牛頓對光顏色的理論

牛頓對光的顏色理論的貢獻早年的牛頓

牛頓(IssacNewton,1642-1727)與其父親同名，他是個遺腹子。牛頓的父系親屬們未曾接受教育，父親是位自耕農(nóng)，甚自不會簽自己的名字。牛頓的母親HannahAyscough是沒落貴族。1646年牛頓三歲時母親改嫁鄰村教區(qū)牧師史密斯(B.Smith)母親把牛頓留在莊園，由外祖父母搬來養(yǎng)育成長中學時的牛頓

在其母親回到伍思索普一年后，12時就讀格蘭特罕的國王中學。這間學校成立于1520年代，當時教育重點在古典的拉丁文、希臘文、圣經(jīng)等等，牛頓在此受亦到化學知識的啟發(fā)。牛頓的母親曾要求牛頓輟學，在校長的堅持下牛頓才得以留下。1660年牛頓通過大學入學考試，1661年進入劍橋三一學院。

大學時期

1661年6月牛頓進入了劍橋大學的三一學院。牛頓在大學時期雖然學的是亞里士多德的自然哲學，但是由他的筆記《哲學上的一些問題》來看，他已經(jīng)廣泛吸收新科學的作品，如笛卡兒、虎克、博伊爾、伽利略、刻卜勒、霍布士等人的作品。1664年，他被選為三一學院的研究生，次年被選為校委。在1665年，牛頓拿到文學士學位，并開始發(fā)展他自己的高等數(shù)學。1665年4月—1667年4月牛頓返回故鄉(xiāng)伍耳索普，產(chǎn)生了蘋果樹下的萬有引力、微積分、光學等等新想法1666年牛頓提出萬有引力定律，由于計算數(shù)值不夠精確，未得出萬有引力的公式。1669年牛頓被授予盧卡斯數(shù)學教授席位。牛頓的光學研究1670年到1672年，牛頓負責講授光學。研究了光的折射，表明棱鏡可以將白光發(fā)散為彩色光譜，而透鏡和第二個棱鏡可以將彩色光譜重組為白光。1671年，他在皇家學會上展示了自己的反射式望遠鏡。1672年牛頓應(yīng)邀參加皇家學會，這是一個由資深科學家組成的團體。1675年發(fā)表著作《解釋光屬性的解說》

1丶1666年，牛頓使用三棱鏡進行了著名的色散試驗。他發(fā)現(xiàn)白光是由各種不同顏色的光組成的，這是第一大貢獻。2丶牛頓為了驗證這個發(fā)現(xiàn)，設(shè)法把幾種不同的單色光合成白光，并且計算出不同顏色光的折射率，精確地說明了色散現(xiàn)象。揭開了物質(zhì)的顏色之謎，原來物質(zhì)的色彩是不同顏色的光在物體上有不同的反射率和折射率造成的。牛頓由于發(fā)現(xiàn)了白光的組成，認為折射望遠鏡透鏡的色散現(xiàn)象是無法消除的，就設(shè)計和制造了反射望遠鏡。為了制造望遠鏡，他自己設(shè)計了研磨拋光機，實驗各種研磨材料。公元1668年，他制成了第一架反射望遠鏡樣機，這是第二大貢獻。3丶反射望遠鏡的發(fā)明奠定了現(xiàn)代大型光學天文望遠鏡的基礎(chǔ)。同時，牛頓還進行了大量的觀察實驗和數(shù)學計算。牛頓還提出了光的“微粒說”，認為光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直線運動路徑。他的“微粒說”與后來惠更斯的“波動說”構(gòu)成了關(guān)于光的兩大基本理論。這是他的第三大貢獻。此外，他還制作了牛頓色盤等多種光學儀器。

牛頓對光學的三大貢獻

從1663年起，他開始磨制透鏡和自制望遠鏡。在他送交皇家學會的信中報告說：“我在1666年初做了一個三角形的玻璃棱鏡，以便試驗?zāi)侵念伾F(xiàn)象。為此，我弄暗我的房間??”接著詳細敘述了他開小孔、引陽光進行的棱鏡色散實驗。關(guān)于光的顏色理論從亞里士多德到笛卡兒都認為白光純潔均勻，乃是光的本色?！吧饽耸前坠獾淖兎N。牛頓細致地注意到陽光不是像過去人們所說的五色而是在紅、黃、綠、藍、紫色之間還有橙、靛青等中間色共七色。幾何光學和顏色理論（棱鏡光譜實驗）

奇怪的還有棱鏡分光后形成的不是圓形而是長條圓形，接著他又試驗“玻璃的不同厚度部分”、“不同大小的窗孔”、“將棱鏡放在外邊”再通過孔、“玻璃的不平或偶然不規(guī)則”等的影響；用兩個棱鏡正倒放置以“消除第一棱鏡的效應(yīng)”；

取“來自太陽不同部分的光線，看其不同的入射方向會產(chǎn)生什么樣的影響”；并“計算各色光線的折射率”，“觀察光線經(jīng)棱鏡后會不會沿曲線運動”；最后才做了“判決性試驗”：在棱鏡所形成的彩色帶中通過屏幕上的小孔取出單色光，再投射到第二棱鏡后，得出核色光的

組成的非勻勻的混合體”。這個驚人的結(jié)論推翻了前人的學說，是牛頓細致觀察和多項反復實驗與思考的結(jié)果。在研究這個問題的過程中，牛頓還肯定：不管是伽利略望遠鏡（凹、凸）還是開普勒望遠鏡（兩個凸透鏡），其結(jié)構(gòu)本身都無法避免物鏡色散引起起的色差。他發(fā)現(xiàn)經(jīng)過仔細研磨后的金屬反射鏡面