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的,在大多數情況下,光的行為就猶同經典粒子一樣。而衍射實驗則更加證明了這一點。但是波動說有一個基本的難題,那就是任何波動都需要有介質才能夠傳遞,比如聲音,在真空裡就無法傳播。而光則不然,它似乎不需要任何媒介就可以任意地前進。舉一個簡單的例子,星光可以穿過幾乎虛無一物的太空來到地球,這對波動說顯然是非常不利的。但是波動說巧妙地擺脫了這個難題:它假設了一種看不見摸不著的介質來實現光的傳播,這種介質有一個十分響亮而讓人印象深刻的名字,叫做“以太”(Aether)。
就在這樣一種奇妙的氣氛中,光的波動說登上了歷史舞臺。我們很快就會看到,這個新生力量似乎是微粒說的前世冤家,它命中註定要與後者開展一場長達數個世紀之久的戰爭。他們兩個的命運始終互相糾纏在一起,如果沒有了對方,誰也不能說自己還是完整的。到了後來,他們簡直就是為了對手而存在著。這出精彩的戲劇從一開始的伏筆,經過兩個起落,到達令人眼花繚亂的高潮。而最後絕妙的結局則更讓我們相信,他們的對話幾乎是一種可遇而不可求的緣分。17世紀中期,正是科學的黎明到來之前那最後的黑暗,誰也無法預見這兩朵小火花即將要引發一場熊熊大火。
********飯後閒話:說說“以太”(Aether)。
正如我們在上面所看到的,以太最初是作為光波媒介的假設而提出的。但“以太”一詞的由來則早在古希臘:亞里士多德在《論天》一書裡闡述了他對天體的認識。他認為日月星辰圍繞著地球運轉,但其組成卻不同與地上的四大元素水火氣土。天上的事物應該是完美無缺的,它們只能由一種更為純潔的元素所構成,這就是亞里士多德所謂的“第五元素”——以太(希臘文的αηθηρ)。而自從這個概念被借用到科學裡來之後,以太在歷史上的地位可以說是相當微妙的,一方面,它曾經扮演過如此重要的角色,以致成為整個物理學的基礎;另一方面,當它榮耀不再時,也曾受盡嘲笑。雖然它不甘心地再三掙扎,改換頭面,賦予自己新的意義,卻仍然逃不了最終被拋棄的命運,甚至有段時間幾乎成了偽科學的專用詞。但無論怎樣,以太的概念在科學史上還是佔有它的地位的,它曾經代表的光媒以及絕對參考系,雖然已經退出了舞臺,但直到今天,仍然能夠喚起我們對那段黃金歲月的懷念。它就像是一張泛黃的照片,記載了一個貴族光榮的過去。今天,以太(Ether)作為另外一種概念用來命名一種網路協議(Ethernet),看到這個詞的時候,是不是也每每生出幾許慨嘆?
向以太致敬。
三
上次說到,關於光究竟是什麼的問題,在十七世紀中期有了兩種可能的假設:微粒說和波動說。
然而在一開始的時候,雙方的武裝都是非常薄弱的。微粒說固然有著悠久的歷史,但是它手中的力量是很有限的。光的直線傳播問題和反射折射問題本來是它的傳統領地,但波動方面軍隊在發展了自己的理論後,迅速就在這兩個戰場上與微粒平分秋色。而波動論作為一種新興的理論,格里馬第的光衍射實驗是它發家的最大法寶,但它卻拖著一個沉重的包袱,就是光以太的假設,這個憑空想象出來的媒介,將在很長一段時間裡成為波動軍隊的累贅。
兩支力量起初並沒有發生什麼武裝衝突。在笛卡兒的《方法論》那裡,他們還依然心平氣和地站在一起供大家檢閱。導致“第一次微波戰爭”爆發的導火索是波義耳(RobertBoyle,中學裡學過波馬定律的朋友一定還記得這個討厭的愛爾蘭人?)在1663年提出的一個理論。他認為我們看到的各種顏色,其實並不是物體本身的屬性,而是光照上去才產生的效果。這個論調本身並沒有關係到微粒波動什麼事,但是卻引起了對顏色屬性的激烈爭論。
在格里馬第的眼裡,顏色的不同,是因為光波頻率的不同而引起的。他的實驗引起了胡克(Robert Hooke)的興趣。胡克本來是波義耳的實驗助手,當時是英國皇家學會的會員,同時也兼任實驗管理員。他重複了格里馬第的工作,並仔細觀察了光在肥皂泡裡對映出的色彩以及光透過薄雲母片而產生的光輝。根據他的判斷,光必定是某種快速的脈衝,於是他在1665年出版的《顯微術》(Micrographia)一書中明確地支援波動說。《顯微術》這本著作很快為胡克贏得了世界性的學術聲譽,波動說由於這位大將的加入,似乎也在一時佔了上風。
然而不知是偶然,還是冥冥之中自