光的干涉与衍射现象都表明,光的本质具有波动性。那它究竟是横波还是纵波呢?这个问题值得深入探讨。
大家都知道,波动是由质点的振动传递的。质点的振动方向与波的传播方向之间的关系,决定了波是横波还是纵波。横波的特征是质点的振动方向与波传播方向垂直,而纵波则是质点的振动方向与传播方向平行。光波的振动方式是不可直接观察的,因此我们无法仅凭判断它是横波还是纵波,必须借助其他实验来验证。
以绳波为例,假如让一根绳子穿过一个窄缝。如果绳波的振动方向与窄缝的方向一致,那么这根绳子会顺利通过窄缝继续传播。与此不同的是,如果声波的传播方向与窄缝垂直,那么声波的振动会受到窄缝的阻挡,无法穿透过去。纵波的传播方式却并不会被窄缝阻挡,仍然能够通过。
再看一个关于声波的实验。假设在声源的后方放置了两条窄缝,无论我们如何调整这两条窄缝的方向,声音的强度似乎始终不变。而纵波同样能通过这两条垂直的窄缝。通过这两个实验,我们可以得出结论:纵波不受窄缝的影响,可以轻松通过,而横波则会受到限制。那么,基于这一原理,我们也可以利用窄缝实验来检测光波是横波还是纵波。
接下来,我们进行一个经典的光学实验。我们取两片偏振片,每片都有一个固定的方向,这个方向被称为“透光方向”。只有沿着这个方向震动的光才能通过偏振片。假如用手电筒的光照射偏振片,经过两片偏振片后,观察到明显的光斑。这时,两片偏振片的透光方向是相同的。接着,我们将第二片偏振片旋转90度,结果我们会发现光斑消失了。
为什么会这样呢?这主要是因为,手电筒发出的光本身是一种自然光。自然光中,沿不同方向振动的光波都混杂在一起,而偏振片只能让某一特定方向的光波通过。当我们将偏振片的方向调整到与光波的震动方向相光就可以顺利穿过偏振片;而当两个偏振片的震动方向相互垂直时,光波便被完全阻挡,光斑就消失了。
这个现象能够证明光的波动性,并且表明光波是横波。因为只有横波能够按照特定的振动方向发生偏振。通过这一实验,我们能够清楚地看到,光的偏振特性验证了光波是横波,而非纵波。
光的干涉、衍射和偏振现象都表明,光波是一种横波。自然光本身包含了沿所有方向振动的光波,经过偏振片后,能够形成特定方向震动的光波,这种现象进一步证明了光的横波性质。