关于光的色散现象的探讨

摘要：牛顿三棱镜分解太阳光的实验是可以被质疑的。太阳光在极近真空中是一种无色光。色散现象，是光进入光密介质时的色变现象。

关键词：太阳光；真空；无色光；光密介质；色变现象

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1673-8500（2013）06-0112-02 本文相继《从粒子性的角度论述光的折射现象》一文，继续针对以往物理学对光的色散现象的认识展开了质疑与探讨。本文认为，所谓的太阳光应当是无色的，色光，只是无色的太阳光透过光密介质的过程中，光粒子与光密介质中的物质发生作用而形成了使视觉产生色感的另一种光。

一、关于现代物理学对光的色散现象的认识的质疑

自牛顿的三棱镜分解太阳光的实验以来，现代物理学一直认为，太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色复合而成，太阳光之所以看起来是白色，是由于视觉难以同时辨别这七种颜色的缘故。

本文认为，牛顿三棱镜分解太阳光的实验（一下简称牛顿实验）是完全可以被质疑的。

（一）牛顿实验空间条件的质疑

由于牛顿实验是在大气层中的地球表面做的，由《太阳在早晨呈现为红色的形成原理》的理论可知，牛顿实验中所分解的太阳光，已经是被大气层色散后又混合到一起的太阳光。不是真正的太阳光。

本文认为，太阳光必须是在极近真空的空间，而且之前没有透过任何光密介质后的太阳光。所以牛顿实验所在的空间条件并不符合实验要求。

（二）牛顿实验的严格性质疑

即便是牛顿实验预先考虑到了所要分解的太阳光已经是被大气层色散的太阳光，实验空间条件所允许。那么，仅仅以太阳光透过三棱镜后被分解成层次分明的七种色光，也不能证明，分解前的混合在一起的七种色光的性质就与分解后的层次分明的七种色光的性质就是各自对应相同的。甚至牛顿实验中，因为牛顿把分解后的某种单色光再次透过三棱镜继续分解，分解后没有得到其它颜色而仍然是分解前的同类颜色，所以牛顿就得出光和三棱镜没有发生作用，这种逻辑及推理是错误的，是不符合科学标准的。

严格来讲，同一种单色光中，也并非是性质完全相同的光波构成。由试验中，每种颜色的宽度随着距离的增大而增大的现象可以证明，每种颜色自身也存在具有张角的扩散性质，即同一种颜色也是具有折射率不尽相同的性质，也是由性质不尽相同的光波构成，即在单色光范围内也存在单色光自身的不同。所以，严格来讲，同一种颜色也具有不同的性质。也就是说，仅仅因为单色光再次分解后仍然是原来的同一类单色光，不能证明光和三棱镜没有发生作用而产生性质的变化。

所以，牛顿实验的推理是不严格的。不符合科学评断标准的。是可以被质疑的。

（三）牛顿实验与其理论的不符

在牛顿实验的过程中，用另一个性质相同，相对第一个倒置的三棱镜，把色散后的太阳光继续把太阳光又合成了白色，如图1所示。

图中a处是一束白色的太阳光，可视为平行光束，经过三棱镜A后色三成如图b处的七种层次分明的色光，由于这七种色光的折射率不同，每种色光自身的折射率也不尽相同，这束被色散的光，每种单色光以及单色光之间都存在一定的张角，具有扩散性质。即b处被色散的光束中，单色光以及单色光之间具有不平行性质。

按照牛顿实验要求，当b处的层次分明的色光再次通过三棱镜B后，在C又恢复了白色。依此来说明白色的太阳光的确是由七种单光构成的。

但是，既然是由于各种色光的折射率的不同才导致了被三棱镜A色散，而且具有一定的张角的不平行性质，那么同样根据不同的色光，以及单色光之内的折射率的不同姓，加上光透过三棱镜，没有发生性质变化的观点，可以推理，层次分明的但不平行的b处的光再次透过相对倒置的三棱镜B后，得倒的C处的光应当还是层次分明的色光，只是各种色光以及各色光之间具有相互平行的性质，而且方向和a处的光的方向是相同的。

证明（粗略）：

如图2所示：

由三棱镜ABC相对于abc倒置，且性质相同可得：

AB∥ab，AC∥ac。

得：各边上的法线对应平行，再根据折射定律

得：∠4=∠5，，∠3=∠6，

又：ABC≌abc（或相似）

得：∠A=∠a，∠2=∠7，

得：∠1=∠8

得：入射光线L1平行于射出的光线L2。

由于L中的不同色光的折射率不同，经过三棱镜abc色散后，可得到层次分明且不平行的七种色光。所以，在存在一定距离的三棱镜ABC的边AC上得到的入射光应当是层次分明的不同的七种色光。再根据以上证明可知，在三棱镜ABC的边AB以外可以得到层次分明的平行的七种色光光区。而不会是白色的光。

根据以上证明可知，光在两个相互倒置的三棱镜中方向也是平行的，这就相当于光是透过的是一个平行介质。和两个三棱镜无间隙紧密的合并在一起形成一个平行四边形的性质没有本质的区别。

