我们在上一篇阿拉果的文章中，曾经讲到阿拉果由于没有坚持光是一种横波的观点而失去了"物理光学之父"的桂冠，而与他并肩作战的菲涅尔则获得了这项荣誉，那么菲尼尔究竟都做了些什么，能够得到如此称号？科普君带你来一探法国物理学家菲涅尔的世界。
奥古斯丁·让·菲涅尔
我们在很久以前也谈到过一个研究光学的物理学家--斯涅耳，这两人虽然都叫涅尔，但不是一个人。斯涅耳是荷兰人，要比法国人菲涅尔早了200年。奥古斯丁·让·菲涅尔于1788年出生在法国诺曼底布罗意城的一个建筑师家庭，是家中的老二。小的时候，菲涅尔兄弟在自己家里由母亲教他们功课。菲涅尔从小体弱多病，直到8岁才开始上学，但他的成绩非常优秀，尤其是数学。1806年，菲涅尔毕业于巴黎综合工业学校，进入巴黎路校学院学习，并于三年后取得土木工程师的文凭。毕业后，他当了一名工程师。从1814年起，菲涅尔开始研究光学，并在1815年发表了相关的论文。1823年，他成为法国科学院的院士，并在三年后成为英国皇家学会会员。菲涅尔一生最主要的贡献是在光学研究上，他在波动光学的研究和发展上取得了一系列重大的研究成果。
法国科学院
1814年，菲涅尔在不知道托马斯·杨已经做了双缝干涉实验并提出干涉原理的情况下开始了光的衍射现象的研究。他将一根细直而光滑的线放在点光源发出的光束中，在屏上看到了彩色条纹，这个实验将菲涅尔引向了发现干涉原理。但是当时很多科学家认为这是光的衍射造成的，为了消除这种反对声音，菲涅尔设计了双面反射镜，利用双面镜的反射得到相干光，产生了明晰的干涉条纹，避开了衍射的因素，从而充分肯定了光的干涉现象的存在。1815年，菲涅尔向法国科学院提交了一篇关于衍射的研究报告。在报告中，菲涅尔根据波的叠加和干涉原理，提出了"子波相干叠加"的概念，对惠更斯原理作了物理上的补充。后来，人们将这个由相干叠加发展了的惠更斯原理称为"惠更斯--菲涅尔原理"。菲涅尔半波带法是菲涅尔在1815年取得的另一项重要成果。它利用惠更斯--菲涅尔原理来计算从点光源发出的光在传播到任一观察点P时的振幅。菲涅尔半波带法构思十分巧妙，并且不需要数学推导，就可以知道衍射条纹形成的概貌。
菲涅尔半波带法
1818年，为了鼓励用理论解释光的衍射现象，当时的法国科学院进行了一次有奖征文竞赛。在阿拉果的支持下，菲涅尔向科学院提交了应征论文，以严密的数学推理，从横波观点出发，圆满地解释了光的偏振，用半波带法定量计算了圆孔、圆板等形状的障碍物所产生的衍射花纹，推出的结果与实验非常符合。但是竞赛委员会的成员包括毕奥、拉普拉斯、泊松都是坚定的微粒说者，而盖·吕萨克则态度暧昧，只有阿拉果已经转向了波动说。于是，那个著名的亮斑"泊松亮斑"就这么出现了。菲涅尔用事实证明了"泊松亮斑"的存在，使评委会的委员们大为折服，最终，巴黎科学院将最佳论文奖授予了这位年仅30岁的业余研究者。在理论和事实面前，微粒说的观点开始动摇，很多人开始放弃微粒说，而加入到波动说的行列中来了。
泊松亮斑
同年，菲涅尔又在理论上导出了光在以太参照系中运动物体内的速度公式，也就是菲涅尔的运动物体中的光速公式。他指出：透明物体中以太的密度与该物质的折射率n的平方成正比。由此可以得到一个假说：当一个物体相对于以太参照系运动时，其内部的以太只是超过真空中以太的密度那部分才被物体所带动。即："部分曳引假说"。由此，菲涅尔得出光在以太参照系中运动物体内的速度：
其中c为真空中的光速，v为物体运动的速度
是拖曳系数，θ为v和c之间的夹角。这个结论后来被洛伦兹的电子论推导所证实。
在菲涅尔之前，光的偏振现象已经被发现了，比如我们之前说的布儒斯特角。但当时很多人都试图用微粒说来解释偏振光的特性。菲涅尔受托马斯·杨的启发，在1816-1818年间，与阿拉果合作，做了一系列实验，得出了一个重要的结论：同一方向上偏振的一对光束和普通光完全一样地相互干涉；但相反方向上偏振的一对光束不显示出相互作用。1819年，菲涅尔和阿拉果联名发表了《关于偏振光线的相互作用》一文，只不过当时阿拉果并没有勇气发表光是横波的观点，所以这篇论文的第二部分是以菲涅尔一个人的名义发表的。三年后，菲涅尔将光的横波理论公诸于世，并由此而获得了"物理光学之父"的称号。
菲涅尔的科学研究都是在业余时间和艰苦的条件下进行的，仅靠微薄的收入来维持研究工作。这种投入花费了他有限的收入并损害了他的健康。1824年，菲涅尔因严重的咯血而不得不停止科学活动。1827年，菲涅尔因肺病医治无效而在阿芙赖城去世，年仅39岁。
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