与科学家约战：挑战牛顿的神童托马斯

向牛顿挑战的神童托马斯

托马斯·杨（Thomas Young，1773～1829）在物理学上的主要成就是发现了光的干涉现象。他是英国医生和物理学家，1773年6月13日诞生于英格兰米弗通的索末席特的一个虔诚的宗教徒家庭。

据说杨是个神童，智力过人，有惊人的记忆力。他在语言学习方面有特殊的才能，大约14岁就掌握了拉丁语、希腊语、意大利语等七八种外语。杨在中学时代就非常喜欢力学，成绩突出。17岁精读了牛顿的《自然哲学的数学原理》和《光学》两部经典著作。

杨的伯父是伦敦著名的医生，在伯父的影响下，杨中学毕业后在伦敦学医。1793年杨进入圣巴索洛缪医学院攻读医学。1795年到德国哥廷根大学留学，第二年获得哥廷根大学医学博士学位。1797年杨进入剑桥大学依玛诺学院工作。1799年在伦敦正式开业行医。1801年杨对色散现象作了研究，得到有关色散的理论公式。同年当选为英国伦敦皇家研究所的自然哲学教授。1802年杨当选为英国伦敦皇家学会秘书。1811年任圣乔治医院的主治医师。1817年任皇家度量衡委员会秘书。

从牛顿时代起，就存在着光的微粒说和波动说之争，由于当时牛顿在学术界威望很高，大多数学者都支持牛顿的微粒说。18世纪末年，杨认真地把牛顿的微粒说和惠更斯的波动说作了比较，发现波动说在解释反射、折射的时候比微粒说更有说服力。

1796年杨在博士论文中提出声和光都是波的振动的看法，还认为颜色就像不同频率的声波那样，是不同频率的光波。他在1800年发表的《论声光的实验和研究概要》一文中，勇敢地对牛顿的微粒说提出公开挑战：“尽管我仰慕牛顿的大名，但是我并不认为他是百无一失的。我遗憾地看到他也会弄错，而他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步。”在1802～1804年期间，他成功地做了著名的“双缝实验”，发现了光的干涉现象。(www.xing528.com)

在这之前，也有学者根据水波干涉，猜想两束光如果是波的话会发生干涉，不过都没有做出成功的实验。杨分析了别人失败的原因，利用双狭缝使同一束光分成两束，结果成功了。杨在屏上观察到了明暗相间的干涉条纹。他还根据实验数据推算出极端红光的波长大约是三万六千分之一英寸，极端紫光的波长大约是六万分之一英寸。但是，杨的实验当时没有得到学术界应有的重视。

1818年法国物理学家菲涅耳对惠更斯学说加以发展，提出了波动的数学理论，请大数学家泊松（1781～1840）审阅。泊松经过计算，得出了当一束光通过小圆片的时候，在圆片影子的中心会出现亮斑的结论。泊松认为这个结论很荒唐，采取不相信菲涅耳理论的态度。菲涅耳不服，立即做实验，确实发现圆片影子的中央有一个小亮斑。后人称它是“泊松亮斑”。这时候人们又想起杨的双缝实验，它和泊松亮斑一起，令人信服地证明了光的波动学说的正确性。大约在1850年前后，光的波动说终于被学术界普遍接受，在同微粒说的争论中占了上风。

在光学方面，杨还在1801年引入叠加原理，把惠更斯的波动理论和牛顿的色彩理论结合起来，成功地解释了规则光栅产生的色彩现象。1803年，他又用波动理论解释了障碍物影子具有彩色毛边的现象。1820年杨用比较完善的波动理论对光的偏振作出了比较满意的解释，认为只要承认光波是横波，必然会产生偏振现象。杨不仅对人眼的色盲作出了正确的解释，而且建立了著名的三原色原理，认为一切色彩都可以用红、绿、蓝三种原色按一定的比例混合得到。

此外，杨还对物体的弹性、毛细现象、流体的内聚性、生理光学等课题进行了研究，取得了不少成就，其中比较突出的是他发现了弹性定律中用他名字命名的杨氏模量（弹性模量）。