辐射波动论：胡津氏的科学根据与干涉作用证明

在旧物理学中物质是原子性的学说已成了一种权威，然对于辐射（radiation）的性质则以主张是波动的理论成了一种威权。辐射到底是什么？这个问题在希腊哲学家里面就有了波动论与粒子论之争。所谓粒子论就是说光是无数细小的粒子极快的向各方面击射；所谓波动论就是说光是一种在某种媒介物里面的摇动，如波之在水。前者言光之不连续性（discontinuity）而后者言光之连续性（continuity）。这两种理论在十七世纪的物理学界就有了激烈的争论。牛顿力主粒子论，胡津氏（Huygenss）则坚执波动论。随后因辐射之干涉作用（interference）绕射作用（diffraction）偏化作用（polarization）种种现象之发现以巩固波动论之势力，关于这些工作我们乃不能不念及英国物理学家杨恩（T. Young）、法国工程师佛勒斯奈尔（Fresnel）。于一八五〇年福卡特（Foucault）有水中光波之速度慢于空中光波之速度的证明；最后继有马克士威与海兹（Hertz）之电磁波动说，于是辐射波动之说乃大盛。至二十世纪之初蒲朗克（Max Planck）因波动论种种之困难乃复立辐射粒子之说，名光之粒子单位曰“量子”（quantum），再继以爱因斯坦之光电效应之说，其结果乃因波动论与粒子论各有其功效，各有其困难，乃互由对敌而渐趋于合作。兹先论波动说，次论粒子说，再结以最近发展之波粒子论以冀得辐射根本之性质，而明宇宙之本然。

辐射波动论有科学根据之首创者当推荷兰大数理学家胡津氏。其立论本不足以敌牛顿氏之权威，然终以实验之雄辩得获大胜。胡津氏说：

“假设光线之经过必需相当之时间，那末，这种动作常经过某种媒介物而必是连续不断的，其结果则当如声浪之发散许多圆圈的波纹；所以我名之曰波动，盖以其与石块抛入水中所起之波浪相似故耳。”

稳定胡氏理论之第一事实为干涉作用。两条光线射在一处，通常以为光亮之程度亦已增加。牛顿的粒子论就是这样主张：两光线之粒子集中于一点处，其光粒子增加，其所发之光愈明亮。然而光线之重叠在实验中所得的结果反是黑暗。很奇怪的就是何以光与光相加反而产生黑暗，这是粒子论所怀疑莫决的。然而波动论足以解释之。假定光线是波浪式，那末光波必有波峰与波谷之分（crest and trough）。波峰为正号的光亮，波谷为负的光亮。假使只有一条光线，那末从波峰或波谷发出光亮都不成问题，我们眼睛所见的是同样的光亮。若是两条光线相遇，情形就不是一样了。在实验里面，如第三图，甲光之波峰与乙光之波谷相叠，两光亮之正负相抵，峰谷相毁，是以两光波之相叠，其结果则光亮暗淡消失。如两水波之相交错而反使波浪平静。这就是所谓干涉作用的现象，为波动论强有力之证明。

第三图　辐射之干涉作用

关于波动论的第二事实当为光线之绕射作用。若是波浪遇着了障碍物。它会弯折绕道旁边而过，这就是所谓绕射作用。光线已实验出有这种作用，所以光是波动。简单的实验是这样的：拿一张厚纸在中间剪一条狭而长的裂缝（见第四图S），背面发出很亮的光射入这条裂缝。在这裂缝前面五尺远正对此裂缝而与之并行的设置一根细铅丝（W）。再离铅丝十尺远放一幛幕。光由裂缝中射入，遇此细铅线而此细铅丝（W）之影映于幛幕上（M）。我们从幛幕上的细铅丝影子就可以看出光线是绕射于该铅丝之两旁。因为假使光线是不绕射的，那末这根铅丝的影子应该整个是黑暗，但是实验中幛幕上铅丝影子的中间有一条地方为光线照耀得很明亮，这一点就足以证光线之绕射。而且在此幛幕上与此铅线影子并排的尚有若干细长光暗间杂的影子，这都是光波绕射的特色，而为光粒子论所不能解决的。(www.xing528.com)

第四图　辐射之绕射作用

S为狭长之裂缝圆中系由上直看故仅为一小点。W细铅线亦同上。M为幛幕。

光波论的第三事实之证明为光线之偏化作用亦称极化作用（polarization）。所谓偏化作用就是一种直向一方面，或仅趋向于两极而不另向他方的特性，如磁铁石之仅向南北极即为一例。水和光都有极化作用，因为水波和光波是横轴的（transverse）而不是直行的（longitudinal）。所谓直行的即波浪震动的方向与其流行的方向是同一的；所谓横轴的即震动之方向与波浪流行之方向成直角形的。光和水的波浪震动是上下两极的而其流动则是或左或右的。譬如水上面浮的木块虽随波起伏而不顺流直下。这是横波的特性，亦即光波与水波之极化作用。这一点是粒子论所不能解决的。辐射既是波动的，那末必有媒介物以供其波动之运行，如水波之于海面，声浪之于空气。辐射之媒介为何？胡津氏乃创以太之说。以太遍布宇宙而无重量，广度光波而四射。

马克士威把光与电联接起来而主张光波是由电磁性的震动经过空间而传布。海兹主张尤为透彻。光波包含有两种震荡的“场”（field）。一种是电场，一种是磁场，两场互相成直角形的震动。在电磁光波论里面已不需要以太，也可说以太作为电磁场解释。然而以太已不是旧力学的意义。辐射波动之说至此已登峰造极。