光學終結者:馬克士威

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這四條敘述可以歸納為一句話:「變動的磁場生電場;變動的電場生磁場。」馬克士威當年正是根據這個(數學)結果,大膽預測電磁波的存在。

三國演義

人類有兩個非常敏銳的「光感測器」,所以光學的起源相當早,而且最初的光學理論和視覺理論幾乎可以畫上等號。例如嚴格說來,歐幾里得的《光學》應該 譯為《視覺學》才對──直到如今,英文optic仍然保有「光」與「視覺」的雙重含義,例如光纖(optic fiber)屬於前者,視神經(optic nerve)屬於後者。

就西方科學史而言,這本《視覺學》當然就是光學的起點。但我們若採用更宏觀的標準,光學的歷史還可以再往前推。例如在《墨經》這本中文典籍裡就有好些和光學相關的記述,包括針孔成像的現象,即使這本書並非墨子本人所著,成書時間也應該比《視覺學》早一點。

總而言之,光學的歷史絕對超過兩千年。

另一方面,人類並非鯊魚或鴿子的後代,欠缺敏銳的「電感測器」和「磁感測器」,因此電/磁學姍姍來遲是理所當然的事。在中世紀之前,無論東西方世界,都只有一些關於電磁現象的零星發現,算不上有系統的研究。

至於正統的電學與磁學,要從公元1600年吉伯特發表《論磁石》算起(請參考<女王與教皇>)。因此這個時候,圖中開始出現一大兩小的三股勢力。

而在兩個世紀之後,光學的成就仍遠遠領先電/磁學,舉凡光的成分(七種色光)、光的速度(已精確至1%),乃至光的本質(粒子說vs.波動說)都是很好的例子。至於光學儀器(望遠鏡、顯微鏡)更是在許多科學領域做出重要的貢獻。

到了十九世紀上半,隨著電學與磁學的加速發展,三強爭霸的局面逐漸形成。光學雖然仍是一門獨立的學問,其他兩強卻有越來越靠攏的趨勢。公元1864年,情況急轉直下,電學與磁學冷不防統一為「電磁學」,但更令人驚訝的是,與此同時光學也(被迫)成為電磁學的一員。

換言之,1864年不但是電磁學元年,也是「三分歸一統」的正式年份。

 

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