世界近代中期科技史-第7节
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对此无能为力。这样，杨氏就以光的干涉现象这一判决性的实验事实，对光
的波动说作出了有力的证实。
在光的干涉现象的实验基础上，杨氏于同年在英国皇家学会的《哲学会
刊》上发表论文，一方面介绍了他所进行的光的干涉现象的实验，另一方面
也对他所进行的光的干涉实验与牛顿所进行过的“牛顿环”实验进行了理论
解释。在这篇论文中，杨氏首次提出了光波的干涉概念，并同时提出了光的
干涉定律：来自同一光源的两束光线，当其方向平行或接近平行，且其路程
差等于波长的整数倍时，光线互相加强；在其相干部分的中间态上，光线最
强。在文中，杨氏还指出了相干光与不相干光的区别，公布了他首次近似测
得的光线的波长，指出了不同色光的波长各不相同，并以光的波动说为基础，
提出了人的视觉理论。
此后，杨氏又对光的波动说进行了一些新的实验和理论研究。1803年，
他又写了一篇题为《物理光学的实验和计算》的论文，依据他的光的干涉定
律，对光的衍射现象作了进一步的理论解释，认为衍射实际上是直接通过衍
射缝的光波和边界波的干涉。这篇论文于1804年发表于英国皇家学会的《哲
学会刊》上，尽管杨氏在文中对光的衍射现象所作的理论解释尚不十分成功，
但他却以此进一步扩大了光的波动说的理论影响。
由于杨氏在英国复兴了原来形成于法国的光的波动说，这就刺激了牛顿
学派，特别是法国的牛顿学派对光学的研究。拉普拉斯（1749—1827年）、
马吕斯（1775—1812年）、阿拉戈（1786—1851年）等人，即是法国的牛顿
学派的代表人物。拉普拉斯在1808年用光的微粒说对光的双折射现象进行了
分析，并在同年写出了对杨氏的光波学说进行驳难的论文。1809年，马吕斯
在一次实验中发现了光的偏振现象，而惠更斯的光波说曾以为光波是一种纵
波，但纵波不可能发生偏振现象，所以，马吕斯认为，这一新的实验事实的
发现，是证实牛顿的微粒说的有力的实验证据。1811年，阿拉戈也发现了光
的偏振现象，并发现偏振光在通过晶体时，能产生丰富的彩色现象。
与此同时，英国的牛顿学派也活跃起来，布吕斯特（1781—1868年）则
是英国的牛顿学派的代表人物。1811年，他对法国的牛顿学派所发现的光的
偏振现象进行了研究，他在实验分析中发现，反射光的偏振的程度，决定于
入射角。当反射光呈全偏振时，反射线与折射线成直角，反射角的正切等于
折射率。这样，他就找到了一个有关偏振现象的经验定律，从而在几何光学
的基础上对新发现的光的偏振现象作了数学上的论证。
光的偏振现象与偏振定律的发现，最初确实显得对光的微粒说有利。在
微粒说的驳难下，杨氏对偏振现象也进行了实验分析和理论探索，经过几年
的努力，他发现，如果光波不是像声波那样沿着运动方向振动的纵向波，而
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是像水波或者像拉紧的琴弦那样垂直于运动方向的横向波的话，即可用光的
波动说对光的偏振现象作出解释。
1817年，杨氏放弃了惠更斯认为光波是一种纵向波的理论，而提出了光
波是一种横向波的假说，从而对光的偏振现象作出了较为成功的解释。同年，
杨氏写信给阿拉戈，在信中，杨氏以光波是一种横向波为新的理论基础，并
吸取了牛顿学派发现的偏振现象与偏振定律方面的成就，对光波学说进行了
新的论证，并对光的微粒说提出了新的驳难。
以后，波粒之争进入了新的高潮，由于菲涅耳（1788—1827年）成功地
进行了新的光的干涉实验，使波动说在与微粒说的对比中，占据了明显的理
论优势，但波动说的胜利并非波粒之争的终结。到了19世纪后期，新的光学
