撰文 七君
大家在中学的时候学过 ， 牛顿利用棱镜发现了光的色散 ， 证明白光是由不同颜色的光合成的 。 为了让同学们加深印象 ， 老师也会用三棱镜做实验 。 实验器材通常是这样的——
文章插图
许多老师会介绍 ， 白光经过三棱镜发生色散变成七色光 ， 画成图是这样的——
文章插图
图片来源：wikipedia
老师会继续介绍 ， 七色光若原路返回 ， 就能再次合体成白光 。 那么怎么原路返回呢？在后面加一个倒转的一模一样的棱镜就可以了嘛 。
文章插图
许多教科书和教辅中关于牛顿合成白光的错误演示 。 图片来源：（DOI）10.1119/1.5018680
看起来是不是很熟悉且没毛病？实际上 ， 这套器材和这种解释完全是错误的 。 牛顿也根本不是这样合成白光的 。 在国外的知名大学教材以及期刊论文中 ， 这种错误也在不断重复 。 今天我们就来了解一下 ， 这个经典中学实验到底错在哪里 。
事情要从300多年前说起 。 在牛顿的年代 ， 人们认为白光是某种单色光 ， 其他的光是在白光的基础上产生的 。
当时 ， 关于光的颜色的盛行理论是笛卡尔提出的 。 笛卡尔认为 ， 光的颜色来自于发光体和人眼之间的介质 ， 和光源无关 ， 光的色彩不是光自带的特征 。
当时还默默无闻的牛顿并不相信这种说法 。 牛顿一开始注意到笛卡尔理论的问题是因为观察到了这个现象：把一束圆形的光射到三棱镜上时 ， 三棱镜背后没有出现圆形的图像 ， 而出现了一个长条的光谱 。
文章插图
我们在中学学过 ， 光从空气射入其他介质后会发生折射 ， 它们的角度满足斯涅尔定律(Snell's law) 。 在牛顿的时代 ， 斯涅尔定律已经被发现了 。
文章插图
斯涅尔定律 (Snell's law) 。 图片来源：Wikipedia
按照折射的原理 ， 以及笛卡尔的理论 ， 圆形光束经过三棱镜后应该形成圆形或椭圆形的光斑 ， 这个长条光谱是无法解释的 。 因此他认为一定是笛卡尔的理论出错了 。
但是 ， 他也不能确信七色光是不是不同的光 ， 因此他又做了另一个实验 。 在第一个三棱镜后 ， 他加了一片挖了一个小圆洞的纸 ， 利用这个圆洞 ， 他就能捕捉彩色光带中的任意光束 。
文章插图
灵魂画师牛顿绘制的实验装置 。 图片来源：（DOI）10.1098/rsta.2014.0213
翻译一下大触牛顿的意思——
文章插图
接着 ， 他让不同的色光分别再通过三棱镜折射一次 ， 然后计算不同色光的折射率 。 通过这个实验 ， 他发现不同色光的折射率不同而且保持恒定 ， 这才让他确信 ， 这些七色光的性质是不同的 ， 因此白光确实不是一种光 ， 而是由不同的光构成的 。
但是 ， 在连三棱镜都没有普及的17世纪 ， 这一番推理并不能说服所有人 。 要证明白光确实由七色光构成 ， 最好的办法就是把七色光合成白光 。
牛顿发现 ， 如果在三棱镜后放一个凸透镜 ， 根据凸透镜聚焦的性质 ， 在凸透镜的焦点 ， 所有的光被汇聚在一起 。 果然 ， 在焦点处 ， 我们又看到了白光 。
文章插图
不过在非焦点的地方 ， 七色光并没有聚成白光 。
为了制造一致的合成白光 ， 在这个基础上 ， 牛顿设计了这个装置——
【牛顿|你被这个经典中学物理实验骗了多少年？牛顿的棺材板真的压不住了】
文章插图
推荐阅读
- 喝酒|长期喝酒者，早起后，若有这5个表现，你得考虑戒酒保肝了！
- 米歇尔·戴斯玛克特|海奥华预言的真相，地球人被带到九级文明，揭开神话背后的秘密
- 教你自制岩烧乳酪
- 教你做虎皮蛋糕上的虎皮，掌握2个技巧，保证起虎皮，做法很简单
- 番茄炒鸡蛋先炒番茄还是先炒鸡蛋？其实都不对，正确方法送给你
- 不用油不用牛奶，教你做蜂蜜蛋糕，蒸或烤都可以，只需4种食材
- 春天来了教你几道好吃不油腻的家常菜，美味简单下饭，百吃不厌！
- 猪身上一个部位，无筋无骨不塞牙，比排骨受欢迎，上桌立马被抢光
- 大脑|你的大脑和心理究竟是什么关系？
- 冬天到了，教你几道暖胃家常菜，营养健康，孩子营养不发愁！