1801 年，一间封闭的乌漆墨黑的屋子里，一个人这个趴在屏幕前面仔细的观察着微弱的光斑。当他终于看清了屏幕上的那些奇怪的条纹以后。终于长出了一口气，牛顿牛老爵爷，你错了！……
牛顿在英国已经是大名鼎鼎的科学家，无数年轻的后辈都是看着他的那本《自然哲学之数学原理》踏上科学征程的。这个年轻人也不例外，他的名字叫托马斯杨。
1773 年 6 月 13 日，托马斯·杨出生于英国萨默塞特郡米尔弗顿一个富裕的贵格会教徒家庭。他兄弟姐妹共有 10 个，他是他家最大的孩子，他从小受到良好教育，自幼就天资聪颖，是个不折不扣的神童。两岁的时候，就已经开始阅读书籍，4 岁就能大量背诵古诗词。无论是英文的还是拉丁文的。
9 岁就开始自己动手搞小制作，后来学会了搞望远镜、显微镜。动手能力开始显现出来。14 岁就已经熟练地使用多种外语。希腊语、意大利语、法语那是不在话下。
读书做笔记，随便用。西方国家的语言不够他学的，又开始学习东方语言。希伯来语、波斯语、阿拉伯语人家也全拿下来了。那时候欧洲人眼里的东方，也就到中东附近，再远就是印度了。
托马斯·杨
19 岁的时候，托马斯·杨来到伦敦学习医学，他特别对眼科感兴趣。对人眼的视力形成有研究。进而喜欢上了光学。牛顿的书，他是烂熟于胸。对于牛顿的《光学》他是非常熟悉的。对于当时科学界流行的两种光学学说都很了解。
首先是微粒说，牛顿是微粒说的支持者。他们认为光是发射出来的粒子流，一个个的小炮弹被光源打出来。微粒说很容易解释一些现象，比如光延直线传播，比如反射。但是另外一派就不是这么认为的。他们明确的认为光应该是一种波。他们发现，两束光交叉以后，彼此之间毫无影响。
按照牛顿支持的微粒说，这是不可能的。两挺机枪对着打，总会有些子弹在空中相撞，然后掉下来。可是这种现象在光这里没人看到过。两束光对着照射，过不久，地下积累起一小堆光子？这不是天方夜谭吗！
波动学说这一派的代表人物是惠更斯。惠更斯发现，两个水波纹会彼此穿过。穿过以后互相不影响。那么假如光是一种波，这事儿就好解释啊。但是波动说也有麻烦，人家问题光的波长是多少呢？没人知道光的波长是多少。波长公式是 λ=vt 。λ 是波长，v 是波速，t 是周期。可是这几个值你一个都不知道。根本没法测量。
在此后的 200 年里，光学停滞不前。后辈们也一直也没有能超越牛顿的《光学》。牛顿在力学方面的巨大成功使得人们都愿意相信，牛顿的光学也是正确的。一直到拿破仑时代也还是这么认为的，毕竟微粒说算是比较主流的一种说法。
托马斯杨到了医学院就读。现在可以称他为“杨大夫”了。他叔叔也是一位医生，可以说正是因为这位叔叔的影响，杨大夫才最终确定学习医学。不久后他叔叔去世了，给杨大夫留下了丰厚的遗产，房子有了、还留下了大量的藏书。他叔叔也收藏了不少艺术品，还有1万英镑的现款。杨大夫过上了衣食无忧的生活。
1794 年，杨大夫 21 岁，由于研究了眼睛的调节机理，他成为皇家学会会员。1795 年，他来到德国哥廷根大学学习医学，一年后拿到了博士学位。后来他回了英国继续学习。在剑桥，同学们都叫他“奇人杨”。
他哪国语言都懂，骑马骑得非常好。而且人家还会杂技走钢丝，他算是科学家里面走钢丝最棒的一位。各种乐器，他抬手就来，演奏水平相当的高1。这也为他后来研究波动学说打下基础。乐器嘛，本来就是各种振动各种波嘛。
尽管杨大夫是个医生，他还是非常喜欢物理学。自己闲暇时间也非常的多。毕竟衣食无忧，不用早九晚五的出门上下班。他一直在思考如何去验证光到底是波还是粒子。
到了 1801 年，他总算想出个办法来。先要有个光源，这好办。然后要弄个板子扎个小眼儿。再找来另一个板子离得非常近的距离扎两个小眼儿。这样的话，一束光就被劈成了两束，这两束光来自于同一个光源。因为来自于同一光源。按照光的波动理论。这两束光应该会发生干涉现象。他就期待能看到光产生的干涉条纹。
最终他如愿以偿的看到了条纹。他终于可以对着苍天高喊一声，牛爵爷，你错了！光不是微粒，光是一种波，跟我们说话产生的声音是一样的波。
双缝干涉示意
后来，杨大夫又以狭缝代替小孔，进行了双缝实验，得到了更明亮的干涉条纹。双缝干涉可比小孔要亮多了，比较容易观测。杨大夫把自己的试验成果写成论文发表了。但是根本没人甩他的理论。最后他自己写了一本书来阐述自己的波动理论。
但是也无人问津。据说只卖出一本出去。在这本书里面他写道：“尽管我仰慕牛顿的大名，但是我并不因此而认为他是万无一失的。我遗憾地看到，他也会弄错，而他的权威有时甚至可能阻碍科学的进步。”
杨大夫凭借着自己的一己之力还是很难撼动祖师爷的权威。至于他那本书到底是谁买去了，现在搞不太清楚。那时候没有现在的互联网，传播信息甚为不便。有些人有了类似的想法，却没法及时交流。他们甚至都还不知道彼此的存在。
然而杨大夫的这个发现，对于拉普拉斯来讲，恐怕不是没有影响的。拉普拉斯恐怕是了解到了杨大夫的试验。按照杨大夫的波动理论，光并非微粒，而是一种波。那么自己关于暗星的设想就完全是不靠谱儿的。虽然拉普拉并不见得认同这种波动说。保险起见，没把握的东西，还是不要往《天体力学》这部书上写了。
因此，拉普拉斯悄无声息的删掉了有关暗星的内容。光线与引力的第一次碰撞就这么悄无声息的黯然落幕。日后它们的命运会紧紧的纠缠在一起，远溯到混沌初开之时。这是后话暂且不表。但是光学专家与天文学家巧不巧就是同一拨人，他们的纠葛才刚刚开开了个头，好戏还在后头呢。
拉普拉斯的《天体力学》仍然在一版一版的出。后续的几卷不断的面世。期间拿破仑邀请他入阁担任内政大臣。8 个月就被踢出来了。拉普拉斯还是适合当一个科学家，政治这玩意儿他还是玩儿不转。拿破仑总是讥笑他把“无穷小”带进了内阁。不过还是封拉普拉斯为伯爵。后来拿破仑走背运，打了败仗被迫退位。拉普拉斯到是稳稳当当的继续当他的伯爵。
到了路易十八复辟回来当国王，反而封了拉普拉斯侯爵。那年头随风倒的人多了去了。拿破仑手下一大帮子人都是跳槽的高手。拉普拉斯最大的护身符，就是他的科学成就。不管是拿破仑也好，路易十八也罢，都知道科学家的珍贵。
大革命以后产生的督政府可就转不过这个脑子。他们把非常优秀的化学家拉瓦锡砍了头。拉格朗日到处奔走想免拉瓦锡一死，可惜没能成功。拉格朗日一跺脚仰天长叹，他们一下子就能砍掉拉瓦锡的头。可是这样的头颅不知道多少年才会长出一个。
就在拉普拉斯和拉格朗日的这个时代。天体力学逐渐的成熟了。特别是提出了摄动理论之后。天文学家们发现，其实天体的轨道并不是像开普勒说的那样是个简单的椭圆。开普勒根据他老师第谷的观测数据，经过好几年的推算得出了行星运动三大定律。
- 椭圆定律所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上。
- 面积定律行星和太阳的连线在相等的时间间隔内扫过相等的面积。
- 调和定律所有行星绕太阳一周的恒星时间的平方与它们轨道长半轴的立方成比例。
有了这三条，牛顿在此基础上推算出了万有引力定律。
F：引力；G：万有引力常数；M1、M2：两个物体的质量；r：物体间距离
因为行星们离太阳非常遥远。而且行星之间彼此的距离也不近。把太阳和行星彼此看作是一个质点来计算并无大碍。中学的物理课上经常就是这么算的。但是，我要说但是，行星之间其实是互相有引力关系的。随着一年又一年的观测，微小的误差越积累越大。同时观测精度越来越高。到了拉普拉斯他们那个时代。已经不能不考虑这些行星之间的相互影响了。特别是行星里面的老大木星的影响。拉普拉斯的一个贡献就是告诉大家，这种复杂的情况是可以计算的。虽然显得非常麻烦。行星在空间中走的是一条近似于椭圆的非常复杂的曲线。怎么算，那要用到行星的摄动理论。当时天文学家们最发愁的就是天王星的出轨问题
发现天王星的赫歇尔正在磨制望远镜片
自打赫歇尔发现了天王星以后。在天文学界引起了轰动。过去人们总认为行星不过就是金木水火土这五颗。后来随着哥白尼日心说深入人心，大家发现地球并不特殊，地球也是一颗行星。加起来不过 6 个。赫歇尔发现了第 7 颗行星。当然是刷新了大家的认知啊。大家从此知道，太阳系远不像过去认为的那样简单。
大家去翻找故纸堆，看看前辈天文学家的观测记录里面有没有天王星的痕迹。一翻不要紧，发现过去人们早就记录了天王星的位置。毕竟天王星最亮的时候有 6 等。在没有光污染的郊外，甚至肉眼勉强可见。人家天王星很给面子，还是比较亮的。好多古代的观测记录都有这颗天体。然而，大家都没发现，这是一颗行星。大家由于各种缘故，都没发现天王星居然会移动位置。纷纷与这颗行星失之交臂。
现在大家翻找出了不少的古代记录，跟现在的观测数据合并到一起来计算天王星的轨道。但是大家悲惨的发现。天王星怎么都不按照天文学家们计算的轨迹去运行。人家溜溜达达的就出轨了。那好吧，是不是没考虑到木星的影响呢。这可是摄动理论大显身手的好机会啊。使用了摄动理论进行计算。果然算出来的轨道服帖了很多。基本跟天文观测对上茬了。大家可松了一口气啊。
好日子总是不长久，天王星消停了几年之后。又开始出轨了。后来天文学家一谈论到天王星的轨道问题，普遍脑仁疼。而且大家发现，带上古代天文学家的观测记录吧。算出来的就不准。不带上把，好歹能消停一阵子。难道是古代天文学家测错了？不会吧！翻翻他们别的观测记录，好像精度都很高的样子。那么多颗星，都测对了，唯独天王星测错了。这也太巧了吧。而且那么多人的记录，难道大家齐刷刷的都把天王星这一颗星测错了？这种可能性极小极小。
那是怎么回事儿呢？大家百思不得其解。既然解决不了，欧洲天文学界不得不做起了鸵鸟。脑袋扎到沙堆里，就当没看见。天王星轨道的事儿就先往后放吧。天王星轨道异常，反正也不耽误地球的运行，也不耽误人类社会的运转。可是有些事儿可是耽误不起的，比如各大天文台的重要工作之一便是编制修订航海年历。格林威治天文台和巴黎天文台都有这方面的任务。
往前追溯，格林威治天文台和巴黎天文台建立的动因之一，就是经度测量问题。英国好几位最优秀的天文学家都担任过格林威治天文台台长，比如弗拉姆斯蒂德、哈雷、布拉德利等等。法国的卡西尼家族甚至祖孙三代担任巴黎天文台台长一职。
