標籤:光的波動說

托馬斯·楊(Thomas Young,1773~1829 )英國醫生、物理學家,光的波動說的奠基人之一。他不僅在物理學領域領袖群英、名享世界,而且涉獵甚廣,光波學、聲波學、流體動力學、造船工程、潮汐理論、毛細作用、用擺測量引力、虹的理論……力學、數學、光學、聲學、語言學、動物學、埃及學……他對藝術還頗有興趣,熱愛美術,幾乎會演奏當時的所有樂器,並且會製造天文器材,還研究了保險經濟問題。而且托馬斯·楊擅長騎馬,並且會耍雜技走鋼絲。

1生平

這是一個將科學和藝術並列研究、對生活充滿熱望的天才,我們幾乎可以這樣說:他生命中的每一天都沒有虛度。

2天才兒童

1773年6月13日,托馬斯·楊出生於英國薩默塞特郡米爾弗頓一個富裕的貴格會教徒家庭,是10個孩子中的老大,他從小受到良好教育,天才稟賦自幼年起就大張旗鼓地顯露開來,是個不折不扣的神童。
楊2歲時學會閱讀,對書籍表現出強烈的興趣;4歲能將英國詩人的佳作和拉丁文詩歌背得滾瓜爛熟;不到6歲已經把聖經從頭到尾看過兩遍,還學會用拉丁文造句;9歲掌握車工工藝,能自己動手製作一些物理儀器;幾年後他學會微積分和製作顯微鏡與望遠鏡;14歲之前,他已經掌握10多門語言,包括希臘語、義大利語、法語等等,不僅能夠熟練閱讀,還能用這些語言做讀書筆記;之後,他又把學習擴大到了東方語言——希伯來語、波斯語、阿拉伯語;他不僅閱讀了大量的古典書籍,在中學時期,就已經讀完了牛頓的《自然哲學的數學原理》、拉瓦錫的《化學綱要》以及其他一些科學著作,才智超群。楊26歲時,著名的羅塞塔石碑被發現。石碑上刻了三種文字:古埃及象形文、古埃及通俗文字和希臘文。首先闡釋這些象形文字的人是法國人商博良,但楊卻是把碑文的譯文發表成書的第一人。
楊長大后,在職業的選擇方面受到了叔父的影響(這位當醫生的叔父幾年後去世,為楊留下了一筆巨大的遺產,包括房屋、書籍、藝術收藏和1萬英鎊現款,這筆遺產使他後來在經濟上完全獨立,能夠把他所有的才華都發揮在需要的地方)。

3奇人楊

19歲時,楊來到倫敦學習醫學,和當時所有的歐洲學子一樣,他極力打入上流社會,經常拜訪政治家伯克、畫家雷諾茲以及貴族社會的一些成員。1794年,楊21歲,由於研究了眼睛的調節機理,他成為皇家學會會員。1795年,他來到德國的格丁根大學學習醫學,一年後便取得了博士學位。
他對醫學的學習一直繼續到1797年,當時在劍橋的伊曼紐爾學院,同學們都稱他為「奇人楊」,嘲弄之外還是能聽出敬畏之音。1799年完成學習的時候,他已經讀完了一些著名數學家關於振動弦的著作,並進行了深入鑽研,提出了自己的一些理論,不過後來他發現他所提出的理論已經有人提出過。這是楊在理論研究領域初次展露才華。
值得一提的是,儘管父母送他進過不少名校,但楊還是把自學當作最主要的學習手段。
楊熱愛物理學,在行醫之餘,他也花了許多時間研究物理。
牛頓曾在其《光學》的論著中提出光是由微粒組成的,在之後的近百年時間,人們對光學的認識幾乎停滯不前,直到托馬斯·楊的誕生,他成為開啟光學真理的一把鑰匙,為後來的研究者指明了方向。
楊愛好樂器,幾乎能演奏當時的所有樂器,這種才能與他對聲振動的深入研究是分不開的。光會不會也和聲音一樣,是一種波?楊做了著名的楊氏干涉實驗,為光的波動說奠定了基礎。
這個著名的實驗如今已經進入中學物理課本:讓通過一個小針孔S0的一束光,再通過兩個小針孔S1和S2,變成兩束光。這樣的兩束光來自同一光源,所以它們是相干的,結果表明,在光屏上果然看見了明暗相間的干涉圖樣;後來,又以狹縫代替針孔,進行了雙縫實驗,得到了更明亮的干涉條紋。
然而,這個理論在當時並沒有受到應有的重視,還被權威們譏為「荒唐」和「不合邏輯」,這個自牛頓以來在物理光學上最重要的研究成果,就這樣被缺乏科學討論氣氛的守舊的輿論壓制了近20年。
楊並沒有向權威低頭,而是為此撰寫了一篇論文,不過論文無處發表,只好印成小冊子,據說發行后「只印出了一本」。楊在論文中勇敢地反擊:「儘管我仰慕牛頓的大名,但是我並不因此而認為他是萬無一失的。我遺憾地看到,他也會弄錯,而他的權威有時甚至可能阻礙科學的進步。」

