撰文 七君
大家在中學的時候學過，牛頓利用稜鏡發現了光的色散，證明白光是由不同顏色的光合成的。為了讓同學們加深印象，老師也會用三稜鏡做實驗。實驗器材通常是這樣的——
許多老師會介紹，白光經過三稜鏡發生色散變成七色光，畫成圖是這樣的——
圖片來源：wikipedia
老師會繼續介紹，七色光若原路返回，就能再次合體成白光。那麼怎麼原路返回呢？在後面加一個倒轉的一模一樣的稜鏡就可以了嘛。
許多教科書和教輔中關於牛頓合成白光的錯誤演示。圖片來源：（DOI）10.1119/1.5018680
看起來是不是很熟悉且沒毛病？實際上，這套器材和這種解釋完全是錯誤的。牛頓也根本不是這樣合成白光的。在國外的知名大學教材以及期刊論文中，這種錯誤也在不斷重複。今天我們就來了解一下，這個經典中學實驗到底錯在哪裡。
事情要從300多年前說起。在牛頓的年代，人們認為白光是某種單色光，其他的光是在白光的基礎上產生的。
當時，關於光的顏色的盛行理論是笛卡爾提出的。笛卡爾認為，光的顏色來自於發光體和人眼之間的介質，和光源無關，光的色彩不是光自帶的特徵。
當時還默默無聞的牛頓並不相信這種說法。牛頓一開始注意到笛卡爾理論的問題是因為觀察到了這個現象：把一束圓形的光射到三稜鏡上時，三稜鏡背後沒有出現圓形的圖像，而出現了一個長條的光譜。
我們在中學學過，光從空氣射入其他介質後會發生折射，它們的角度滿足斯涅爾定律(Snell's law)。在牛頓的時代，斯涅爾定律已經被發現了。
斯涅爾定律 (Snell's law)。圖片來源：Wikipedia
按照折射的原理，以及笛卡爾的理論，圓形光束經過三稜鏡後應該形成圓形或橢圓形的光斑，這個長條光譜是無法解釋的。因此他認為一定是笛卡爾的理論出錯了。
但是，他也不能確信七色光是不是不同的光，因此他又做了另一個實驗。在第一個三稜鏡後，他加了一片挖了一個小圓洞的紙，利用這個圓洞，他就能捕捉彩色光帶中的任意光束。
靈魂畫師牛頓繪製的實驗裝置。圖片來源：（DOI）10.1098/rsta.2014.0213
翻譯一下大觸牛頓的意思——
接著，他讓不同的色光分別再通過三稜鏡折射一次，然後計算不同色光的折射率。通過這個實驗，他發現不同色光的折射率不同而且保持恆定，這才讓他確信，這些七色光的性質是不同的，因此白光確實不是一種光，而是由不同的光構成的。
但是，在連三稜鏡都沒有普及的17世紀，這一番推理並不能說服所有人。要證明白光確實由七色光構成，最好的辦法就是把七色光合成白光。
牛頓發現，如果在三稜鏡後放一個凸透鏡，根據凸透鏡聚焦的性質，在凸透鏡的焦點，所有的光被匯聚在一起。果然，在焦點處，我們又看到了白光。
不過在非焦點的地方，七色光並沒有聚成白光。
為了製造一致的合成白光，在這個基礎上，牛頓設計了這個裝置——
轉載請超鏈接註明：頭條資訊 » 你被這個經典中學物理實驗騙了多少年？牛頓的棺材板真的壓不住了
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