泊松亮斑(泊松分布和泊松亮斑)

光的故事(6)

前情提要托马斯·杨做了一个名垂千古的实验——杨氏双缝干涉实验，引发了第二次光的波粒之战。

1818年，法国科学院提出了一个征文比赛的题目:

1.用精确的实验来确定光的衍射效应。

2.根据实验，用数学归纳法推导出经过物体附近的光的运动。

法国科学院

大赛的评审团由众多知名科学家组成，包括拉普拉斯、泊松和毕奥等粒子理论的倡导者。

在法国物理学家阿拉戈和安培的鼓励和支持下，波动理论阵营的新星菲涅尔向科学院递交了申请论文。

在论文中，菲涅耳采用了波动理论的观点，用严密的数学推理完美地解释了光的衍射。

菲涅耳

这篇论文提交给委员会时，遭到了委员会中坚持粒子理论的科学家的反对。在委员会的会议上，科学家泊松指出，根据菲涅耳的理论，通过数学计算应该看到一种奇怪的现象:

如果把一个不透明的圆板放在光束的路径上，在离圆板一定距离的圆板阴影的中心应该会出现一个亮点。

这在人们的意识中是一件非常荒谬的事情。背面怎么出现亮点而不是用板子挡住光？所以泊松认为他已经反驳了波动理论。

泊松

在此之前，菲涅耳还没有发现这个亮点。从数学的角度来说，这需要很高级的数学技能来计算。泊松是当时伟大的数学家，换一个人可能也算不出这个亮点。

陪审团中的另一位科学家阿拉戈在关键时刻坚持用实验来检验。

阿拉戈

我用菲涅尔和阿拉戈做了这个实验，实验中出现了意想不到的结果。计算好的亮点真的出现了。因此，这个亮点被称为“泊松亮点”。泊松理论，原本是用来打击波浪学派的，结果却成了支持波浪理论最有力的武器。

泊松亮点

这个著名的实验也成为了第二次光的波粒战斗的决定性事件，菲涅尔获得了那一届的科学奖。

用数学和物理的魅力同时出击，让光粒子理论开始节节败退，无力还手。

泊松亮点

但是粒子说，总有一个堡垒，就是光的偏振。惠更斯之前认为光是纵波，但这不能解释光的偏振。

之后，菲涅耳创造性地提出了光是一种横波的理论，解释了光的偏振，并在战斗中攻克了一个非常重要的堡垒。此后，光波理论日渐胜出。

纵波和横波

末日来临了，那就是光速。按照粒子的说法，光速在水中比在真空中要快。波动理论一直认为，光速在水中比在真空中慢。但由于光速如此之快，之前一直难以测量。

1850年，福柯向法国科学院提交了他关于测量光速实验的报告。在精确测量了true 空中的光速后，他对水中的光速进行了测量，发现这个数值只有true 空中光速的四分之三。这个结果彻底谴责了粒子理论的死刑。

true 空中的光速是299792458m/s。

波终于在100多年后推翻了粒子王朝！

没过多久，另一个领域传来了更具爆炸性的发现，让“光是一种波”的结论牢不可破。同时也埋下了隐患。这个发现是什么？我们下周再谈。