一、干涉
这是一束孤独的光，在真空的无垠中悄无声息地穿行。忽然，一堵高耸的墙壁挡住了它的去路，它别无选择，只能硬着头皮冲撞而去。在摸索中，它意外地发现墙壁上竟有两道孔隙，笔直而细长，宛如量身定做，似乎在等待着它轻盈的穿透。然而，刚刚逃脱束缚，一道新的屏障又挡在眼前，光不得不勇敢地投入它的怀抱。出乎意料的是，这屏障上展现的并非两道与孔隙对应的细线，而是一系列明暗交替的条纹。
上述情景出现在被誉为物理学史上十大经典实验之一的“杨氏双缝干涉”中，光线在后方的影壁上描绘出令人惊叹的干涉条纹。这项实验的幕后英雄是托马斯·杨，他于1773年在英国萨默塞特郡一个富裕的贵格会家庭降生，他的祖父家中藏书丰富，多达万卷。
托马斯在书香的熏陶下长大，自小就展现出非凡的才华。据说他在2岁时就能流畅地朗读英文，到了16岁，他已经精通拉丁语、希腊语、法语、意大利语，甚至包括东方语言的希伯来语、波斯语和阿拉伯语在内的12门语言。随着视野的扩大，他对自然科学的热爱也与日俱增。还在中学时期，他就自学了牛顿的经典著作《自然哲学的数学原理》，并深入研究了海峡对岸刚刚问世的《化学基础论》。
大约在1800年，托马斯在阅读牛顿的《光学》时，发现用微粒学说来解释著名的“牛顿环”现象似乎不太合理。那些明暗交替、错落有致的同心圆，看上去并不像是直线运动的粒子所能创造出的作品。托马斯心中不禁生疑：如果光不是由微粒组成，那么它究竟是什么呢？
托马斯陷入了沉思，手中的书本悄然合上，他的步伐不由自主地走到了书房的另一头。停在那里，他的手指轻拂过角落里静静躺着的大提琴。琴弦随之颤动，那几个简单的音符穿空而过，轻盈地飘入托马斯的耳中，旋即在脑中迸发出轰鸣。声音，这位他多年的旅伴，就这样不经意间闯入了他的思想领地。
他沉浸在这思考的海洋中，那时候人们已经明白，声音是以波的形式传播。托马斯自问，光的行为是否也能用这样的波动模式来阐释？正如声音能穿越门缝，弥漫整个房间，如果光也是波，那它穿越窄缝，不也是为了向四面八方扩散吗？
他回想起牛顿关于白光通过棱镜分解成不同颜色光的解释，每种颜色的光都有其独特的折射率。托马斯继续思考，根据费马原理，光的折射率与光在不同介质中的传播速度比值有关。在此基础上，他提出了自己的假设：单色光的传播速度可能与它的波长这一波动特性有关。这个名字本身就透露出波长是波动的一个基本属性。
作为一名才华横溢的理论家，托马斯不仅巧妙地运用“波动说”对各种光学现象进行了全新的解读，更是借助牛顿遗留的宝贵实验数据，准确地推算出了彩虹两端的红光与紫光的波长。他的研究成果经过无数次的验证，竞与现代仪器的测量结果惊人地一致。
二、衍射
这是一束从光源中诞生的光辉，它无私地朝四面八方扩散开去。不远处，一只沉甸甸的圆盘静静悬吊，似乎无法抵挡光的力量。无奈之下，光只得将自己分解，轻柔地沿着圆盘的边缘悄悄滑行。就在这时，圆盘另一侧的屏壁上，本应是完全的黑暗之处，却意外地映照出了它的亮丽身影——一小块明亮的光斑。这是何种奇妙的景象？光线明明未能穿透圆盘，却在其领域中留下了独特的痕迹。
在1817年的法国，科学院为了彻底解决关于“光的本质”的争论，设立了一个Grand Prix奖项，旨在鼓励研究者们深入探讨光的奇异现象并提供实证。这一举措激发了29岁的路桥工程师奥古斯丁·菲涅尔对光学的浓厚兴趣。尽管他身为保皇派，曾在拿破仑的“百日王朝”期间短暂入狱，但那段自由的时光却点燃了他对学术的渴望。
菲涅尔独立推导出了与托马斯·杨相同的结论：光必须被视为波动，才能解释牛顿环等光学现象。当他得知科学院的奖项后，他迅速提交了一份长达135页的论文，不仅用数学语言详尽描述了光的波动性，还大胆地提出光是一种横波。由于缺乏竞争对手，菲涅尔轻松赢得了大奖。
