好“色”之徒牛頓

羅會(huì)仟

物理學(xué)在牛頓之前確實(shí)處于一種混亂和黑暗的狀態(tài)，自從有了牛頓，一切仿佛見到了光明。牛頓在物理學(xué)上的貢獻(xiàn)，奠定了經(jīng)典物理大廈的基礎(chǔ)。這座大廈在后來(lái)人的不斷努力下，終于在19世紀(jì)“完美落成”，只是大廈頂上有“兩朵烏云”遮住了一部分陽(yáng)光而已。牛頓給物理學(xué)帶來(lái)的第一束光明，正是他對(duì)光的實(shí)驗(yàn)和理解。

古往今來(lái)，光就是一種既神秘而又莫測(cè)的東西?！吧系壅f(shuō)：‘要有光，于是就有了光。”盡管我們天天都在用光（燭光、火光、太陽(yáng)光等等），可是光究竟是什么，我們從未了解過(guò)。我們?cè)?jīng)研究過(guò)光，比如阿基米德的凹面鏡海戰(zhàn)和伽利略的望遠(yuǎn)鏡，但這都是對(duì)光簡(jiǎn)單性質(zhì)的利用。我們也知道，小孔成像、日食和海市蜃樓都是光的傳播造成的：光的直線傳播和光的折射。通過(guò)這些現(xiàn)象可以了解光有什么特性，可是，光究竟是什么？或者說(shuō)光是由什么組成的？這個(gè)問題一直都是人們好奇卻又難以解釋的。

難以解釋的光現(xiàn)象還有很多，比如彩虹。一道斑斕繽紛的橋，橫跨天際，壯觀而又美麗。智慧的中國(guó)人民把它想象成了鵲橋——象征吉祥的喜鵲搭建出了這跨越天河的橋，讓相思的牛郎織女七夕相會(huì)。夢(mèng)境里，彩虹就像一仙女，雍容華麗又不失婀娜雅致；現(xiàn)實(shí)中，雨后的彩虹給天空上了一點(diǎn)顏色。彩虹是色之影，更是光之翼。

牛頓就是好“色”之徒、彩虹上的天使。他第一次在實(shí)驗(yàn)室里獲得了彩虹。這便是著名的“牛頓分光實(shí)驗(yàn)”。牛頓用一個(gè)三棱鏡，在黑暗的屋子里引入一道白光（太陽(yáng)光），然后讓它通過(guò)三棱鏡，在白色的接收屏上，他得到了“彩虹”——由紅橙黃綠藍(lán)靛紫七種顏色組成的彩色光斑。實(shí)際上，他并不是用棱鏡分光的第一人，在他之前有位捷克的醫(yī)生也用棱鏡把光分成七色，并且他還發(fā)現(xiàn)若再加一個(gè)棱鏡在七種顏色中的某種顏色的光的后面，這種光的顏色透過(guò)第二個(gè)棱鏡后將不會(huì)改變。而牛頓則嘗試過(guò)把另一個(gè)三棱鏡放在前一棱鏡后面，然后他發(fā)現(xiàn)“彩虹”消失了。原來(lái)，白色的太陽(yáng)光不是單純的一種光，而是由多種光組成的“混合光”。這便是牛頓的認(rèn)識(shí)。同時(shí)他還解釋了為什么：因?yàn)榻M成不同顏色的光的“微?！辟|(zhì)量不一樣，所以在通過(guò)棱鏡的時(shí)候分開了。盡管牛頓這個(gè)認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤的，并且他堅(jiān)持這個(gè)錯(cuò)誤到人生的終點(diǎn)，而且后人發(fā)揚(yáng)了這個(gè)錯(cuò)誤若干年，但令人們驚喜的是——色之奧秘終于解開了。要獲得不同顏色，只要取這七種顏色中代表性的三種：紅、綠、藍(lán)，就可以調(diào)出任何你所希望的顏色，這是畫家的秘密。同學(xué)們可能會(huì)問，那黑色是什么？實(shí)際上，黑色就是沒有顏色！（白色不是沒有，而是混雜顏色。）所謂黑色就是物體把光都吸收掉了，沒有光反射到人眼中，所以是黑的。這就是黑咕隆咚、黑燈瞎火、黑洞等概念的直覺來(lái)源，沒有光，就是兩眼一抹黑……

牛頓的實(shí)驗(yàn)是成功的，他的解釋也是成功的，至少在當(dāng)時(shí)看來(lái)是的。遺憾的是，牛頓始終跳不出他那個(gè)時(shí)代的框框，他始終認(rèn)為光是由“微粒”組成的。也難怪，在他領(lǐng)銜的經(jīng)典力學(xué)里，到處都是理想化的質(zhì)點(diǎn)和小球，習(xí)慣了，誰(shuí)也不想改。這個(gè)錯(cuò)誤延續(xù)了很久，即便他后來(lái)還做了著名的牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)——這是個(gè)典型的表現(xiàn)光波動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)。后來(lái)在惠更斯等人的思考下，光的另一個(gè)特性——波動(dòng)性被提出，并為托馬斯·楊的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，物理史上最長(zhǎng)久的一次爭(zhēng)論之一便由此開始。直到天才的愛因斯坦，使光的粒子概念和光的波動(dòng)理論完美地融合形成了光子說(shuō)，由此引發(fā)了量子力學(xué)——描述微觀世界運(yùn)動(dòng)的新理論。物理學(xué)大廈上風(fēng)云變幻最為激烈的年代在19世紀(jì)初開始了。

最后，讓我們提及牛頓在光學(xué)上的另一個(gè)貢獻(xiàn)：他也發(fā)明了新型望遠(yuǎn)鏡——牛頓望遠(yuǎn)鏡。伽利略、開普勒等人的望遠(yuǎn)鏡存在一個(gè)致命的問題，就是如果把望遠(yuǎn)鏡對(duì)著遠(yuǎn)處黯淡的星體的時(shí)候，將無(wú)法分辨，因?yàn)楣饩€實(shí)在太少了。除非增大望遠(yuǎn)鏡的直徑，然而，組成望遠(yuǎn)鏡的凸透鏡和凹透鏡都是玻璃制品，要打磨如此精確的又如此大的玻璃塊是非常困難的。這就使得普通望遠(yuǎn)鏡大大局限于某些亮一些的天體觀測(cè)。而聰明的牛頓則綜合阿基米德和伽利略的智慧，他將一個(gè)凹面鏡放在望遠(yuǎn)鏡里面用來(lái)聚遠(yuǎn)處的光，這些光可以反射到望遠(yuǎn)鏡上的透鏡上，這樣即使在光線很微弱的情況下看到的圖像也非常清晰了?，F(xiàn)代天文望遠(yuǎn)鏡都還基于牛頓望遠(yuǎn)鏡的原理，讓我們看到宇宙更深更古老處的秘密。（注：望遠(yuǎn)鏡看到的光線其實(shí)來(lái)自過(guò)去！因?yàn)楣鈧鞑サ降厍蛐枰欢ǖ臅r(shí)間。）

牛頓的好“色”揭開了光的面紗、顏色的奧秘。好奇心就是物理學(xué)家研究的最原初動(dòng)力！好奇心推動(dòng)著人類認(rèn)識(shí)和認(rèn)知的進(jìn)步，也推動(dòng)著人類社會(huì)的進(jìn)步。所以，無(wú)論何時(shí)，都不要輕易丟棄你的好奇心，“好奇害死貓”的情形除外。