问题又使波动说陷入新的理论危机。直到本世纪初，当德国著名物理学家普
朗克和爱因斯坦提出了光的量子说以后，光的波粒之争才在新的实验基础与
新的理论基础上，以光的波粒二象性的理论统一起来。
2。电学
（1）格里凯起电机
17世纪初，吉尔伯特对静电现象的观察与研究虽然引起了人们对静电现
象的关注，但他只是提出了问题，并未能开拓近代电学发展的道路。在从17
世纪初到18世纪末的近两个世纪之内，近代电学的发展是比较缓慢的。
吉尔伯特之后，意大利一个比伽利略略晚的物理学家卡毕奥（1585—1650
年）也曾对早期电学进行过研究。1629年，他在一次实验中发现了同电相斥
现象，但他无法对自己的发现进行更深入的实验研究和理论研究。因此，研
制新的电学实验仪器，已成为当时电学进一步发展所面临的首要问题。17世
纪中期以后，近代电学之所以继续有所发展，其首要原因是实验技术的进步。
格里凯起电机真正点燃了近代电学的火炬。
曾经任过德国马德堡市市长的物理学家格里凯（1602—1686年），是一
个具有杰出的实验仪器研制才能的实验物理学家。他在物理实验仪器上有两
大发明。一是他在1650年发明了抽气机，即真空泵。抽气机使人类首次掌握
了获得真空的技术，这一技术使他得以在1654年进行著名的“马德堡半球”
实验，即以真空实验为基础的大气压力实验，而这一实验是导致后来蒸汽机
发明的主要实验基础之一。二是他在1660年发明了起电机，起电机的发明则
真正开创了近代电学发展的历史时期。
格里凯在发明抽气机和进行“马德堡半球”实验之后，对静电学进行了
实验研究和理论探索。他发现，有可能根据摩擦起电的原理研制一种摩擦起
电的机械。1660年，他研制出了一个可以在支架的铁轴上连续转动的硫磺球
装置，当在人力操纵下飞快转动的硫磺球与布片摩擦时，即可比手工摩擦产
生更多的电荷，第一台摩擦起电机就这样发明了。
起电机发明后，即传入西欧各国。牛顿对格里凯起电机进行了研究，1675
年，他用玻璃球代替格里凯起电机中的硫磺球，也制成了一台摩擦起电机。
牛顿曾用他的这台起电机研究过引力、斥力、火花放电等现象。到了17世纪
末和18世纪初，在西欧各国乃至北美殖民地，就出现了经过改制的各种式样
的格里凯起电机。由于起电机能获得比手工摩擦时更多的电荷，这样，关注
静电现象的人也逐渐多起来了。
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1729年，伦敦的一个靠领取养老金生活的业余电学爱好者格雷（1670—
1736年）和他的助手在运用格里凯起电机进行一次静电传输实验时发现，只
要用丝线把金属线悬挂得当，静电可沿金属线传输。当时格雷已把格里凯起
电机上产生的微弱的电荷成功地送到765英尺 （约233。172米）远的距离，
他的静电传输实验也许是在近代科学技术史上最早架设输电线路的实验，正
是为了进行这一实验而进行的各种传输材料的选择中，格雷发现了导电体与
绝缘体的差别，他发现丝线不导电，而与丝线同样粗细的铜线却具有很好的
导电性能。格雷因此成为第一个用铜线作导线的人。
1731年，格雷发表了他的静电传输实验报告。在格雷实验的基础上，法
国工程师杜菲在1734年进行了新的实验研究，他发现，摩擦后的两根琥珀棒
相互排斥，摩擦后的两根玻璃棒也相互排斥；但摩擦后的琥珀棒与摩擦后的
玻璃棒却相互吸引。杜菲因此认识到，电有两种，他把其中的一类称为玻璃
电，而把另一类称为琥珀电，而两种电的关系是：同电相斥，异电相吸。杜
菲的发现，是继格雷之后早期实验静电学发展史上又一显著的进步。
后来，法国另一工程师德萨居里埃在格雷的静电传输实验基础上对电的
