眾所周知，埃菲爾鐵塔是法國(guó)巴黎最富盛名的地標(biāo)建筑，去往巴黎的游客一般都會(huì)游覽這個(gè)地方，但是塔身上鐫刻著的72個(gè)人名卻鮮有人注意。

這些人名都雕刻在埃菲爾鐵塔第一個(gè)平臺(tái)的四個(gè)壁面上，每個(gè)字母有半米多高，他們?nèi)慷际欠▏?guó)的物理學(xué)家、化學(xué)家、數(shù)學(xué)家、工程師以及其他領(lǐng)域的杰出人物，而奧古斯丁·菲涅耳正好是其中之一。

菲涅耳

1788年，菲涅耳出生于法國(guó)厄爾省布羅格利耶的一個(gè)建筑師家庭。他從小就體弱多病，在家里接受母親的啟蒙教育。

和愛(ài)因斯坦很像，年少時(shí)小菲涅耳并沒(méi)有表現(xiàn)出自己天才的一面，反而在學(xué)習(xí)上有些遲鈍，一直到八歲在閱讀上還存在障礙。

但到了九歲似乎突然開(kāi)了竅，開(kāi)始展現(xiàn)出自己在科學(xué)技術(shù)上的天分，獨(dú)立制造出了玩具弓箭和玩具槍。

1804年，菲涅耳以優(yōu)異的成績(jī)考入了巴黎綜合理工學(xué)院，在校期間，還是一直體弱多病，但他孜孜不倦地學(xué)習(xí)，成績(jī)依然優(yōu)異，在繪畫(huà)和幾何學(xué)方面表現(xiàn)尤為突出。

1806年畢業(yè)后，菲涅耳進(jìn)入法國(guó)國(guó)立路橋?qū)W校繼續(xù)深造。畢業(yè)后成為了一名工程師，主要進(jìn)行道路建設(shè)的工作。

1815年，拿破侖復(fù)辟，反對(duì)拿破侖的菲涅耳受到了迫害，被解除職務(wù)關(guān)押了起來(lái)?；F盧之戰(zhàn)，拿破侖戰(zhàn)敗被二次流放，百日王朝終結(jié)，波旁王朝再次復(fù)辟，菲涅耳才重獲自由。

恰恰是被關(guān)押的這幾個(gè)月菲涅耳開(kāi)始了幾項(xiàng)光學(xué)研究，其中關(guān)于衍射的研究甚至引發(fā)了光學(xué)革命。之

前菲涅耳只是在業(yè)余時(shí)間進(jìn)行研究，而這次關(guān)押讓他全身心投入到了光學(xué)中去。期間，他還寫(xiě)了一篇關(guān)于恒星光行差的論文，雖然這篇論文未能發(fā)表，但也是他工作中的一項(xiàng)重要成就，并為其以后的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。

1818年，正是第二次波粒戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)行得如火如荼之時(shí)，法國(guó)科學(xué)院舉辦了一場(chǎng)懸賞征文競(jìng)賽，競(jìng)賽題目是《利用精密的實(shí)驗(yàn)確定光的衍射效應(yīng)以及推導(dǎo)出光線通過(guò)物體附近時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況》。

競(jìng)賽評(píng)委會(huì)由很多著名的科學(xué)家組成，比如支持微粒說(shuō)的拉普拉斯、泊松、比奧和支持波動(dòng)說(shuō)的阿拉果。這場(chǎng)征文競(jìng)賽也成為了第二次波粒戰(zhàn)爭(zhēng)中的重要戰(zhàn)場(chǎng)。

1819年，名不見(jiàn)經(jīng)傳的年輕工程師菲涅耳在物理學(xué)家阿拉果和安培的鼓勵(lì)下，向征文競(jìng)賽組委會(huì)提交了一篇論文。這篇論文的核心就是后來(lái)被人們稱為惠更斯-菲涅耳原理的理論。

惠更斯原理是指波面上的每一點(diǎn)均為發(fā)射子波的波源，這些子波的包絡(luò)面就是新的波陣面?；莞乖砜梢院芎玫亟忉尮獾闹本€傳播、反射、折射現(xiàn)象，也能定性解釋衍射現(xiàn)象的成因。