然而，法国科学院的领袖们，包括天文学家拉普拉斯、数学家泊松和物理学家波耶特，都是牛顿光学的坚定拥护者。泊松，这位数学天才，挑选了菲涅尔论文中的一个数学模型进行深入研究。他自信地认为，波动说在深入分析下必然漏洞百出。他计算出，如果光真是波动的，那么在圆盘背后的屏壁上，应该会出现一个明亮的光斑，这显然违反常理。
泊松兴奋地将这一发现带给评审团，坚信自己已经揭开了波动说的真相。评审们虽然不愿相信菲涅尔的预言，但他们坚持用数据说话。在评审主席阿拉贡的带领下，他们进行了一次公开实验。1719年3月的一天，惊人的景象出现了：在所有人的注视下，圆心深处的暗影中突然闪现出一小块明亮的光斑，周围环绕着明暗交替的细环。这个光斑，后来被称为“泊松斑”。
菲涅尔凭借其敏锐的洞察力，终于为波动说找到了立足之地。而泊松，虽然初衷是为了反驳波动说，却因为从菲涅尔的报告中推导出了这一非凡结果，意外地获得了这个光斑的命名权。
在光的奇妙世界里，反射与折射有着清晰的界定，但干涉与衍射却如同一对亲密无间的舞伴，界限模糊，共同演绎着光穿越边界的神秘舞蹈。想象一下，当一束微光轻抚过一道狭缝，或几点星光轻轻掠过两条细缝时，它们交织出的便是干涉的旋律；而当我们面对的是一片光源，如同一团光亮穿透多个孔洞或环抱整个圆盘时，展现的则是衍射的壮观。
让我们具体一些来说，干涉就像是两支乐队在同一频率上奏响相同的旋律，它们在相遇的舞台上，有的地方声音洪亮，有的地方却渐渐低沉，这种声音的强弱变化就像是在空间中跳动的节奏。
衍射则像是光在曲折的小径上探险，绕过障碍物，进入那些本该是黑暗的角落，在屏幕上留下斑驳的光影。
其实，我们眼前的每一幅光影画卷，都是干涉与衍射共同编织的杰作。
就像菲涅尔曾经设想的那样，光就像是一列横波，就像把一颗石子扔进水中，涟漪沿着水面扩散，而石子的振动却与涟漪传播的方向垂直。波在介质中传播，就像涟漪一圈圈向外荡漾，如果你固定观察一点，会发现它的高低起伏，这就是波长与频率的奥秘。
现在，想象一下，如果你在平静的水面上同时扔下两颗石子，两列波相遇时的情景：波峰与波峰相遇，如同山峰叠加，形成更高的峰；波谷与波谷相遇，则像是深谷叠加，变得更加深邃。而如果波峰与波谷相遇，它们就像是一正一负的力量相互抵消，水面恢复平静，仿佛什么都没发生过。
在思考的海洋中，我们是不是忽然想起了那个著名的实验——托马斯·杨的双缝干涉。想象一下，当光作为一列横波穿越狭缝时，它的行为多么奇妙：仿佛是一位机智的舞者，为了穿越障碍，不得不分成两路轻盈地舞动。随后，这两束光线在另一片舞台上再次相遇。当波峰与波峰相拥，或波谷与波谷相合，它们的力量相加，便在幕墙上绽放出明亮的条纹；而波峰与波谷相撞，力量相互抵消，只留下幽暗的痕迹。
就像这样，如果你将泊松亮斑一点点放大，会发现它并非孤立的亮点，而是周围环绕着层层叠叠的光圈。这些光圈是由悄悄潜入阴影中的波群相互交织、消长而成的，宛如一场光的交响乐。
当我们把光视为横波，那些关于干涉与衍射的谜团便逐一解开。费马大师在光的旅途中发现了速率的关键性，而托马斯·杨则揭示了光在介质中的传播速率与波长之间的秘密。这样一来，即使是曾经坚定支持微粒说的现象，如折射、反射，以及由此衍生出的复杂现象，如散射、偏振，都能被波动说完美地包容。
光似乎松了一口气，关于其本质的谜团终于水落石出：原来，我是一列波。
但还有一个疑问悬而未决：既然“波一族”依赖于介质传播，就像声波能在空气、液体和固体中自由穿行，但在真空中却步履维艰。没有桥，声音如何传到对岸？水波也是如此，没有水，哪里还有波？然而，光却能穿越真空，速度甚至比在其他介质中更快。这背后的秘密似乎只有一个——光在真空中化身为粒子，自由穿梭于无垠的宇宙之中。
标签：托马斯,衍射,大话,波动,菲涅尔,波谷,波峰,干涉,光学 From： https://blog.csdn.net/qq_53529450/article/details/140307538