物理史话之错失物理光学之父桂冠的阿拉果

我们在前面毕奥那一篇中讲到,当奥斯特发现通电导线周围存在磁场的时候,有一位法国物理学家正好在瑞士旅行休假,他目睹了这个历史性的事件的发生,意识到这件事情的划时代的意义,于是匆匆结束休假,回到国内,向法国科学院汇报了奥斯特的发现。同样的,这次汇报也震惊了法国物理学界,在报告后的几个月内,相关的实验和发现纷纷被发表了出来。而这位将奥斯特的实验带回法国的,正是我们本文的主角--法国物理学家--阿拉果。

物理史话之错失物理光学之父桂冠的阿拉果

多米尼克·弗朗索瓦·让·阿拉果

多米尼克·弗朗索瓦·让·阿拉果于1786年出生在法国东南部鲁西永省(包括今东 比利牛斯省大部分)的埃斯塔热勒,他是四兄弟中的老大。他的二弟后来移居美洲,当上了墨西哥军队的将军,三弟从事新闻和戏剧工作,而幺弟则据说跟巴尔扎克合作过,写了大量的戏剧作品。阿拉果的父亲在1795年谋到了省造币厂司库的职位,于是全家迁居省的首府佩皮尼昂市,阿拉果在那里完成了他的基础教育。阿拉果从小立志要当拿破仑军队的炮兵军官,而炮兵是技术兵种,所以阿拉果决心上巴黎综合工科学校,于是在1801年他15岁时就只身去巴黎自学。阿拉果用了两年半时间学习了欧拉的无限小量分析、拉格朗日的解析函数理论和分析力学、拉普拉斯的天体力学,使主考人蒙日大吃一惊。阿拉果1803年底入学,1804年经泊阿松推荐,担任了巴黎天文台的秘书,从而认识了拉普拉斯等名人。后来在拉普拉斯的推荐下,阿拉果进入了法国经度局工作。1806年,阿拉果和毕奥远赴西班牙进行子午圈每度弧长的测量。但是到1808年的时候,由于拿破仑入侵西班牙,阿拉果被西班牙政府当做间谍投入监狱。期间,阿拉果几次越狱,但都被抓了回去,最后他逃往阿尔及尔,并于第二年的6月回到巴黎,收到经度局同仁的欢迎,并立即被选为法国科学院院士,时年23岁。

物理史话之错失物理光学之父桂冠的阿拉果

著名的巴黎综合工科学校

1809年,阿拉果成为巴黎综合工科学校的数学教授,后来还讲授天文学和大地测量学,长达20年。在此期间,阿拉果在物理学上做出了许多突出的贡献,主要包括:天文学、光学、电磁学等方面。

阿拉果研究了日冕,发现了位于日冕下方的太阳色球层,测量了各种行星的直径,用干涉原理解释了星体的闪烁,查明了极光同磁暴的联系。1781年,英国人赫歇耳发现了天王星。但令人奇怪的是,天王星的轨道总是有些异常,与根据牛顿引力理论计算的结果不太符合。天文学界大多数人认为更远处应当还有一颗未知小行星,而天王星是受到了它的影响而引起摄动的。1845年,阿喇果将寻找这颗未知行星的任务交给了他的学生勒维烈,并且支持他从研究天王星运动之异常入手。勒维烈于第二年8月完成了计算。9月,他写信给柏林天文台助理员加勒请他按计算位置予以观测。加勒在接信的当晚很快找到了这颗8等亮度的行星,并查明这颗行星的速度与勒维烈根据牛顿引力理论所作的预言完全一致。这颗行星就是海王星。

物理史话之错失物理光学之父桂冠的阿拉果

海王星

在阿拉果之前,法国科学界一直都是光的微粒说的拥趸,认为光的波动说并不成立。1808年,马吕斯发现光的偏振现象之后,阿拉果也对光在石英晶体中的偏振现象进行了观测,并于1811年发现了石英晶体的旋光性和光的色偏振。1815年,菲涅尔向法国科学院提交了论文《光的衍射》,阿拉果极力支持菲涅尔的学说。两人还在1816-1818工作完成了一系列实验,得出了光是一种横波的结论,并得出了反射和折射振幅比公式--菲涅尔公式。1822年,菲涅尔用光是横波的假说来解释了这种现象。但是当时阿拉果有所退缩,他对于光是一种横波的观点持保留意见,这种犹豫使他丧失了"物理光学之父"的称号,这顶桂冠最终戴到了菲涅尔的头上。

物理史话之错失物理光学之父桂冠的阿拉果

光的衍射现象

1817年,法国科学院发起关于光的衍射的论文竞赛,第二年,菲涅尔向科学院呈递了应征论文。该文在补充了的惠更斯原理的基础上说明了光的直线传播规律,而这一规律曾被认为是光的微粒说的决定性实验成果。该文用半周带法定量地计算了圆孔、圆板等障碍物所产生的衍射条纹,而且与实验相当符合。当时泊松提出洁难,他根据菲涅耳的公式推导出圆盘衍射的这样一个结论:如果这些公式是正确的话,那末光束射向圆盘时将在盘后一定距离的屏幕上盘影中心位置处出现一个亮斑。泊松认为这"当然是不可能的",荒谬的,所以断言波动说已被驳倒。菲涅耳和阿拉果接受了挑战,立即用实验检验这个理论预言,结果,盘影中心的确出现了亮斑,从而精彩地证实了菲涅耳波动理论的结论。这个亮斑通称"泊松亮斑"(见过打脸的,没见过这么打脸的), 菲涅耳由于光衍射的出色计算方法而获头奖。1819年,菲涅尔和阿拉果一起继续进行偏振光干涉实验, 总结了偏振光干涉的定律,今称"菲涅尔--阿拉果定律"。

物理史话之错失物理光学之父桂冠的阿拉果

泊松亮斑

1820年,奥斯特发现了通电导线周围存在磁场,阿拉果在目睹了这一实验中,立即返回法国,并开始了电磁学的研究。阿拉果发现有电流通过的导体吸引铁屑,电流通过钢针能使它磁化。他认识到,即使导线不是铁的,载流导线也可以看作磁体。1822 年,阿拉果和洪堡在格林威治山用磁针振荡法测量地磁场强度时,偶然发现金属可以使磁针的振荡受到阻尼。阿喇果立即认识到这一现象不能用已有的电磁学理论加以解释。为了引起人们对它的足够重视,他根据这个现象进一步做了圆盘实验。这个铜盘被称为"阿拉果盘"(不是我的果盘),现在"阿拉果盘"又被称为"感应涡流盘"。

物理史话之错失物理光学之父桂冠的阿拉果

阿拉果盘

1848年,法国爆发二月革命,推翻了七月王朝,重建了共和制度,阿拉果被任命为陆海军部长。1852年,路易·波拿巴发动反革命军事政变,不久即皇帝位(拿破仑三世)。阿拉果拒绝效忠和宣誓,被解除职务。次年,已失明三载的阿拉果离开了人世,享年67岁。


分享到:


相關文章: