1801 年，一間封閉的烏漆墨黑的屋子裡，一個人這個趴在屏幕前面仔細的觀察著微弱的光斑。當他終於看清了屏幕上的那些奇怪的條紋以後。終於長出了一口氣，牛頓牛老爵爺，你錯了！……
牛頓在英國已經是大名鼎鼎的科學家，無數年輕的後輩都是看著他的那本《自然哲學之數學原理》踏上科學征程的。這個年輕人也不例外，他的名字叫托馬斯楊。
1773 年 6 月 13 日，托馬斯·楊出生於英國薩默塞特郡米爾弗頓一個富裕的貴格會教徒家庭。他兄弟姐妹共有 10 個，他是他家最大的孩子，他從小受到良好教育，自幼就天資聰穎，是個不折不扣的神童。兩歲的時候，就已經開始閱讀書籍，4 歲就能大量背誦古詩詞。無論是英文的還是拉丁文的。
9 歲就開始自己動手搞小製作，後來學會了搞望遠鏡、顯微鏡。動手能力開始顯現出來。14 歲就已經熟練地使用多種外語。希臘語、意大利語、法語那是不在話下。
讀書做筆記，隨便用。西方國家的語言不夠他學的，又開始學習東方語言。希伯來語、波斯語、阿拉伯語人家也全拿下來了。那時候歐洲人眼裡的東方，也就到中東附近，再遠就是印度了。
托馬斯·楊
19 歲的時候，托馬斯·楊來到倫敦學習醫學，他特別對眼科感興趣。對人眼的視力形成有研究。進而喜歡上了光學。牛頓的書，他是爛熟於胸。對於牛頓的《光學》他是非常熟悉的。對於當時科學界流行的兩種光學學說都很瞭解。
首先是微粒說，牛頓是微粒說的支持者。他們認為光是發射出來的粒子流，一個個的小炮彈被光源打出來。微粒說很容易解釋一些現象，比如光延直線傳播，比如反射。但是另外一派就不是這麼認為的。他們明確的認為光應該是一種波。他們發現，兩束光交叉以後，彼此之間毫無影響。
按照牛頓支持的微粒說，這是不可能的。兩挺機槍對著打，總會有些子彈在空中相撞，然後掉下來。可是這種現象在光這裡沒人看到過。兩束光對著照射，過不久，地下積累起一小堆光子？這不是天方夜譚嗎！
波動學說這一派的代表人物是惠更斯。惠更斯發現，兩個水波紋會彼此穿過。穿過以後互相不影響。那麼假如光是一種波，這事兒就好解釋啊。但是波動說也有麻煩，人家問題光的波長是多少呢？沒人知道光的波長是多少。波長公式是 λ=vt 。λ 是波長，v 是波速，t 是週期。可是這幾個值你一個都不知道。根本沒法測量。
在此後的 200 年裡，光學停滯不前。後輩們也一直也沒有能超越牛頓的《光學》。牛頓在力學方面的巨大成功使得人們都願意相信，牛頓的光學也是正確的。一直到拿破崙時代也還是這麼認為的，畢竟微粒說算是比較主流的一種說法。
托馬斯楊到了醫學院就讀。現在可以稱他為“楊大夫”了。他叔叔也是一位醫生，可以說正是因為這位叔叔的影響，楊大夫才最終確定學習醫學。不久後他叔叔去世了，給楊大夫留下了豐厚的遺產，房子有了、還留下了大量的藏書。他叔叔也收藏了不少藝術品，還有1萬英鎊的現款。楊大夫過上了衣食無憂的生活。
1794 年，楊大夫 21 歲，由於研究了眼睛的調節機理，他成為皇家學會會員。1795 年，他來到德國哥廷根大學學習醫學，一年後拿到了博士學位。後來他回了英國繼續學習。在劍橋，同學們都叫他“奇人楊”。
他哪國語言都懂，騎馬騎得非常好。而且人家還會雜技走鋼絲，他算是科學家裡面走鋼絲最棒的一位。各種樂器，他抬手就來，演奏水平相當的高1。這也為他後來研究波動學說打下基礎。樂器嘛，本來就是各種振動各種波嘛。
儘管楊大夫是個醫生，他還是非常喜歡物理學。自己閒暇時間也非常的多。畢竟衣食無憂，不用早九晚五的出門上下班。他一直在思考如何去驗證光到底是波還是粒子。
到了 1801 年，他總算想出個辦法來。先要有個光源，這好辦。然後要弄個板子扎個小眼兒。再找來另一個板子離得非常近的距離扎兩個小眼兒。這樣的話，一束光就被劈成了兩束，這兩束光來自於同一個光源。因為來自於同一光源。按照光的波動理論。這兩束光應該會發生干涉現象。他就期待能看到光產生的干涉條紋。
最終他如願以償的看到了條紋。他終於可以對著蒼天高喊一聲，牛爵爺，你錯了！光不是微粒，光是一種波，跟我們說話產生的聲音是一樣的波。
雙縫干涉示意
後來，楊大夫又以狹縫代替小孔，進行了雙縫實驗，得到了更明亮的干涉條紋。雙縫干涉可比小孔要亮多了，比較容易觀測。楊大夫把自己的試驗成果寫成論文發表了。但是根本沒人甩他的理論。最後他自己寫了一本書來闡述自己的波動理論。
但是也無人問津。據說只賣出一本出去。在這本書裡面他寫道：“儘管我仰慕牛頓的大名，但是我並不因此而認為他是萬無一失的。我遺憾地看到，他也會弄錯，而他的權威有時甚至可能阻礙科學的進步。”
楊大夫憑藉著自己的一己之力還是很難撼動祖師爺的權威。至於他那本書到底是誰買去了，現在搞不太清楚。那時候沒有現在的互聯網，傳播信息甚為不便。有些人有了類似的想法，卻沒法及時交流。他們甚至都還不知道彼此的存在。
然而楊大夫的這個發現，對於拉普拉斯來講，恐怕不是沒有影響的。拉普拉斯恐怕是瞭解到了楊大夫的試驗。按照楊大夫的波動理論，光並非微粒，而是一種波。那麼自己關於暗星的設想就完全是不靠譜兒的。雖然拉普拉並不見得認同這種波動說。保險起見，沒把握的東西，還是不要往《天體力學》這部書上寫了。
因此，拉普拉斯悄無聲息的刪掉了有關暗星的內容。光線與引力的第一次碰撞就這麼悄無聲息的黯然落幕。日後它們的命運會緊緊的糾纏在一起，遠溯到混沌初開之時。這是後話暫且不表。但是光學專家與天文學家巧不巧就是同一撥人，他們的糾葛才剛剛開開了個頭，好戲還在後頭呢。
拉普拉斯的《天體力學》仍然在一版一版的出。後續的幾卷不斷的面世。期間拿破崙邀請他入閣擔任內政大臣。8 個月就被踢出來了。拉普拉斯還是適合當一個科學家，政治這玩意兒他還是玩兒不轉。拿破崙總是譏笑他把“無窮小”帶進了內閣。不過還是封拉普拉斯為伯爵。後來拿破崙走背運，打了敗仗被迫退位。拉普拉斯到是穩穩當當的繼續當他的伯爵。
到了路易十八復辟回來當國王，反而封了拉普拉斯侯爵。那年頭隨風倒的人多了去了。拿破崙手下一大幫子人都是跳槽的高手。拉普拉斯最大的護身符，就是他的科學成就。不管是拿破崙也好，路易十八也罷，都知道科學家的珍貴。
大革命以後產生的督政府可就轉不過這個腦子。他們把非常優秀的化學家拉瓦錫砍了頭。拉格朗日到處奔走想免拉瓦錫一死，可惜沒能成功。拉格朗日一跺腳仰天長嘆，他們一下子就能砍掉拉瓦錫的頭。可是這樣的頭顱不知道多少年才會長出一個。
就在拉普拉斯和拉格朗日的這個時代。天體力學逐漸的成熟了。特別是提出了攝動理論之後。天文學家們發現，其實天體的軌道並不是像開普勒說的那樣是個簡單的橢圓。開普勒根據他老師第谷的觀測數據，經過好幾年的推算得出了行星運動三大定律。
- 橢圓定律所有行星繞太陽的軌道都是橢圓，太陽在橢圓的一個焦點上。
- 面積定律行星和太陽的連線在相等的時間間隔內掃過相等的面積。
- 調和定律所有行星繞太陽一週的恆星時間的平方與它們軌道長半軸的立方成比例。
有了這三條，牛頓在此基礎上推算出了萬有引力定律。
F：引力；G：萬有引力常數；M1、M2：兩個物體的質量；r：物體間距離
因為行星們離太陽非常遙遠。而且行星之間彼此的距離也不近。把太陽和行星彼此看作是一個質點來計算並無大礙。中學的物理課上經常就是這麼算的。但是，我要說但是，行星之間其實是互相有引力關係的。隨著一年又一年的觀測，微小的誤差越積累越大。同時觀測精度越來越高。到了拉普拉斯他們那個時代。已經不能不考慮這些行星之間的相互影響了。特別是行星裡面的老大木星的影響。拉普拉斯的一個貢獻就是告訴大家，這種複雜的情況是可以計算的。雖然顯得非常麻煩。行星在空間中走的是一條近似於橢圓的非常複雜的曲線。怎麼算，那要用到行星的攝動理論。當時天文學家們最發愁的就是天王星的出軌問題
發現天王星的赫歇爾正在磨製望遠鏡片
自打赫歇爾發現了天王星以後。在天文學界引起了轟動。過去人們總認為行星不過就是金木水火土這五顆。後來隨著哥白尼日心說深入人心，大家發現地球並不特殊，地球也是一顆行星。加起來不過 6 個。赫歇爾發現了第 7 顆行星。當然是刷新了大家的認知啊。大家從此知道，太陽系遠不像過去認為的那樣簡單。
大家去翻找故紙堆，看看前輩天文學家的觀測記錄裡面有沒有天王星的痕跡。一翻不要緊，發現過去人們早就記錄了天王星的位置。畢竟天王星最亮的時候有 6 等。在沒有光汙染的郊外，甚至肉眼勉強可見。人家天王星很給面子，還是比較亮的。好多古代的觀測記錄都有這顆天體。然而，大家都沒發現，這是一顆行星。大家由於各種緣故，都沒發現天王星居然會移動位置。紛紛與這顆行星失之交臂。
現在大家翻找出了不少的古代記錄，跟現在的觀測數據合併到一起來計算天王星的軌道。但是大家悲慘的發現。天王星怎麼都不按照天文學家們計算的軌跡去運行。人家溜溜達達的就出軌了。那好吧，是不是沒考慮到木星的影響呢。這可是攝動理論大顯身手的好機會啊。使用了攝動理論進行計算。果然算出來的軌道服帖了很多。基本跟天文觀測對上茬了。大家可鬆了一口氣啊。
好日子總是不長久，天王星消停了幾年之後。又開始出軌了。後來天文學家一談論到天王星的軌道問題，普遍腦仁疼。而且大家發現，帶上古代天文學家的觀測記錄吧。算出來的就不準。不帶上把，好歹能消停一陣子。難道是古代天文學家測錯了？不會吧！翻翻他們別的觀測記錄，好像精度都很高的樣子。那麼多顆星，都測對了，唯獨天王星測錯了。這也太巧了吧。而且那麼多人的記錄，難道大家齊刷刷的都把天王星這一顆星測錯了？這種可能性極小極小。
那是怎麼回事兒呢？大家百思不得其解。既然解決不了，歐洲天文學界不得不做起了鴕鳥。腦袋扎到沙堆裡，就當沒看見。天王星軌道的事兒就先往後放吧。天王星軌道異常，反正也不耽誤地球的運行，也不耽誤人類社會的運轉。可是有些事兒可是耽誤不起的，比如各大天文臺的重要工作之一便是編制修訂航海年曆。格林威治天文臺和巴黎天文臺都有這方面的任務。
往前追溯，格林威治天文臺和巴黎天文臺建立的動因之一，就是經度測量問題。英國好幾位最優秀的天文學家都擔任過格林威治天文臺臺長，比如弗拉姆斯蒂德、哈雷、布拉德利等等。法國的卡西尼家族甚至祖孫三代擔任巴黎天文臺臺長一職。
到了 19 世紀，擔任過巴黎天文臺臺長的人中有一位著名人物叫阿拉戈。他是一位物理學家，也是一位天文學家、數學家。他堅決支持楊大夫的波動學說。他的好朋友菲涅爾提出了類似的理論。菲涅爾跟楊大夫並不認識。菲涅爾過去是一位土木工程師，也是半路出家搞光學的。阿拉戈牽線介紹他們認識了。菲涅爾跟楊大夫關係很好，兩個人互相謙讓了一番，都說對方才是首創。現在楊大夫、菲涅爾、阿拉戈三個人勝利會師。三個人並肩作戰，攪得光學界風起雲湧。
光既然是波，那麼光既能夠表現出干涉現象，也會表現出衍射現象。菲涅爾就是首先對光的衍射現象做出精確描述的人。菲尼爾開始並不知道楊大夫的工作。楊大夫也在搞衍射方面的研究。後來楊 1817 年給阿拉戈寫信，他說自己有點兒開竅了。過去波動光學遇到的一系列問題是因為他以為光波是縱波。縱波就跟聲音一樣，是疏密波。
橫波與縱波
假如光波不是縱波，而是像水波紋那樣的橫波，那麼很多問題就迎刃而解了。比如光的偏振問題。
阿拉戈告訴了菲涅爾，楊大夫認為光波是橫波。其實菲涅爾不用阿拉戈傳遞消息。他早就自己悟到了這一點，他已經根據光是橫波的這一思想推算出了偏振光的干涉原理。反射折射都不在話下，還有非常奇怪的雙折射現象也能得到解釋。
透過雙折射晶體看到的圖像會出現重影。一束光分解成了兩束。
雙折射原理圖
菲涅爾把這一系列成就寫成論文準備發表。請阿拉戈跟他一起署名。阿拉戈臨陣猶豫了。雖然他支持波動光學。但是他還是感到沒把握，畢竟反對波動光學的拉普拉斯泊松這些人都是成了名的大腕兒。他這一猶豫就沒簽字，菲涅爾一個人署名。所以“物理光學之父”的名號就落到了菲尼爾的頭上。
阿拉戈雖然傾注了很多心血，而且對波動理論做了不少貢獻。無奈臨門一腳退縮了，榮譽也就離他而去了。當然他臨陣猶豫也不是僅有這一次。後來的一件大事兒恐怕他悔得腸子都青了。
1818 年，法國科學院提出了徵文競賽題目：
- 利用精確的實驗測定光的衍射效應
- 利用數學歸納法，計算出光通過物體周圍時的運動情況
菲涅爾計算了一大堆障礙物的衍射花紋，方的、圓的、扁的……寫好了報告提交給了評獎委員會。評獎委員會里面有阿拉戈，他自然是支持菲涅爾。但是他的反對者也不少，拉普拉斯、泊松、比奧是支持牛頓的微粒說的。還有保持中立的蓋呂薩克，人家兩邊兒不摻合。
菲涅爾
毫無疑問，菲涅爾遭到了微粒說支持者的一致反對。人家本來就不認同波動說。泊松數學非常好，人家本來就是數學家。他拿過菲涅爾的計算結果仔細看了看。提出了一個當時看起來匪夷所思的結論。按照菲涅爾的計算。假如用單色光來照射一個圓盤。圓盤的背後應該存在一個陰影。仔細調節距離。在陰影中見，會出現一個亮斑。這是誰都沒見過的現象。泊松認為，這根本就是胡扯。哪有這樣的事兒啊。他認為他已經駁倒了波動學說。菲涅爾和阿拉戈毫不猶豫的接受了挑戰。他們認為這個實驗是可以做出來的。是騾子是馬拉出來溜溜。實驗是檢驗理論最好的手段。果然，菲涅爾上演了讓科學界大跌眼鏡的一幕。
泊松亮斑
一束單色光照在圓盤上，圓盤後面的屏幕上形成了一個陰影。仔細調節屏幕的距離。果然發現在圓盤的中間有一個亮斑。泊松的預言被證實了。信奉微粒說的科學家被"啪啪"的打臉。特別是那個泊松。這個亮斑，就被稱為泊松亮斑。這可以算是一次見證奇蹟的時刻。菲涅爾高高興興的拿著獎回家了。這下子，信奉微粒說的全啞了。波動光學得到了大家的認可。菲涅爾也被尊稱為物理光學之父。
未完待續......