传输材料进行了更为广泛的实验。1740年，他发表了静电传输实验报告，进
一步论述了格雷的导电体与绝缘体的发现。
由于格雷和杜菲等人的努力，到了18世纪40年代初，人们对于静电知
识便日益丰富起来，从格里凯起电机在1660年发明，经过80余年的积累和
发展，早期静电学终于初具实验与理论基础。
（2）莱顿瓶
格里凯起电机发明后，人们已可在起电机上产生一定的可供实验用的电
荷，但在起电机上产生出来的电荷，不仅电荷量不大，更主要的是不能保存
下来，因而不便于对电学进行更进一步的研究。人们开始探索，能否研制出
某种电器，它能像储存水那样，也能把起电机上产生出来的电荷储存起来。
到了十八世纪40年代中期，人们终于发明了这种电学容器——莱顿瓶。
1745年，德国学者克莱斯特（1700—1748年）最先发明了这种可以使电
流储存起来的装置，但并未用于电学研究。同年，荷兰电学家马森布罗克（1692
—1761年）也独立地发明了一个同样可用来储存电流的装置，因他在荷兰莱
顿大学任教，所以这种蓄电器后来便称为莱顿瓶。
在发明莱顿瓶之前，马森布罗克已对电学进行了较长时间的研究。1745
年初，他最先发现了电震现象，当时一些医学家认为电震现象可能成为一种
新的医疗手段——电疗，正是在这一目的指导下，他独立地发明了蓄电器。
莱顿瓶只能算是一种早期的电容器，它的制作方法，是在玻璃瓶的内外
表面上都贴上锡箔，在瓶塞上再装上一根铜线，这样就可以把起电机上产生
的电荷引入玻璃瓶中，电荷就会在玻璃的锡箔上蓄积起来。在一次实验中，
马森布罗克曾用手触及了已经蓄电的莱顿瓶，他立即感受到了强烈的电击。
而当他用一只手接触莱顿瓶，用另一只手接触铜线时，他立即感到“手臂和
身体产生了一种无法形容的恐怖感觉，总之我以为我命休矣”。这说明，起
电机上所产生的电荷，确实已在莱顿瓶储存起来了。
1745年，马森布罗克发表了莱顿瓶的实验报告。莱顿瓶及其实验迅速传
到法、英等国。法国电学家、杜菲的学生、后来成为富兰克林的竞争对手的
神父诺雷为了获取法王路易十五的欢心，曾以莱顿瓶实验为基础，发明了一
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种别出心裁的电火化娱乐，诺雷让700修士手拉手，在莱顿瓶发出的电震下
同时跳跃，而700个修士身上的袈裟也随之同时飘逸飞舞。莱顿瓶及其实验
传到英国后，电学家沃森（1715—1787年）、化学家卡文迪许以及贝维斯等
人，都曾对莱顿瓶及其实验进行过研究。1745年，沃森等人用莱顿瓶进行了
一次长12276英尺 （约3741。7248米）的远距离导线输电实验，试图以此测
定电的传输速度。虽然沃森等人只是得出了电是瞬时传输的这一初步的结
论，但这一实验却进一步加深了人们对电的传输实验的认识。1746年，沃森
在他的实验基础上发表了《电的性质与特征》这一论著。
有了莱顿瓶之后，人们不但能在起电机上产生出较多的电荷，而且可以
在莱顿瓶中储蓄起少量的电荷了。有了这两种电学实验仪器，近代电学的发
展才逐渐加快了步伐。这两大仪器的发明，不仅直接奠定了近代电学的实验
基础，更重要的是，它们使人们进一步认识到，科学的发展与进步，不仅有
赖于理论思维的发展，更有赖于实验技术的发展。没有实验技术本身的发展
与进步，科学技术的发展与进步是不可能的。
（3）富兰克林
沃森的《电的性质与特征》一书于1746年在英国发表之后，莱顿瓶实验
在英国引起了越来越多的人们的兴趣。当时，一个叫斯宾士的英国学者前往
北美殖民地讲学，他讲学的主要内容是当时电学领域内那些引人注目的最先
发现，而他的主要演示仪器，除了格里凯起电机之外，那就是刚传入英国不
久的莱顿瓶。他在波士顿等地讲学，�
