欢迎来到靠实验“摆平”争论——托马斯·杨双缝干涉实验与光波展区！

光的本性到底是什么？是波还是粒子？针对这一问题，微粒学派的牛顿与波动学派的胡克、惠更斯展开了长达半个世纪的争论。在这场争论的最初阶段，双方都还没有形成完整的理论，也没有十分具有说服力的实验可以佐证自己的观点。随着研究的深入，微粒学派与波动学派都试图用各自的理论解释新的光学现象，如牛顿环现象、冰洲石的双折射现象，由此引发了更加激烈的争论。微粒学说与波动学说也在这个过程中逐步地建立起来。

“波粒辩论场”通过模拟牛顿与胡克、惠更斯争论的场景，展示了光的波动学说与微粒学说的第二次交锋。拿起听筒，听一听他们的观点是什么？

我们知道，牛顿是一位非常有名的科学家，由于他在力学领域对科学界所作出的巨大贡献，成为了当时无人能及的科学巨匠。随着牛顿声望的提高，纵使有许多现象是微粒学说无法解释的，人们还是不断重复他的实验并坚信他的结论。整个18世纪，几乎无人向微粒学说提出挑战，也很少再有人对光的本性作进一步的研究。但这场争论并没有平息，1801年，托马斯·杨进行了著名的杨氏双缝干涉实验，使沉默百年的波动学说重新活跃起来。

托马斯·杨在进行光的双缝干涉实验的场景中可以看到，在这个昏暗的房间中，一个点光源同时进入两个距离非常近的狭缝，在对面的光屏上出现了明暗相间的条纹，这就是光的干涉现象。

这个实验装置就是杨氏双缝干涉实验的装置。在这里切换不同颜色的光源，旋转圆盘更换不同间距的双狭缝，可以观察到不同的实验现象。在最初进行这个实验时，托马斯杨使用的是白色光源，它产生的实验现象是彩色的明暗条纹，随后他改进了实验，将白光换成了单色光，得到了更加清楚的明暗相间的条纹。那么为什么会产生这样的现象呢？

实验展项的上方展示的是用水波模拟的双缝干涉实验，直观清晰地展示了两列波的相遇与干涉现象的发生。旁边的展板上讲述了干涉现象发生的原理。

我们可以看到这样的一列波，在这一列波中最高的位置是它的波峰，最低的位置是它的波谷。当波峰与波峰相叠加、波谷与波谷相叠加，这些位置的振动都得到加强，并且始终是加强的，这些区域就成为振动加强区。而一列波的波峰与另一列波的波谷相叠加，则该处的振动减弱，并且始终是减弱的，这些点就形成了振动减弱区。这样就形成振动加强区与振动减弱区相间隔存在的稳定的干涉图样。

这就是著名的杨氏双缝干涉实验，它证明了光的波动性。由于此时托马斯·杨的理论还不够完善，与他意见相左的微粒学派用光的偏振现象批驳了他的波动学说。在争论中，托马斯·杨再次进行了深入的研究，提出了光是一种横波的假说，建立了新的波动理论。这就是光的波动学说与微粒学说的第三次交锋，它以波动学说的胜出告终，托马斯·杨的双缝干涉实验在这一次的争论中起到了关键的作用。

我们在开始提到了一个光学现象，牛顿环的现象——将平凸透镜放在一块平板玻璃上，光透过透镜之后会产生彩色的环状光斑。举个例子，大家都知道手机贴膜，当膜贴下去之后，我们按压透明薄膜的时候，会产生一个彩色的光斑。这个就是当时牛顿定义的“牛顿环”，它也是光的干涉现象。我们生活中还有一种很常见的干涉现象，叫做“薄膜干涉”，比如潮湿地面上残留的油膜在阳光下呈现出七彩的颜色；透明的肥皂泡在阳光的照射下变得五彩斑斓，这都是薄膜干涉现象。这一现象还可以被用来检测物体表面的平整度。在一些光学元件中，比如相机镜头、眼睛镜片上会使用增透膜，以及在手机、平板等电子产品的屏幕上也会用增透膜来提高显示效果和触控的灵敏度。在另一类光学元件中会使用增反膜来加强反射光的强度，比如在玻璃上使用增反膜可以有效地降低室内或者车内的温度，这些都用到了干涉的原理。