上次說到,在微粒與波動的第一次交鋒中,以牛頓為首的微粒說戰勝了波動,取得了在物理上被普遍公認的地位。
轉眼間,近一個世紀過去了。牛頓體係的地位已經是如此地崇高,令人不禁有一種目眩的感覺。而他所提倡的光是一種粒子的觀念也已經是如此地深入人心,以致人們幾乎都忘了當年它那對手的存在。
然而1773年的6月13日,英國米爾沃頓(Milverton)的一個教徒的家庭裏誕生了一個男孩,叫做托馬斯·楊(Thomas Young)。這個未來反叛派領袖的成長史是一個典型的天才曆程,他兩歲的時候就能夠閱讀各種經典,6歲時開始學習拉丁文,14歲就用拉丁文寫過一篇自傳,到了16歲時他已經能夠說10種語言。在語言上的天才使得楊日後得以破譯埃及羅塞塔碑上的許多神秘的古埃及象形文字,並為埃及學的正式創立作了突出的貢獻(當然,埃及學的主要奠基者還是商博良)。不過對於我們的史話來說更為重要的是,楊對自然科學也產生了濃厚的興趣,他學習了牛頓的《數學原理》以及拉瓦錫的《化學綱要》等科學著作,為將來的成就打下了堅實的基礎。
楊19歲的時候,受到他那當醫生的叔父的影響,決定去倫敦學習醫學。在以後的日子裏,他先後去了愛丁堡和哥廷根大學攻讀,最後還是回到劍橋的伊曼紐爾學院終結他的學業。在他還是學生的時候,楊研究了人體上眼睛的構造,開始接觸到了光學上的一些基本問題,並最終形成了他那光是波動的想法。楊的這個認識,是來源於波動中所謂的“幹涉”現象。
我們都知道,普通的物質是具有累加性的,一滴水加上一滴水一定是兩滴水,而不會一起消失。但是波動就不同了,一列普通的波,它有著波的高峰和波的穀底,如果兩列波相遇,當它們正好都處在高峰時,那麼疊加起來的這個波就會達到兩倍的峰值,如果都處在低穀時,疊加的結果就會是兩倍深的穀底。但是,等等,如果正好一列波在它的高峰,另外一列波在它的穀底呢?
答案是它們會互相抵消。如果兩列波在這樣的情況下相遇(物理上叫做“反相”),那麼在它們重疊的地方,將會波平如鏡,既沒有高峰,也沒有穀底。這就像一個人把你往左邊拉,另一個人用相同的力氣把你往右邊拉,結果是你會站在原地不動。
托馬斯·楊在研究牛頓環的明暗條紋的時候,被這個關於波動的想法給深深打動了。為什麼會形成一明一暗的條紋呢?一個思想漸漸地在楊的腦海裏成型:用波來解釋不是很簡單嗎?明亮的地方,那是因為兩道光正好是“同相”的,它們的波峰和波穀正好相互增強,結果造成了兩倍光亮的效果(就好像有兩個人同時在左邊或者右邊拉你);而黑暗的那些條紋,則一定是兩道光處於“反相”,它們的波峰波穀相對,正好互相抵消了(就好像兩個人同時在兩邊拉你)。這一大膽而富於想象的見解使楊激動不已,他馬上著手進行了一係列的實驗,並於1801年和1803年分別發表論文報告,闡述了如何用光波的幹涉效應來解釋牛頓環和衍射現象。甚至通過他的實驗數據,計算出了光的波長應該在1br36000至1br60000英寸之間。
在1807年,楊總結出版了他的《自然哲學講義》,裏麵綜合整理了他在光學方麵的工作,並第一次描述了他那個名揚四海的實驗:光的雙縫幹涉。後來的曆史證明,這個實驗完全可以躋身於物理學史上最經典的前五個實驗之列,而在今天,它已經出現在每一本中學物理的教科書上。
楊的實驗手段極其簡單:把一支蠟燭放在一張開了一個小孔的紙前麵,這樣就形成了一個點光源(從一個點發出的光源)。現在在紙後麵再放一張紙,不同的是第二張紙上開了兩道平行的狹縫。從小孔中射出的光穿過兩道狹縫投到屏幕上,就會形成一係列明、暗交替的條紋,這就是現在眾人皆知的幹涉條紋 。