法拉第(31)_學達書庫

三一

　　光是一種波，這是無疑的了。然而，光是什麼樣的波呢？惠更斯認為光是縱波。大家也一直把光看做像聲音一樣，是一種疏密波。1809年，法國物理學家馬呂斯在研究光的反射的時候，重新發現了惠更斯曾經發現過的光的偏振現象。馬呂斯還以為自己的發現否定了光的波動說，因為在他看來，疏密波是不可能有偏振的。1817年，托馬斯·楊提出了一種全新的見解，他假設光是橫波，成功地解釋了偏振現象。天然光線在和傳播方面垂直的平面裡，各個方向的振動都有，是雜亂的。天然光線射到某些晶體上，經過適當的反射或者折射，就像通過一個狹窄的柵欄，能夠得到單一方向振動的光，這叫做線偏振光。1809年，法國物理學家菲涅耳和阿拉哥用實驗證明，兩束振動方向互相垂直的線偏振光不產生干涉，這就最後證明了光是一種橫波。

　　波是振動的傳播。要有波，必須有一種物質，它能夠發生振動，並且作為媒介傳播這種振動。聲波用空氣做媒介，水波用水做媒介，光波的媒介是什麼呢？

　　太陽上如果發生一次爆炸，不管它聲音多響，人們在地球上是聽不到的，因為聲波不可能穿越真空。可是太陽發出的光卻能夠穿越真空，到達地球上。這是為什麼呢？為了解釋光波能夠通過真空，物理學家們假定，真空中存在一種所謂的「以太」物質，光波就是依靠「以太」傳播的。

　　以太這個名詞，是古希臘人創造的。他們認為，空中充滿了以太，主張光的波說的人，借用以太這個古老的名詞，賦予它許多奇妙的性質。傳播光波的以太無所不在，不但要充滿宇宙空間，而且要滲入氣體、水、玻璃等一切透明體中。光的以太必須沒有質量，沒有一點摩擦阻力，不影響行星運動，也不影響分子和原子的運動。這樣說來，以太一定是一種極其稀薄的氣體。然而，氣體和液體裡不能傳播橫波，只有固體才能傳播，所以以太必須具有固體的性質。既是極稀薄的氣體，又要具有固體的性質，這是自相矛盾的。

　　對於菲涅耳和安培等倡導以太的人來說，這是一個難以克服的困難。然而，儘管有困難，光借助以太傳播的假說，仍舊越來越風行。

　　法拉第對這種機械論的由微粒組成的以太抱著懷疑的態度。對他來說，所謂的真空就是場。場中充滿了電力線、磁力線，還有引力線，這些力線不就可以振動嗎？它們不就可以傳播波嗎？為什麼一定要有以太存在呢？法拉第一直相信，光的波動是和電磁有關係的。

　　1845年8月30日，法拉第再次研究電和光的關係。這類實驗過去已經做過五次，全失敗了。現在是第六次。法拉第把透明的導電的電解質放在兩個電極中間，在電極上加上很高的電壓，然後讓一束偏振光通過這個電解質。結果對偏振光沒有什麼影響。

　　實驗失敗了。法拉第又把導電的電解質改成不導電的電介質，水晶、冰洲石、玻璃、松脂他全都試了，全都失敗了。這第六次嘗試，又以失敗告終。

　　30年以前，法拉第跟隨戴維遊歷意大利的時候，看到過意大利科學家莫裡契尼所做的一個實驗。莫裡契尼把一枚鋼針放在一個大凸透鏡下，透鏡對準太陽，把陽光會聚到鋼針上，他想借助陽光使鋼針磁化。實驗失敗了，但是莫裡契尼的思想——光和磁有關係，給年輕的法拉第留下了難忘的印象。現在法拉第所做的用電場影響光的實驗失敗了，他決定把電場改成磁場。這是試圖用另一種方式證實莫裡契尼的設想，同時也是法拉第自己的推斷。

　　法拉第把一種透明物質放在電磁鐵的兩個磁極中間，前後各放一個尼科耳棱鏡，前面的做起偏振器，後面的做檢偏振器。入射的天然光線通過起偏振器以後成為線偏振光，它穿過被試驗的物質，射到檢偏振器上。調整起偏振器和檢偏振器偏振面的相對位置，當它們互相垂直的時候就沒有光線射出。法拉第拉通電磁鐵的電源，希望磁場能使線偏振光的偏振面發生旋轉，這樣的話，就會有光線從檢偏振器射出。但是不行，沒有光線射出。磁場對於被試驗的物質中的線偏振光沒有影響。

　　法拉第拿各種各樣的透明物質來試驗，全都不行。最後，他拿自己在15年前試製出來的一條長方形的重玻璃做試驗，終於獲得了成功。電源沒有接通的時候，檢偏振器後是一片漆黑，電源接通以後，出現了一線淡淡的光。法拉第反復試驗，都是同樣的結果。顯然，磁場使重玻璃中的線偏振光的偏振面發生了旋轉。法拉第在1845年9月13日的實驗日記裡寫著：「實驗證明磁力和光彼此是有關係的。這個事實對於這兩種狀態的自然力的研究，很可能具有巨大的價值，由此很可能產生極豐碩的成果。」

　　磁和光發生了聯繫。兩種似乎毫不相干的自然現象，竟是密切相關的！

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