泊松亮斑

泊松发现的现象

当单色光照射在直径恰当的小圆板或圆珠时，会在之后的光屏上出现环状的互为同心圆的衍射条纹，并且在所有同心圆的圆心处会出现一个极小的亮斑，这个亮斑就被称为泊松亮斑。

简介

泊松是一位坚持光的微粒说的科学家，本来想用这个结论推翻光的波动说，然而，却出现了戏剧性的一幕——这个亮斑反而成了光的波动性的一个有力证据，这是泊松无论如何没有想到的，由于这个亮斑是泊松首先计算出来的，后人就把它称为“泊松亮斑”。

如果把这两件事——手影和泊松亮斑放在一起考察，一个是日常生活中司空见惯的现象，一个是需要一定条件的实验结果，实际上两者恰好从两个不同侧面反映了光的性质：通常情况下，光沿直线传播；在一定条件下，光会显示波动性。所以从这个意义上说，泊松亮斑完全是光传播的正常现象，其“反常”仅是有悖于日常生活现象而已。

现象描述

激光打到不透明的圆盘上，使得圆盘的边缘各点相当于一组次级光源，其衍射的结果，在光屏上形成的圆盘阴影的中心有一个亮点，且阴影的边缘出现明暗相间的光环。这就是著名的泊松光斑。

实验

菲涅耳设计一个实验

利用两个与小孔或不透明障碍物边缘都无关的小光源，用两块彼此接近180°角的平面金属镜，避开衍射，由反射光束来产生干涉现象。并运用大量工具进行数学运算，使实验数据与计算结果一致，被授予优胜奖。菲涅耳用波动说解释影子的存在和光的直线传播，并指出光的干涉现象和声音的干涉现象所以不同，是由于光的波长短得多。

小结

1818年，法国科学院提出了征文竞赛题目：一是利用精确的实验确定光线的衍射效应；二是根据实验，用数学归纳法推求出光通过物体附近时的运动情况。在法国物理学家阿拉果与安培的鼓励和支持下，菲涅耳向科学院提交了应征论文。

他用半波带法定量地计算了圆孔、圆板等形状的障碍物产生的衍射花纹。菲涅耳把自己的理论和对于实验的说明提交给评判委员会。参加这个委员会的有：波动理论的热心支持者阿拉果；微粒论的支持者拉普拉斯、泊松和比奥；持中立态度的盖·吕萨克。菲涅耳的波动理论遭到了光的粒子论者的反对。

在委员会的会议上泊松指出，根据菲涅耳的理论，应当能看到一种非常奇怪的现象：如果在光束的传播路径上，放置一块不透明的圆板，由于光在圆板边缘的衍射，在离圆板一定距离的地方，圆板阴影的中央应当出现一个亮斑，在当时来说，这简直是不可思议的，所以泊松宣称，他已驳倒了波动理论。菲涅耳和阿拉果接受了这个挑战，立即用实验检验了这个理论预言，非常精彩地证实了这个理论的结论，影子中心的确出现了一个亮斑。

这一成功，为光的波动说增添了不少光辉。泊松是光的波动说的反对者，泊松根据菲涅耳的计算结果，得出在一个圆片的阴影中心应当出现一个亮点，这是令人难以相信的，过去也从没看到过，因此泊松认为这个计算结果足够证明光的波动说是荒谬的。但是恰巧，菲涅耳和阿拉果在试验中看到了这个亮斑，这样，泊松的计算反而支持了光的波动说。过了不久，菲涅耳又用复杂的的理论计算表明，当这个圆片的半径很小时，这个亮点才比较明显。经过实验验证，果真如此。菲涅耳荣获了这一届的科学奖，而后人为纪念泊松为实验提供了方法便称这个亮点为泊松亮斑。菲涅耳开创了光学的新阶段。他发展了惠更斯和托马斯·杨的波动理论，成为“物理光学的缔造者”。

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