上回說到牛頓發現萬有引力定律,出版了《自然哲學的數學原理》一書,這實在是物理學上的一件大事。殊不知這牛頓渾身才華,猶如大壩水滿,渠水四溢,這智慧之水又在光學上衝開一個缺口,奔湧而出。
1666年,牛頓還在劍橋大學當窮學生時,他腦海裏就翻騰過這個顏色問題。說來真巧,他在鄉下,因看到蘋果落地發現萬有引力;回到學校,卻又因看到門縫裏的光而解決了光學中的顏色問題。那是個假日,同學們都去郊遊了,刻苦的牛頓卻將自己鎖在房中,推演著那引力的公式。不覺日已當午,他饑腸轆轆,便推開稿紙,抬起頭來伸個懶腰,這一抬頭不要緊,隻見緊閉的門縫裏露進一縷細細的陽光,在幽暗的房間裏顯得格外明亮。他不由自語道:“從來沒有見過這樣細的光絲,不知可否將它再分成幾縷?”這麽想著,他便伸手從抽屜裏摸出一塊三棱鏡,迎上去截住那絲細光,然後又回過頭去看這光落在牆上的影子。
這一看不要緊,那牆上竟出現一段紅、橙、黃、綠、青、藍、紫的彩色光帶。他將鏡子轉轉,光帶不變,再前後移動,終於選出一個最佳點,這一下天上的彩虹便清楚地出現在他的房裏。他捏著三棱鏡就像抓住了那條巨龍的尾巴,任他細看細想。從這天起,牛頓一有空,就把自己關在房子裏,還把門窗都用床單遮嚴,隻放一道光進來,做著這種玩三棱鏡的遊戲。他已經悄悄地領悟到一個秘密:我們平時看到的白光,其實不是一色白,它是由許多光混合成的。但是那各個單色又是什麽呢?它們之間靠什麽區別成不同顏色呢?按道理應將那單色光再分一次,但這還得要一塊三棱鏡,還得有實驗室設備,他這個窮學生是辦不到的。
前麵說過,牛頓在劍橋大學有一位恩師叫巴羅,他們生尊師愛,情同魚水,結下了忘年之交。這巴羅幾日不見牛頓來走動,一天便到房裏來找牛頓。他見門虛掩著,屋裏靜悄悄的不像有人,便推門而進,不想一頭正撞在一個人身上。巴羅剛從陽光下走進這間暗屋裏,他一時看不清是誰,隻聽有人喊了他一聲“老師”,將他扶住,又一把扯下窗戶上的床單——原來是牛頓。巴羅說:“你又在搞什麽名堂,幾天不露麵,我還以為你病了呢。”牛頓卻笑嘻嘻地如此這般地說了一遍。巴羅也大為驚喜,連聲埋怨他何不早說。
第二天,他就給牛頓又弄來一塊三棱鏡,布置起一個真正的暗室。他們先讓一束光穿過一個黑色木板上的小孔,用三棱鏡將它分成七條不同的彩色光,再用一個有孔的木板擋住分解後的光,讓每條單色光逐一從孔裏通過,木板後再放一個三棱鏡。這時新的發現出現在粉牆上:一是這單色光通過三棱鏡時不會再分解,二是各色光束經過三棱鏡時折射的角度不同。憑著數學天才和實踐才能,牛頓很快就計算出紅、綠、藍三色光的折射指數。這一實驗不久,1669年年底牛頓便接替巴羅老師,開始在劍橋大學向學生們開設光學課了。可惜學生們聽不大懂他在講些什麽。
1672年2月6日,牛頓向皇家學會寫了一封詳細的信——《光和顏色的新理論》,歸納了十三個命題。他指出:我們平常看見的白光不過是發光體發出的各種顏色光的混合。白光可以分解成從紅到紫的七色光譜。一切自然物體的顏色是因為它們對光的反射性能不同。對哪一種光反射得更多些,就是哪種顏色。按這個理論,虹的問題解決了,它不過是白光讓空中的水滴(相當於三棱鏡)分成七色而已。物體的顏色不同不過是因為各自的反射性能不同,這又是一大發現,牛頓因此而創立了光譜理論。後來恩格斯說:“牛頓由於進行光的分解,而創立了科學的光學。”
有一天,我走進一個小旅館的房間裏,一個美豔的少女向我走來,她的臉色潔白而有光澤,頭發烏黑,身上穿一件緋紅色的緊身衣裙。當她在距我稍遠的地方站定時,我在微暗的黃昏光線下對她注視了一會兒。她離開時,我在對麵的白色牆上,看到一個被發亮的光暈包圍著的黑色臉龐。那件裹著極其苗條體型的衣裙,竟是美麗的海水綠色。
歌德的研究進入另一個領域,他已經提出了視覺生理上的補色問題。我們看的實物突然從紅的波段過渡到白的混合波段時,視神經係統不能一下適應,會在中間綠波段上停一會兒。這正符合牛頓的光譜學說。但可惜牛頓的弟子們極力嘲笑歌德老頭兒的非實驗室研究,所以後人都很同情這位詩人在科學上費力不討好的遭遇。
這段插曲說過,還說牛頓向皇家學會送上那封信後,皇家學會立即成立了一個專門評議委員會來評議這個新理論的價值。真是冤家路窄,這個委員會主席,又是在學術上與牛頓不和的胡克。虹的現象,顏色現象,就算牛頓說清楚了,但光本身,不管紅光還是綠光,本質又是什麽?牛頓也有他的看法,說光就是一些高速運動的粒子,它能按直線前進,碰到物體過不去,就投下了影子;鏡子能反射光,是因為那些小粒子碰到鏡麵就彈了回來。但是胡克卻很幹脆地否定了牛頓的微粒說,他提出振動說,就是連白光中包括了其他顏色這一點胡克也不承認。他們兩人的怨恨越結越大。牛頓想:“你不承認我的微粒說,由你去吧,反正我是對的。”他這樣安慰著自己,也就不再去生這份閑氣。
歌德
胡克等人也覺得這下子可借來了生力軍,高興得忘乎所以。牛頓急忙起而申辯:“你們說光是波,那為什麽它不能像水波那樣繞開障礙物前進呢?”
胡克又來發難:你說光都是一樣的粒子,為什麽不同顏色的光在同一物體中卻有不同的折射角度呢?
正是:
公說公有理,婆說婆有理。
是波是粒子,難分高和低。
牛頓這人在科學發現上算是運氣不錯,一個接一個,個個順利。但好事多磨,他與別人的爭論也一個接一個,個個難纏。從此,物理學上便開始了一場粒子說和波動說的大爭論,一爭就是一個世紀。
到底結果如何,且聽下麵慢慢分解。