我遺憾地看到他也會弄錯,而他的權威也許有時甚至阻礙了科學的進步。”在1802~1804年期間,他成功地做了著名的“雙縫實驗”,發現了光的幹涉現象。
在這之前,也有學者根據水波幹涉,猜想兩束光如果是波的話會發生幹涉,不過都沒有做出成功的實驗。楊分析了別人失敗的原因,利用雙狹縫使同一束光分成兩束,結果成功了。楊在屏上觀察到了明暗相間的幹涉條紋。他還根據實驗數據推算出極端紅光的波長大約是三萬六千分之一英寸,極端紫光的波長大約是六萬分之一英寸。但是,楊的實驗當時沒有得到學術界應有的重視。
1818年法國物理學家菲涅耳對惠更斯學說加以發展,提出了波動的數學理論,請大數學家泊鬆(1781~1840)審閱。泊鬆經過計算,得出了當一束光通過小圓片的時候,在圓片影子的中心會出現亮斑的結論。泊鬆認為這個結論很荒唐,采取不相信菲涅耳理論的態度。菲涅耳不服,立即做實驗,確實發現圓片影子的中央有一個小亮斑。後人稱它是“泊鬆亮斑”。這時候人們又想起楊的雙縫實驗,它和泊鬆亮斑一起,令人信服地證明了光的波動學說的正確性。大約在1850年前後,光的波動說終於被學術界普遍接受,在同微粒說的爭論中占了上風。
在光學方麵,楊還在1801年引入疊加原理,把惠更斯的波動理論和牛頓的色彩理論結合起來,成功地解釋了規則光柵產生的色彩現象。1803年,他又用波動理論解釋了障礙物影子具有彩色毛邊的現象。1820年楊用比較完善的波動理論對光的偏振作出了比較滿意的解釋,認為隻要承認光波是橫波,必然會產生偏振現象。楊不僅對人眼的色盲作出了正確的解釋,而且建立了著名的三原色原理,認為一切色彩都可以用紅、綠、藍三種原色按一定的比例混合得到。
此外,楊還對物體的彈性、毛細現象、流體的內聚性、生理光學等課題進行了研究,取得了不少成就,其中比較突出的是他發現了彈性定律中用他名字命名的楊氏模量(彈性模量)。
被命名為電阻單位的科學家歐姆
歐姆(Georg Simon Ohm,1787~1854)是德國物理學家,1787年3月16日誕生於德國巴伐利亞州埃爾蘭根的一個普通鎖匠家庭。
歐姆由父親在家進行啟蒙教育,有時還對他講解數學、物理等知識。1800年歐姆進埃爾蘭根一所中學接受古典式教育。1805年考入埃爾蘭根大學學習,由於歐姆學習不認真,光喜歡玩,在大學隻學了三個學期,嚴厲的父親就勒令他退學,把他送到瑞士鄉下,希望他改變壞習慣。1806年以後歐姆在中學教書。1811年複活節,歐姆回到埃爾蘭根大學,通過考試,獲得哲學博士學位,但是他沒有找到滿意的工作。1817年他出版了《幾何學教科書》一書,後來應聘在科隆大學預科教物理學和數學。這個學校有比較濃厚的學術氣氛,又有一個設備良好的實驗室,促使他用很大的熱情學習物理學,有機會閱讀了一些著名學者如拉格朗日、拉普拉斯(1749~1827)等人的著作。1833年歐姆前往紐倫堡理工學院任物理學教授。1841年獲英國倫敦皇家學會的柯普利獎章,第二年當選為學會的外國會員。1849年任慕尼黑大學非常任教授,1852年轉為正式教授。
歐姆在物理學中的主要貢獻是發現了歐姆定律。
1820年7月奧斯特發現了電流的磁效應,隻經過四個月,安培就建立了安培定律。歐姆從另一方麵進行探索,研究導線中電流本身遵循什麼規律。他受到熱流規律(一根導線杆中兩點間的熱流大小正比於這兩點的溫度差)的啟發,推想導線中兩點之間的電流大小也許正比於這兩點之間的某種驅動力。歐姆把這種未知的驅動力稱作“驗電力”,也就是現在所說的電位差或電壓。歐姆在這個設想的基礎上,作了一係列實驗,不過實驗遇到了不少困難。起初,歐姆采用伏打電堆作電源,效果不理想,後來采用剛發明不久的溫差電池作電源,才獲得了穩定的電流。第二個困難是電流大小的測量。歐姆原來利用電流的熱效應,通過熱脹冷縮方法來測量電流的大小,但是沒有取得理想的效果。後來他巧妙地利用電流的磁效應,設計了一個電流扭秤,才有效地解決了這個問題。歐姆用一根扭絲懸掛一根水平放置的磁針,待測的通電導線放在磁針的下麵,並和磁針平行,用鉍——銅溫差電池作電源。歐姆反複作了多次實驗,得到了如下關係:
X=ab+x
式中a、b是常數,分別和電源的電動勢和內電阻相對應;X是磁針偏轉角,和導線中電流強度相對應;x是導線長度,和外電路的電阻相對應。這是歐姆定律的最早的形式,發表在1826年德國《化學和物理學雜誌》上,論文題目是《金屬導電定律的測定》。1827年5月,歐姆寫成《動力電路的數學研究》一書,把這個規律總結成下述形式: