关于光学发展的哲学思考.doc

《现代科技革命与马克思主义》关于光学发展的哲学思考姓名：王聪学号：200911688信息科学与工程学院关于光学发展的哲学思考摘要：光学既是物理学中最古老的一个基础学科，也是当前科学研究中最活跃的前沿 阵地，它具有强大的生命力和不可估量的前途光学的发展过程是人类认识客观世界 的进程中一个重要的组成部分，是不断揭露矛盾和克服矛盾、从不完全和不确切的认 识走向较完善和较确切认识的过稈0关键词：光学发展，哲学思考，研究探索引言:光学是一门既古老乂年轻的学科，是物理学中一个重要的分支，是研 究光（电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科光学 的发展大致可分为5个时期：一、萌芽时期；二、几何光学时期；三、波 动光学时期；四、量子光学时期；五、现代光学时期传统的光学只研究 可见光，现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究光是一种电磁波，在 物理学中，电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组描述；同吋，光具有波 粒二象性，需要用量子力学表达通过分析10（）多年來的诺贝尔物理学奖我们发现：与光学直接或间接相 关的获奖成果有40多项这些获奖的光学研究工作对于物理学的发展起到 了菲常重要的作用特别值得一提的是龙论是相对论还是量子力学的建立, 都与光学的发展密切相关。

例如：相对论的基本假定之一就是光速不变原 理；而量子力学的建立则是从对普朗克的黑体辐射、玻尔的氢原子的光谱 结构以及爱因斯坦的光电效应的讨论开始的［1］1・生产实践中发现光本质的一般规獰根据典籍记载，古代对光的认识大多集中在光的直线传播、光的 反射、大气光学、成像理论等多个方面约在公元前400多年（先秦的代）， 的《墨经》中记录了世界上最早的光学他识它有八条关于光学的记 载，叙述影的定义和牛成，光的直线传播性和针孔成像，并且以严谨的文 字讨论了在平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系从墨崔开始后 的两千多年的漫长岁月构成了光学发展的萌芽吋期，在此期间光学发展比 较缓慢光学萌芽时期，在牛产和社会需要的推动下，西方在光的反射和透镜 的应用方面，逐渐有了些成果克莱门徳和托勒密研究了光的折射现象， 最先测定了光通过两介质吋的入射角和折射角培根提出透镜校正视力和 采用透镜组构成望远镜的可能性，并描述了透镜焦点的位置阿玛蒂发明 了眼镜波特研究了成像暗箱，并在1589年的论文《自然的魔法》中讨论 了复合而镜以及凸透镜和凸透镜组的组合综上所述，到15世纪末和16 世纪初，凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱和幻灯等光学元件已和继 出现。

几何光学吋期可以称为光学发展史上的转折点，在这个吋期建立了光 的反射定律和折射定律，奠定了几何光学的基础同时为了提高人眼的观 察能力，人们发明了光学仪器荷兰的李普塞在1608年发明了第一架望远 镜笛卡儿约在1630年在《折光学》中给出了用正弦函数表述的折射定律 接着费马在1657年首先指出光在介质中传播吋所走路程取极值的原理2. 发现矛盾与解决矛盾使事物不断发展从十七世纪开始，就发现有与光的直线传播不完全符合的事实意大利 人格里马第首先观察到光的衍射现象，接着，胡克也观察到衍射现象，并 口和波意耳独立地研究了薄膜所产牛的彩色干涉条纹，这些都是光的波动 理论的萌芽牛顿于公元1704年出版的《光学》，提出了光是微粒流的理论但是， 这种微粒流的假设也难以说明光在绕过障碍物之后所发牛的衍射现象同 吋，以惠更斯为代表的波动说也初步提出来了关于光的微粒说和波动说的 斗争，在逐渐形成，这种斗争在以后的过程中，一方面各自发展，另-•方面时刻 在剧烈斗争由于牛顿当时己在物理学界中声望较高，而且他的微粒学说能解释 光的许多现象，因此，有许多支持者，这时，微粒说占优势惠更斯在1678年《论光》一书中从声和光的某些现象的相似性出发，认为 光是在“以太"中传播的波.菲涅耳于1818年以杨氏干涉原理补充了惠更斯原 理，由此形成了今天为人们所熟知的恵更斯■菲涅耳原理，用它可圆满地解 释光的干涉和衍射现象，也能解释光的直线传播。

1860年前后，麦克斯韦的指出，电场和磁场的改变，不能局限于空间 的某一部分，而是以等于电流的电磁单位与静电单位的比值的速度传播着， 光就是这样一种电磁现象这个结论在1888年为赫兹的实验证实光的电 磁论在整个物理学的发展中起着很重要的作用，它指出光和电磁现象的一 致性，并且证明了各种自然现象Z间存在这相互联系这一辩证唯物论的基 本原理，使人们在认识光的本性方面向前迈进了一大步在此期间，人们还用多种实验方法对光速进行了多次测定1849年斐索 运用了旋转齿轮的方法及1862年傅科使用旋转镜法测定了光在各种不同介 质中的传播速度3. 事物的对立与统一1900年，普朗克从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念，提出了 辐射的量子论他认为各种频率的电磁波，包括光，只能以各自确定分量 的能量从振子射出，这种能量微粒称为量子，光的量子称为光子量子论 不仅很口然地解释了灼热体辐射能量按波长分布的规律，而且以全新的方 式提出了光与物质相互作用的整个问题量子论不但给光学，也给整个物 理学提供了新的概念，所以通常把它的诞牛视为近代物理学的起点1905年9月，爱因斯坦提出了狭义相对论的基本原理，指出：从伽利略和 牛顿时代以来占统治地位的古典物理学，其应用范围只限于速度远远比光速小的 情况［2］。

从光的干涉、衍射、偏振以及运动物体的光学现象都确证了光是电磁 波，且乂从热辐射、光电效应、光压现象以及光的化学作用都无可怀疑地证明了 光的量子性——微粒性这样，光的波动说和微粒说的矛盾又提出了，我们可以 看到，它们又各自统治着自己的领域事物是相互联系的对于光的本性问题，是否能找到一个把两种理论联系起 来的理论呢？ 1924年，德布罗意创立了物质波学说，他大胆•设想物质的粒子都 和一定的波相联系光不仅具有波动性还具有微粒性，即波粒二象性这样， 对光的本性的认识就更完美了这个认识促进了原子核和粒子研究的发展， 也推动人们去进一步探索光和物质的本质，包括实物和场的本质问题实 际上，这也是微观物质所共有的属性对于宏观世界中连续的波动和不连续 的量子，在经典物理学中的简化的、机械概念中，是互相排斥的，而在客观实际 的自然现象中，它们却是统一的、共处的4. 科学与真理的探索永无止境现代光学和其他学科和技术的结合，在人们的牛产和牛活中发挥这日益重大 的作用和影响，以我的专业——激光物理为例从20世纪中叶起，随着新技术的出现，新的理论也不断发展，已逐步形成 了许多新的分支学科或边缘学科，光学的应用十分广泛。

特别是激光的发明，可 以说是光学发展史上的一个革命性的里程碑，由于激光具有强度大、单色性好、 方向性强等一系列独特的性能，口从它问世以来，很快被运用到材料加工、精密 测量、通讯、测距、全息检测、医疗、农业等极为广泛的技术领域，取得了优异 的成绩此外，激光还为同位素分离、储化，信息处理、受控核聚变、以及军事 上的应用，展现了光辉的前景在现代光学本身，由强激光产牛的菲线性光学现象正为越来越多的人们所注 意激光光谱学，包括激光喇曼光谱学、高分辨率光谱和皮秒超短脉冲，以及可 调谐激光技术的出现，已使传统的光谱学发牛了很大的变化，成为深入研究物质 微观结构、运动规律及能量转换机制的重要手段它为凝聚态物理学、分子牛物 学和化学的动态过程的研究提供了前所未有的技术支持结论：科学本身是探索，是认识世界的过程爱因斯坦说：“人类只能发现现象， 但不能发现现彖存在的原因 [3]当我们认为似乎找到了某个现彖存在的原因 吋，随后就会发现，这个原因仍然是个现象，它的背后仍然还有原因人类在探 索太多的为什么的过程中己经找到了答案.但仍然有很多未知的问题需要解答 科学探索推动人类社会科学发展，人类社会科学发展促进和要求人类进行新的科 学探索。

