实验是检验理论最好的手段4

那是怎么回事儿呢？大家百思不得其解，既然解决不了，欧洲天文学界便不得不做起了鸵鸟，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，格林尼治天文台和巴黎天文台都有这方面的任务。

往前追溯，格林尼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尼治天文台台长，比如弗拉姆斯蒂德、哈雷、布拉德利等，法国的卡西尼家族甚至祖孙三代都担任巴黎天文台台长一职。到了十九世纪，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，他的好朋友菲涅尔也提出了类似的理论。菲涅尔跟杨大夫并不认识，他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。从此杨大夫、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。杨大夫也在搞衍射方面的研究，但菲涅尔开始并不知道杨大夫的工作，后来杨大夫在1817 年给阿拉戈写信，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。

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。

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和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”的名号就落到了菲涅尔的头上。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。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。

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。

1818年，法国科学院提出了征文竞赛题目：

1. 利用精确的实验测定光的衍射效应。

2. 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、比奥都是支持牛顿的微粒说的。还有保持中立的盖吕萨克，人家两边不掺和。

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，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，在阴影中间会出现一个亮斑。泊松认为，这根本就是胡扯，哪有这样的事？他认为他已经驳倒了波动学说。菲涅尔和阿拉戈毫不犹豫地接受了挑战，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。

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”地打脸。这个亮斑后来被称为泊松亮斑，可以算是一次见证奇迹的时刻，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。

这个问题解决了，可是还有一个大问题在困扰着物理学家们。很早大家就知道，望远镜的口径越大，那么望远镜的分辨率越高。同样的放大倍数，同样的焦距，口径大的望远镜，比口径小的望远镜要看得更加清楚。背后到底是什么原因呢？1835 年，英国的皇家天文学家、格林威治天文台台长艾里做出了一个解释：你以为理想的透镜或者是反射镜能够把光线汇聚到一点上吗？那是不可能的，因为衍射作用的存在，必定会产生一个小小的环斑。

也就是说，哪怕再理想的镜片，也不可能聚焦到一个点上，必定是个很小的圆，这个圆越小，分辨率就越高，看得越清楚，想要缩小这个环斑，必须做大口径。我们今天的巨型望远镜口径都达到了十米的级别，三十米直径的望远镜也在建造之中，背后的原理就是这个艾里环斑。

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