原子:两个钻石王老五:弗朗禾费(Fraunhofer)和傅里叶

上一篇 / 下一篇  2010-06-09 16:40:56/ 个人分类:原子吸收和质谱仪器的数学物理基础

  1799年的欧洲,太阳照常升起,天空碧蓝,法国的拿破仑正在准备一场匡日持久的战争。 在德国,一个12岁的少年刚刚失去双亲,他的苦难人生已经开始。此少年名叫弗朗禾费。如果没有意外,他将继承父亲的职业,成为一个磨镜片的工匠--其实磨镜片也能做成伟大的事业,比如他之前就有伽利略通过磨好的镜片做成的天文望远镜看到月球。

  弗朗禾费在渐渐成长,他很努力,18年后他30岁,成为一个光学仪器公司的经理。

  1814年,26岁的弗朗禾费发现了一件很重要的事情----太阳光的光线被棱镜色散以后,留下几条很黑很黑的暗线,他试图解释这些暗线的来历,但是一筹莫展。

  用同时代的法国的傅里叶的话来讲,弗朗禾费实际上是发现了连续频谱之中缺失的几根小线条。可惜当然他们两个人,命运各自流转,天各一方,但他们的命运还是很一些相似之处:他们都是单身的不结婚的人。

  太阳光里的暗线来源似乎是一个不小的难题,难住了很多人。但上天并没有给弗朗禾费更多的时间,作为光学家的弗朗禾费在有生之年还匆匆地干了不少事情,除了制造光栅,测量光的波长,他留下了平行光线通过一个狭缝以后留下的衍射花纹--弗朗禾费衍射花纹。

  在一般的紫外分光光度计中,都装有狭缝。光线通过狭逢的时候,当小孔相对比较大的时候,会出现小孔成象。可是,如果这个狭缝继续缩小,那么可能留下衍射花纹——就是太阳光照到肥皂泡之上的那种五颜六色的花纹。这自然是说明了光具有波动性。39岁那年,终生未婚的弗朗禾费离开了这个色彩斑斓的世界。

  他再也看不到这个世界的阳光,也无法解释他26岁那年发现的神秘事件。

  太阳暗线的问题留给了另外一个德国人,1860年的基尔霍夫。他把食盐放在火上燃烧,然后让连续光源去照射火焰。发现透过火焰之后,光谱之中也出现了暗线,而这个暗线的位置可以确定,正是钠元素燃烧以后在光谱中出现的位置。基尔霍夫于是可以非常肯定,太阳光的暗线,一定也是由特定元素的吸收引起的。但这关于原子吸收的篇章仅仅是故事的开端,因为基尔霍夫还明白了另外一件事情,那就是,任何物体的发射本领和吸收本领的比值与物体特性无关,是波长和温度的普适函数。这为后来的黑体辐射的研究提供了最初的理论框架。(当然基尔霍夫还对电路也深有感触,他的电流电压定律使得复杂的线性电路全部可以写成矩阵。 对基尔霍夫来说,电路就象河流一样简单。)


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