彩虹便清楚地出现在他的肩里。他捏,三棱镜就像抓住了那条巨龙的尾巴,任他细看细想。从这天起,牛顿一有空,就把自己关在房子里,还把门窗都用床单遮严,放一道光进来,做着这种玩三棱镜的游戏。
他已经悄悄地领悟到一个秘密:我们平时看到的白光,其实不是一色白,它是由许多光混合成的。但是那各个单色又是甚么呢?它们之间靠甚么区别成不同颜色呢?按道理应将那单色光再分一次,但这还得要一块三棱镜,还得有暗室设备,他这个穷学生是办不到的。
前面说过,牛顿在剑桥大学有一位恩师叫巴罗,他们生尊师爱,情同鱼水,结下了忘年之交。这巴罗几日不见牛顿出来走动,一天使到房里来找牛顿。他见门虚掩湝,屋里静悄悄的不像有人,便推门而进。不想一头正撞在一个人身上。
巴罗刚从阳光下走进这间暗屋里,他一时看不清是谁,只听有人喊了他一声“老师”,将他扶住,又一把扯下窗户上的床单-原来是牛顿。巴罗说:“你又在搞甚么名堂,几天不露面,我还以为你病了呢。”牛顿却笑嘻嘻地如此这般说了一遍。
巴罗也大为惊喜,连声埋怨他何不早说。第二天,他就给牛顿又弄来一块三棱镜,布置起一个真正的暗室。他们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,再用一个有孔的木板挡住分解后的光,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粉墙上:一是这单色光通过三棱镜时不会再分解,二是各色光束经过三棱镜时折射的角度不同。凭着数学天才和实践才能,牛顿很快就计算出红、绿、蓝三色光的折射指数。这一实验不久,1669年底牛顿便接替巴罗老师,开始在剑桥大学向学生们开设光学课了。
可惜学生们听不大懂他在讲些甚么。1672年2月6日,牛顿向皇家学会写了一封详细的信《光和颜色的新理论》,归纳了十三个命题。他指出:我们平常看见的白光不过是发光体发出的各种颜色光的混合。白光可以分解成从红到紫的七色光谱。
一切自然物体的颜色是因为它们对光的反射性能不同。对哪一种光反射的更多些,就是那种颜色。按这个理论,虹的问题解决了,它不过是白光让空中的水滴(相当于三棱镜)分成七色而已。物体的颜色不同不过是因为各自的反射性能不同。
这又是一大发现。牛顿并因此而创立了光谱理论。后来恩格斯说:“牛顿由于进行光的分解,而创立了科学的光学。”说到颜色,各位读者,容我这里插上一笔。这个问题在当时,从十七至十九世纪的一、二百年间实在是一个难题,也是一个热门题。
比牛顿晚一些的还有一位大名鼎鼎的人物-德国诗人歌德,他以诗人的气质,到处靠眼睛去观察各种颜色。冬季爬上阴森寒冷的山顶,看落日熔金,积雪变红;黄昏走进小铁铺,看铁匠的大锤下
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