所以，牛顿的实验与其理论是相冲突的。

（四）牛顿实验与相关理论不相符

根据惯性定律，物体在没受到外力作用时将保持原来的运动状态或者相对静止状态。由折射定律（n=c/v）可知，光进入三棱镜（光密介质）后。光的方向及其速度都发生了改变，这种改变就已经说明光进入光密介质时与光密介质中的物质肯定发生了作用。而牛顿在其三棱镜分解太阳光的实验里却得出了光和三棱镜没发生作用，两者相冲突，是不相符合的。

综合以上论述，牛顿的三棱镜分解太阳光的实验是完全可以被质疑的。

二、光的色散现象的实质

由于光的色散现象离不开光要由一种介质进入另一种介质的过程，这与折射现象的前提条件是相同的。所以，可以这样认为，光的色散现象和折射现象只不过是从不同角度对光在两种不同的介质之间的变化的两种描述而已。也就是说，完全可以说光的折射现象的原因同时就是色散现象的原因。

所以，由《物态波形论》以及《从粒子的角度论述光的折射现象》的理论可知，光的折射现象实质上就是光粒子与光密介质中的物质发生作用，在相互作用中改变了光粒子的自转性能，改变了其波动性的性质，从而形成了几种给视觉带来色感的光波。

由《从粒子的角度论述光的折射现象》的理论可知，就是由于三棱镜不是平行介质，光射出时具有加剧光粒子进入三棱镜时产生的自转性能。而光透过的平行介质，射出时产生的自转性能是和进入时产生的自转性能相反，即抵消了进入时的性质的改变，这就是光透过平行介质后没有色散的原因。由此也可以证明，色散现象的确是光粒子透过光密介质时，光粒子与光密介质中的物质发生作用而改变了其性质而形成的。

由以上论述可知，所谓的用另一块倒置的三棱镜能把色散后的色光又符合成白色的光，其实，两个倒置的三棱镜完全可以视为一个平行介质。根据折射的方向，由于透过的两块三棱镜后的折射方向是相反的，所以，光粒子在透过第二块三棱镜时产生的自转性能与透过第一块三棱镜时产生的自转性能是相反的。所以，光粒子连续透过两个相反的三棱镜后相当于其自转性能没发生性质的变化。如图3所示。

所以，仅凭一种单色光再次透过三棱镜没有变成其绝对意义上的另一种颜色；以及两块相反的三棱镜又把色散后的光又变成白光。就总结出光是由七种颜色构成，而且光与三棱镜没发生作用的逻辑推理是错误的，是不符合科学的评断标准的。实质上，色散现象是光与三棱镜发生作用而改变了光的性能的结果。

三、讨论

新概念

无色光：属于可见光，但是，不会给视觉到来色感的光。不同于传统意义上的视觉无法同时辨别七种光的白色光。

色变现象：无色光（或者色光）透过光密介质时与光密介质中的物质发生作用而形成使视觉产生色感的光（或者不同于之前的色光）的一种自然现象。

由《早晨太阳呈现为红色的形成原因》的理论可知，大气层中的太阳光已经是被大气层折射同时色散的太阳光了。所以，牛顿在实验之后说，白色的太阳光看起来的确是很美丽的并不是错误，但是，由第二节的理论可知，牛顿的实验认为，分解前的混合在一起的七种色光就是由分解后的层次分明的七种色光构成的观点是错误的。

本文认为，所谓的太阳光，应当是极近真空中的、之前也未未曾经过任何光密介质的太阳光，是一种不会给视觉带来任何色感的光，可称之为无色光。依据第二节的理论，所谓的色光，是无色光透过光密介质时的色变现象。如图4所示。

由《自由运动论》的理论可知，光粒子的性能也是不尽相同的，所以本为所谓的无色光，也是由不尽相同的光波构成。只是相当于无色光比色光更细微（更细微的物理意义另作细致论述），也正因为更细微，才不会使视觉产生色感的。

根据以上分析，本为认为，把无色的太阳光进入大气层发生了色变、而视觉上无法同时辨别七种光的混合光定义为白色光，是可以的。但是不能和无色光混为一谈。因为白色是不能同时辨别混合在一起的七种色光；无色光是不能使视觉产生色感。两者有本质的区别。

所以，本文认为，把不能产生色感的真空中的太阳光定义为无色光来区别于传统意义上的白色光，是有一定的物理意义的。

四、无色光定义的哲学性

结合《论的哲学性》一文，把极近真空中的太阳光定义为无色光，即有其物理意义，也有其哲理性。

在《自由运动论》中，把太阳光中的光粒子假设为最小的物质粒子，而较大粒子，以及宏观物体都是有光粒子在今后的碰撞中形成的，所以，可以这样认为，这些不尽相同的光粒子在真空中显示为无色的光，而色光就是在光粒子和光密介质中的物质发生作用而形成的另一种光。即有色光形成于无色光，即符合“万物生于有，有生于无”的哲学思想。

所以，本为把极近真空中的太阳光定义为无色光，即是符合《自由运动论》的理论，有一定的物理意义，也具有一定的哲理性。

五、结论

太阳光是无色的，所谓的色散现象，是光透过光密介质时发生的色变现象。只有从色变现象的角度认识光在大自然中的变化这一自然现象，才能符合客观规律，符合其物理性及其哲学性。

六、结语

本为相继《从粒子性的角度论述光的折射现象》一文，继续论述了色散这一自然现象，而且从色变现象的物理意义上更正了以往物理学对色散现象的认识。再次从微观的方面证明了《自由运动论》的普适性。