牛顿的三棱镜分解太阳光——“最美丽”的十大物理实验之七，本文主要内容关键词为：棱镜论文,十大论文,太阳光论文,最美丽论文,分解论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
我们生活在色彩缤纷的物质世界里，各种物体在我们眼前都呈现不同的颜色。其中令人赏心悦目的有雨过天晴，天空中常常会出现的七色彩虹，它使得人们联想起对光的思考。
为什么光会有不同的颜色呢？早在13世纪，人们就开始注意到了光的色彩，一位名叫西奥多里克（Theodoric）的德国传教士，模仿彩虹的形成进行了实验。但他在解释彩虹成因时并没有摆脱亚里士多德的教义，即认为颜色不是物质的客观属性，而是人们主观视觉印象，一切颜色都是由亮与暗、白与黑按比例混合而成的。而光的四种颜色：红、黄、绿、蓝处于白与黑之间，红色接近白色，比较明亮，蓝色接近黑色，比较昏暗。当阳光进入媒质（例如水），从不同深度折射回来的光的颜色不同，从表面区域折射回来的光是红色或黄色，从深部折射回来的是绿色或蓝色。雨后天空中充满水珠，阳光进入水珠再折射回来，才使人们看到了七色的彩虹。这就是最初对彩虹最浮浅的认识。
笛卡儿对彩虹现象也非常感兴趣，1637年，他用三棱镜实验检验了西奥多里克的论述。他让阳光经过三棱镜发生两次折射后投射在屏上，发现彩色的产生并不是由于进入媒质深浅不同所造成。因为不论光照在棱镜的哪一部位，折射后屏上的图像都是一样的。遗憾的是，笛卡儿没有看到色散后的整个光谱。
1648年，一位捷克医生马尔西用三棱镜看到了分解太阳光后产生的七色光，但他作出了错误的解释，他认为之所以会出现五颜六色，是由于太阳光与物质相互作用的结果。
人们对太阳光的颜色及彩虹的成因争论不休，直到1666年牛顿做出了著名的色散实验，即日前被评为“最美丽”的十大物理实验之一——牛顿的三棱镜分解太阳光实验才揭开谜底。
牛顿（Sir Isaac Newton，1642～1727）英国物理学家、天文学家和数学家，经典物理学的奠基人。他在光学实验方面作出了伟大的贡献。
牛顿从小就对实验非常感兴趣，善于观察和思考。19岁时，牛顿考入了著名的剑桥大学三一学院，因为他勤奋好学和出色的成绩而受到巴罗教授的赏识和栽培。牛顿特别爱听巴罗讲的光学课，因帮巴罗写《光学讲义》，从而对光学实验产生了浓厚兴趣。这个时期，望远镜、显微镜刚一问世，就激起了科学界的兴趣。然而，当放大倍数增大时，这些仪器不可避免地都会出现像差和色差，使人们深感迷惑。喜欢钻研科学、善于发现的牛顿当然不会放过这样的机会，他自制透镜，想设计出消色差的望远镜，为了消除色差，牛顿下决心研究光的颜色。
为了揭开颜色之迷，牛顿从笛卡儿等人的有关光学论述中得到许多启示，吸收了其中的合理成分，同时提出了许多质疑，为他后来著名的色散实验的创新实践奠定了理论基础。
1666年机会来了，牛顿利用在家休假期间，找来了一块三棱镜，用来进行分解太阳光的色散实验。他布置了一个房间作为暗室，只在窗板上开一个圆形小孔，让太阳光射入，在小孔面前放一块三棱镜，立刻在对面墙上看到了鲜艳的像彩虹一样的七色彩带，这七种颜色由近及远依次排列为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，如下图所示，难道白色的阳光是由这七种颜色的光组成的吗？还是像马尔西所说的？牛顿做事非常认真，他不但善于从观察到的实验现象中提出问题，还善于用实验事实证明。牛顿假设如果白光通过三棱镜后变成七种颜色的光是由于白光与棱镜的相互作用，那么各种色的光经过第二块棱镜时必然会再次改变颜色。于是他又拿来一块三棱镜放在第一块棱镜后面，并在两块三棱镜之间放一带小孔的屏，转动第一块棱镜使各种颜色的光单独穿过这个小孔，通过小孔出来的就是单一颜色的光。再让其通过第二块三棱镜，实验发现，经过第二块三棱镜光的颜色并没发生变化。显然上述关于光与棱镜相互作用而变色的说法不成立。接着，牛顿开始想，如果白光是七种颜色光组成的，一块三棱镜能把白光分解，那么再用一块三棱镜也可能使这些彩色的光复原为白光。实验成功了，七色光带又变成了白光。白光一定是这七种颜色的光组成的，而三棱镜能分解太阳光是由于各色光相对三棱镜有不同的折射率的结果。牛顿为了证明这一事实又测定了七种颜色光在三棱镜中的折射率。实践是检验真理的唯一标准，牛顿通过大量实验事实精确地解释了三棱镜分解太阳光的色散现象。
牛顿的三棱镜分解太阳光实验的成功为他后来的光学研究奠定了基础。牛顿由于发现了白光的组成，了解了光经过三棱镜会有色散现象，于是，他就自己动手于1668年制成了第一架避免色散的反射望远镜。反射望远镜的发明奠定了现代大型光学天文望远镜的基础。
继牛顿之后，许多科学家发现，不同物质发射出的光，用光谱仪可得一条条不同颜色的细亮线，这就是光谱线，从而开创了现代光谱学，并利用光谱研究物质的原子结构等。今天，小到分子原子，大到星球宇宙，人类对自然界的认识很大程度上都是依赖于各种光谱带来的信息。可以说，牛顿的实验开创了现代物理学的重要领域——光谱学研究的先河。
由于白光可以分解，也可以合成，后来的科学家从牛顿的实验中得到启发，发现了三原色，即红色、绿色和蓝色，利用三原色组合可以得到各种颜色的光。现在三原色原理在人们的实际生活中有很多应用，最突出的是彩色电视机显像管和彩色照片。利用三原色原理，人们还可以进行彩色印刷等。可见，光的色散原理对人类文明的贡献是多么巨大。
总之，由于白光的分解，使人们对光有了更清晰的认识，色彩缤纷的物质世界也因此变得容易解释。
牛顿三棱镜分解太阳光的实验是通过最简单的实验手段，利用最简单的实验器材，揭示了最深刻的科学真理，在科学史上将永远记载着这光辉的一页。牛顿的成功与他勤奋，刻苦钻研，善于观察、实践，执着追求，勇于创新的精神是分不开的。