到了 19 世纪，担任过巴黎天文台台长的人中有一位著名人物叫阿拉戈。他是一位物理学家，也是一位天文学家、数学家。他坚决支持杨大夫的波动学说。他的好朋友菲涅尔提出了类似的理论。菲涅尔跟杨大夫并不认识。菲涅尔过去是一位土木工程师，也是半路出家搞光学的。阿拉戈牵线介绍他们认识了。菲涅尔跟杨大夫关系很好，两个人互相谦让了一番，都说对方才是首创。现在杨大夫、菲涅尔、阿拉戈三个人胜利会师。三个人并肩作战，搅得光学界风起云涌。
光既然是波，那么光既能够表现出干涉现象，也会表现出衍射现象。菲涅尔就是首先对光的衍射现象做出精确描述的人。菲尼尔开始并不知道杨大夫的工作。杨大夫也在搞衍射方面的研究。后来杨 1817 年给阿拉戈写信，他说自己有点儿开窍了。过去波动光学遇到的一系列问题是因为他以为光波是纵波。纵波就跟声音一样，是疏密波。
横波与纵波
假如光波不是纵波，而是像水波纹那样的横波，那么很多问题就迎刃而解了。比如光的偏振问题。
阿拉戈告诉了菲涅尔，杨大夫认为光波是横波。其实菲涅尔不用阿拉戈传递消息。他早就自己悟到了这一点，他已经根据光是横波的这一思想推算出了偏振光的干涉原理。反射折射都不在话下，还有非常奇怪的双折射现象也能得到解释。
透过双折射晶体看到的图像会出现重影。一束光分解成了两束。
双折射原理图
菲涅尔把这一系列成就写成论文准备发表。请阿拉戈跟他一起署名。阿拉戈临阵犹豫了。虽然他支持波动光学。但是他还是感到没把握，毕竟反对波动光学的拉普拉斯泊松这些人都是成了名的大腕儿。他这一犹豫就没签字，菲涅尔一个人署名。所以“物理光学之父”的名号就落到了菲尼尔的头上。
阿拉戈虽然倾注了很多心血，而且对波动理论做了不少贡献。无奈临门一脚退缩了，荣誉也就离他而去了。当然他临阵犹豫也不是仅有这一次。后来的一件大事儿恐怕他悔得肠子都青了。
1818 年，法国科学院提出了征文竞赛题目：
- 利用精确的实验测定光的衍射效应
- 利用数学归纳法，计算出光通过物体周围时的运动情况
菲涅尔计算了一大堆障碍物的衍射花纹，方的、圆的、扁的……写好了报告提交给了评奖委员会。评奖委员会里面有阿拉戈，他自然是支持菲涅尔。但是他的反对者也不少，拉普拉斯、泊松、比奥是支持牛顿的微粒说的。还有保持中立的盖吕萨克，人家两边儿不掺合。
菲涅尔
毫无疑问，菲涅尔遭到了微粒说支持者的一致反对。人家本来就不认同波动说。泊松数学非常好，人家本来就是数学家。他拿过菲涅尔的计算结果仔细看了看。提出了一个当时看起来匪夷所思的结论。按照菲涅尔的计算。假如用单色光来照射一个圆盘。圆盘的背后应该存在一个阴影。仔细调节距离。在阴影中见，会出现一个亮斑。这是谁都没见过的现象。泊松认为，这根本就是胡扯。哪有这样的事儿啊。他认为他已经驳倒了波动学说。菲涅尔和阿拉戈毫不犹豫的接受了挑战。他们认为这个实验是可以做出来的。是骡子是马拉出来溜溜。实验是检验理论最好的手段。果然，菲涅尔上演了让科学界大跌眼镜的一幕。
泊松亮斑
一束单色光照在圆盘上，圆盘后面的屏幕上形成了一个阴影。仔细调节屏幕的距离。果然发现在圆盘的中间有一个亮斑。泊松的预言被证实了。信奉微粒说的科学家被"啪啪"的打脸。特别是那个泊松。这个亮斑，就被称为泊松亮斑。这可以算是一次见证奇迹的时刻。菲涅尔高高兴兴的拿着奖回家了。这下子，信奉微粒说的全哑了。波动光学得到了大家的认可。菲涅尔也被尊称为物理光学之父。
未完待续......
