1672

研究人员：

艾萨克·牛顿

研究领域：

光学

结论：

白色是彩虹的所有颜色混合形成的

“白色”是一种颜色吗？

探究白光的特性

艾萨克·牛顿自幼体弱多病。他出生于1642年的平安夜，刚出生的牛顿看起来又瘦又小，大家都觉得他根本熬不到白天。牛顿三岁时，他的父亲去世了，随后他的母亲改嫁给了一位有钱的牧师，可怜的小男孩被托付给了粗枝大叶的外祖父母。孤独的童年赋予了牛顿内省的性格，他喜欢专注地思考各种各样的问题，从彩虹的颜色到月亮和行星的运行轨道。这让他成了历史上最伟大的科学家。

17世纪60年代末，牛顿设计制造了一台反射望远镜——这是世界上最早的反射式望远镜。后来他又造出了第二台。当时牛顿在剑桥大学担任卢卡斯数学教授，他在课堂上提到了自己的发明。皇家学会的管理者看到望远镜后立即授予了牛顿院士资格，并询问他还做了哪些研究。1672年2月6日，牛顿给皇家学会写了一封回信，详细阐述了自己的棱镜实验。

光谱

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“我制造了一间暗室，然后在窗户的遮光板上凿了一个小洞，让一束阳光透过小洞照进暗室。接下来，我把棱镜放在光束中，将阳光折射到对面的墙壁上。”

透过棱镜的阳光形成了五彩斑斓的光谱，色带的长度是宽度的五倍，牛顿大吃一惊。他试着调整各个实验条件：将棱镜放到遮光板外面，让光束照射棱镜更厚的部分，把遮光板上的洞开得更大，但结果还是和原来一样。于是牛顿得出结论，自己观察到的现象一定来自光的折射。

牛顿仔细测量了房间的长度，由此计算出光的折射角度，最后发现，蓝光的折射角大于红光。牛顿宣布，他在光谱中观察到了七种颜色：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。大部分人觉得蓝色就是光谱的尽头，但下方的色带的确还有细微的差异。或许牛顿的眼睛特别敏感，或许他早就认定了颜色应该有七种，因为“七”在他心目中拥有神秘的重要地位。

“然后我开始猜测，也许光……不是沿直线传播的，也许不同颜色的光各自按照一定曲率的弧线传播，所以才会在墙上投下斑斓的色带。当我想到被球拍击飞的网球沿弧线飞行，我就更加怀疑这一点了。”

旋转的网球一侧受到的空气阻力比另一侧更大，所以牛顿猜测光粒子也会产生相似的效果——他相信光由粒子（或者说“球状体”）组成。可是他的实验表明，光的确是沿直线传播的。

接下来，牛顿做了一个所谓的“判决性实验”。他在一块板子上戳了个洞，然后把它放在墙和棱镜之间，每次只允许一种颜色的光透过小洞。挡板后有另一块棱镜，某种颜色（比如说绿色）的光透过小洞穿过第二块棱镜，再次发生折射，在墙上投下一片绿色的光影。牛顿发现，光第二次折射的角度和第一次完全相同，而且颜色不会发生任何变化，也不会进一步分化成其他颜色。

白光是什么？

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牛顿总结道，阳光“由不同折射角度的光线组成，根据折射角的不同，这些光线在墙上投影形成色带”。换句话说，白色的阳光是所有颜色的光混合组成的，棱镜可以把白光分解成色带，因为每种颜色的光折射角度各不相同。“基于同样的原理，我们可以解释坠落的雨滴里为什么会出现彩虹。”

最后，牛顿用一组透镜（或者另一个棱镜）将所有颜色的光重新组合形成白光。在附言的四个段落中，他描述了自己如何意识到反射式望远镜可以消除普通透镜式望远镜难以摆脱的色像差，于是他亲自造了一台新式望远镜，用它来观察木星的卫星和新月相位的金星。

然后牛顿继续写道：“所有自然物体的颜色都来源于此，我们之所以会看到物体的颜色，是因为它反射了更多这种颜色的光。”在暗室里，牛顿把各种物体放在光谱中观察，结果发现，任何物体都可以随心所欲地改变颜色，但是“如果物体在阳光下呈现某种颜色，那么只有在这种颜色的光带中，它看起来才最为鲜艳生动”。