艾萨克·牛顿爵士，著名物理学家、数学家，剑桥卢卡斯数学讲席教授、皇家学会会长、皇家铸币厂厂长。万有引力定律、运动定律、微积分、光的色散……普通人若是做出其中一项便可名垂青史，结果牛老师一个人全包了。
正所谓“自然和自然的法则在黑夜中隐藏；上帝说，让牛顿去吧！于是一切都被照亮。”（此句出自英国诗人蒲柏）
除了苹果、除了高中生死磕的牛一、牛二、牛三，牛顿本人在光学方面同样表现出了终生的兴趣。《光学》就是他的一部重要著作。本期探物求理，我们就来探究一下牛顿的三棱镜分光实验。
雨后天边挂着一道彩虹，这是一种美丽的自然现象，也引发人们对光的色彩的思考。光为什么会有不同的颜色呢？
早在13世纪，就有一位名叫西奥多里克（Theodoric）的德国传教士，模仿彩虹的形成进行了实验。但他在解释彩虹成因时并未摆脱亚里士多德的教义，即认为颜色不是物质的客观属性，而是人们主观视觉印象，一切颜色由亮与暗、白与黑按比例混合而成。而光的四种颜色：红、黄、绿、蓝处于白与黑之间，红色明亮，接近白，蓝色昏暗，接近黑。当阳光进入媒质（例如水），从不同深度折射回来的光的颜色不同，从表面折射回的光为红色或黄色，从深部折射回的光为绿色和蓝色。雨后天空布满水珠，因而折射出彩虹。这是最初人们对彩虹现象的粗浅理解。
笛卡尔对彩虹现象也很感兴趣，1637年他用三棱镜实验检验西奥多里克的论述。他让阳光经过三棱镜发生两次折射后投射在屏上，发现无论光照在棱镜的哪一部位，折射后屏上的图像都一样，从而否定了西奥多里克的解释。可惜的是，笛卡尔未能看到色散后的整个光谱。
1648年，一位捷克医生马尔西用三棱镜看到了阳光分解后的七色光，但没能正确解释。他的观点是：光有颜色是太阳光与物质相互作用的结果。
由上，我们看出许多人都与光的颜色这一发现擦肩而过，他们或不能正确解释，或没有取得全面的实验结果。而独独在牛顿这里，真理向他亲切招手。
19岁时，牛顿就考入了著名的三一学院，并因勤奋好学受到巴罗教授的赏识和栽培。听巴罗的光学课、帮巴罗写《光学讲义》，由此开始对光学实验产生兴趣。这一时期，望远镜、显微镜是科学界的热门事物。放大倍数增加而带来的像差和色差问题吸引了众多关注。为了消除色差，牛顿决心研究光的颜色。
在笛卡尔等人的基础上，牛顿设计了自己的三棱镜分光实验。他将一个房间布置为暗室，只在窗板上开一个圆形小孔，小孔面前放一个三棱镜。阳光射入小孔经三棱镜投射到的墙上，便得到了充分展开、各色俱全的光谱。
笛卡尔因棱镜与屏的距离太近，没能观察到完整展开的光谱，只注意到光带的两侧边缘分别呈现蓝色和红色。至于马尔西医生，牛顿又拿一块棱镜，在两块棱镜间置一带小孔的屏，通过小孔的单色光经由第二块棱镜投射在墙上，颜色并未改变。从而否认了光与棱镜相互作用而显色的说法。
既然白光由彩光组成，被棱镜分解得来的彩光也应该能合成为白光；三棱镜之所以能分解太阳光，应该是各色光对棱镜有不同的折射率。牛顿随后成功做出色光合成白光的实验，又测定了七色光在三棱镜中的折射率，最终通过大量实验精确地解释了光的色散现象。
色光合成问题的思考
假如白光由七色光组成的结论正确，那么七色光反过来必定能合成白光。所以色散问题中，彩光合成白光的实验同样重要。不妨思考一下这样的说法：根据光路可逆原理，在一块三棱镜后再倒放一块三棱镜，就能得到合成白光。
真的是这样吗？
如同下面插图所示？
《教学中三菱镜光的色散与复合之实验研究》
图1来自《牛津图解中学物理》（through diagrams PHYSICS）（2001版），图中文字还明确指出“使用一块相同的棱镜”即可实现白光合成，图2来自英国Longman GCES Physics（2002版），我国早年的中学教科书也多有类此。
事实上，图片中白光合成的情况与实际不符。增加的那个倒置三棱镜如果与第一个三棱镜完全相同，经由第一个射出的发散光束再经第二棱镜后只能是一束平行光，而不是会聚为白光。
《两个三菱镜能将白光还原吗？》
如上，很简单就能画出光路图。两个完全一样的三棱镜无法合成白光，实际只能出现两种情况：（1）两个棱镜相距较远，照射在第二个棱镜上的是彩光带，从第二个棱镜出射的为平行彩光带；（2）两个棱镜相距很近，比如贴在一起，那么从第二个棱镜出射的应是的白色平行光束，并带有难以辨认的红的和紫的边缘。在第二种情况下，不能认为实现了光的复合，而是白光没有色散过。
牛顿本人的光的复合实验是再利用透镜将发散的色光重新会聚，从而得到复合的白光。其实，第二个棱镜如果顶角或折射率与第一个棱镜不同，如图摆放还是可能实现光的复合，但图中画出两个完全相同的棱镜显然是谬误。
再谈牛顿
牛顿的三菱镜分光实验
哪种角度看到最佳的展开光谱？如何摆放能使色光重新合成为白光？
纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。既然小小的三棱镜分光实验里藏着许多细节，相信要实地动手操作才能真正理解。
湖北省科学技术馆新馆给我们提供了这样的机会。数理世界就有展项——牛顿的三棱镜分光实验，参观者需要调整棱镜来自行完成实验。
最后，希望诸位谈及牛顿时，除了想到《关于我被苹果砸到的那件小事》，还能看见
相关文章：
聚合E家指纹锁维修 [400报修热线] 24小时服务热线05-19
框客指纹锁全国售后服务点热线号码05-19
易苏达智能锁400全国各售后服务热线号码实时反馈全+境+到+达05-19
微娜指纹锁售后维修热线|网点查询05-19
欧瑞博智能锁售后维修网点热线查询05-19
现代燃气壁挂炉全国报修400热线05-19
北燃德亿壁挂炉售后热线24小时人工热线05-19