4玩主

楊在物理光學領域的研究是具有開拓意義的,他第一個測量了7種光的波長,最先建立了三原色原理:指出一切色彩都可以從紅、綠、藍這三種原色中得到。楊對彈性力學也很有研究,後人為了紀念他的貢獻,把縱向彈性模量稱為楊氏模量。
1814年,41歲的時候,楊對象形文字產生了興趣。拿破崙遠征埃及時,發現了刻有兩種文字的著名的羅塞達碑,這塊碑後來被運到了倫敦。羅塞達碑據說是公元前2世紀埃及為國王祭祀時所豎,上部有14行象形文字,中部有32行世俗體文字,下部有54行古希臘文字。之前已經有人研究過,但並未取得突破性進展。楊解讀了中下部的86行字,破譯了王室成員13位中的9個人名,根據碑文中鳥和動物的朝向,發現了象形文字元號的讀法。
這大約是在1816年前後的事。當時楊對光學研究失去了信心,甚至有人譏諷他為瘋子,以致他十分沮喪。他便利用其豐富的語言學知識,轉向考古學研究。由於楊的這一成果,誕生了一門研究古埃及文明的新學科。1829年托馬斯·楊去世時,人們在他的墓碑上刻上這樣的文字——「他最先破譯了數千年來無人能解讀的古埃及象形文字」。
晚年的楊已經成為舉世聞名的學者,為大英百科全書撰寫過40多位科學家傳記以及無數條目,包羅萬象。同時他還為一家重要的保險公司擔任過統計檢查官,並被任命為《航海天文歷》的主持人,做了不少工作以改進實用天文學和航海援助。
除了科學,他還沉浸於藝術,過著多姿多彩的生活:音樂、美術甚至雜技一直滋養著他的生命。他精力旺盛的一生於1829年結束,終年56歲。就在他去世前還在編寫一本埃及字典。

5主要貢獻

楊氏雙縫實驗
托馬斯·楊在物理學上作出的最大貢獻是關於光學,特別是光的波動性質的研究。1801年他進行了著名的楊氏雙縫實驗,證明光以波動形式存在,而不是牛頓所想象的光顆粒(Corpuscles),該實驗被評為「物理最美實驗」之一。二十世紀初物理學家將楊的雙縫實驗結果和愛因斯坦的光量子假說結合起來,提出了光的波粒二象性,後來又被德布羅意利用量子力學引申到所有粒子上。
楊氏模量
楊氏模量是材料力學中的名詞,用來測量一個物體的彈性。
視覺和顏色
托馬斯·楊曾被譽為是生理光學的創始人。他在1793年提出人眼裡的晶狀體會自動調節以適應所見的物體的遠近。他也是第一個研究散光的醫生(1801年)。後來,他提出色覺取決於眼睛里的三種不同的神經,分別感覺紅色,綠色,和紫色。後來亥姆霍茲對此理論進行了改進。此理論在1959年由實驗證明。他提出顏色的理論,即三原色原理,他認為一切色彩都可以從紅、綠、藍三種原色的不同比例混合而成,這一原理,已成為現代顏色理論的基礎。
醫學
托馬斯·楊對血流動力學的貢獻包括:在英國皇家醫學院所作的報告,題為「心臟和血管的功能」(1808年);《醫學文學的介紹》(1813年);《實踐鼻科》(1813年);《虛損類病的歷史和治療》(1815年);等等。
語言
托馬斯·楊曾對400種語言做了比較,並在1813年提出「印歐語系」。此語系曾在165年前由荷蘭語言學家凡·伯克斯和恩第一次提出(1647年)。
埃及象形字
托馬斯·楊也是最先嘗試翻譯埃及象形文的歐洲人之一(另外兩人分別是法國人德·薩西和瑞典人阿克布拉德)。

6作品

1、《自然哲學與機械工藝課程》(1807年)
2、《醫學文獻介紹及實用疾病分類學》(1813年)
3、《拉普拉斯天體力學原理闡明》(1821年)
4、《聲和光的實驗和探索綱要》(1801年)
5、《對視覺過程的觀察》(1973年)
6、《自然哲學講義》(1807年)

7榮譽

1、1794年被選為英國皇家學會會員。
2、當選為法國科學院院士。

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