参考文献：[11李多，杨婷，刘大禾，“从诺贝尔物理学奖看光学的发展，”大学物理，25(5), 2006o[2] 苏斯捷潘诺夫《光学300年》[M].科学普及出版社，1981, 213页[3] 爱因斯坦A.爱因斯坦文集【C】・北京：商务印书馆，1976致谢:非常感谢孙老师在炎热的夏天坚持给我们上课孙老师的教学方法打破了以 往思想政治课的固定模式，使课堂气氛十分活跃，同学们都不自觉地融入其中 我们不再是被动的接受知识，而是开始学会自己思考和评论孙老师结合时事和 历史、图片和视频、讨论和发言给我们丄了一堂堂牛动的课程，使我开始对哲学 感兴趣孙老师广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工 作作风使我终牛受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意感谢我的导师张行愚老师，张老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益 求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的祟高风范，朴实 无华、平易近人的人格魅力深深影响了我在课程学习中得到了许多同学的帮助和支持，在此一并致以诚挚的谢意感 谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友！王聪200911688信息学院光学工程前沿简介——“神光”工程人类的能源从根本上说来自核聚变反应，即发牛在太阳丄的“轻核聚变”。

人 类已经在地球上实现了不可控的热核反应，即氢弹爆炸要获得取之不尽的新能 源，必须使这一反应在可控条件下持续地进行为实现可控核聚变有两种方法， 一是科学家们用托卡马克装置开展“磁约束聚变‘的研究另一条技术路线于20 世纪60年代初提出的“激光惯性约束核聚变S惯性约束核聚Inertial Confined Fusion ICF ）的基本原理是：使用强大的 脉冲激光朿照射氛、氟燃料的微型靶丸上，在瞬间产牛极高的高温和极大的压力， 被高度压缩的稠密等离子体在扩散之前，向外喷射而产牛向内聚心的反冲力，将 靶丸物质压缩至高密度和热核燃烧所需的高温，并维持一定的约束时间，完成全 部核聚变反应，释放出大量的聚变能然而聚变反应所要求的条件却极为苛刻 首先要有1亿度左右的高温；其次，参与反应的粒子密度要足够高并能维持一定 的反应吋间ICF研究中关键设备是大功率的激光器神光”在时间上分为I, II, III代，2007年2月4日，中物院神光III激光 装置实验室工程举行了盛大的开工奠基仪式规划中的“神光装置是一•个巨 型的激光系统，比当前世界最大的NOVA装置还要大一倍多原计划它具有60 束强光束，紫外激光能量达60KJ,质量和精密性要达到匕一世纪的国际先进水平, 现在该计划可能已经进一步修改，以提高能量规模。

惯性约朿聚变点火工程（2020 年）被已确定为《国家中长期科学和技术发展规划》的十六项重大专项之一神光III装置是世纪之交我国历史上光学领域最宏伟的科学工程，必将全面带 动相关科学技术攀登世界水平，是我国综合国力在科技领域的标志性体现，其作 用和意义不亚于当年的“两弹S这是挑战也是机遇，在王洽昌、王大玳、于敏等 老一辈科学家带领下，已奋斗了三十多年，取得嘱H成果，而这只不过是序幕， 需要几代人的不懈努力根据规划，我国在2010年前后还将研制“神光IV”核聚 变点火装置王聪200911688信息学院光学工程。