但是其缺陷也很明顯：一是無(wú)法定量計(jì)算衍射波的強(qiáng)度分布；二是根據(jù)理論會(huì)有倒退波出現(xiàn)，這明顯和實(shí)際不符。

菲涅耳在惠更斯原理的基礎(chǔ)上，對(duì)子波的振幅和相位作了定量描述，同時(shí)又引入了相干疊加的概念——空間任一點(diǎn)振動(dòng)為所有子波在該點(diǎn)相干疊加的結(jié)果，最終形成的理論就是著名的惠更斯-菲涅耳原理。

菲涅耳闡述這套理論的論文推導(dǎo)嚴(yán)謹(jǐn)、天衣無(wú)縫，讓諸多評(píng)委為之贊嘆，但是堅(jiān)信微粒說(shuō)的評(píng)委泊松并不認(rèn)可這一理論，對(duì)這篇論文進(jìn)行了極為細(xì)致的審查，并使用論文中的理論進(jìn)行了計(jì)算，當(dāng)這個(gè)理論應(yīng)用于圓盤衍射時(shí)，陰影中心會(huì)出現(xiàn)一個(gè)亮斑，這個(gè)計(jì)算結(jié)果有悖于人們的直覺(jué)。

泊松也認(rèn)為這個(gè)很荒謬，于是拿著這個(gè)計(jì)算結(jié)果對(duì)菲涅耳的論文進(jìn)行質(zhì)疑。圓盤衍射陰影中央出現(xiàn)亮斑的確有些匪夷所思，這個(gè)質(zhì)疑差點(diǎn)讓菲涅耳的論文不能通過(guò)評(píng)委會(huì)審查。

萬(wàn)幸的是支持波動(dòng)說(shuō)的評(píng)委阿拉果堅(jiān)持進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)圓盤衍射陰影中央的確出現(xiàn)了一個(gè)亮斑，位置和亮度與理論計(jì)算結(jié)果完美吻合，菲涅耳的理論獲得了勝利。

泊松計(jì)算的亮斑本來(lái)是用來(lái)質(zhì)疑菲涅耳衍射理論的，最后反而成為支持這個(gè)理論的有力證據(jù)，圓盤衍射陰影中心的那個(gè)亮斑后來(lái)被誤導(dǎo)性地稱為泊松亮斑，更加增添了這個(gè)事件的戲劇性。

泊松亮斑

同年，菲涅耳還發(fā)明了菲涅耳透鏡，與原透鏡相比，菲涅耳透鏡對(duì)應(yīng)各處曲率相等，仍然可以起到透鏡的效果，只是焦距更短了。

這種設(shè)計(jì)比一般的透鏡減少了材料，體積更小、鏡片更薄，可以透過(guò)更多的光，同時(shí)也易于建造更大孔徑的透鏡。最早運(yùn)用在了燈塔上面，在生產(chǎn)生活中也有著廣泛地應(yīng)用，比如汽車頭燈、手機(jī)閃光燈、航母菲涅爾光學(xué)助降系統(tǒng)中都有菲涅耳透鏡的身影。

菲涅耳透鏡

菲涅耳以波動(dòng)學(xué)說(shuō)為基礎(chǔ)的理論很好地解釋了衍射現(xiàn)象，對(duì)光的微粒說(shuō)給予了沉重一擊，但是光的偏振現(xiàn)象卻不能很好地解釋。

為此，菲涅耳革命性地把光假設(shè)成橫波，并和前文提到的阿拉果一起對(duì)偏振光的干涉進(jìn)行了研究，于1821年發(fā)表了一篇論文——《關(guān)于偏振光線的相互作用》，使用橫波理論成功地解釋了偏振現(xiàn)象。

菲涅耳還發(fā)現(xiàn)了圓偏振光和橢圓偏振光，并對(duì)其進(jìn)行了解釋；推導(dǎo)出了著名的菲涅耳公式；解釋了雙折射現(xiàn)象和反射光偏振現(xiàn)象。

1823年，菲涅耳當(dāng)選為法國(guó)科學(xué)院院士，1825年當(dāng)選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1827年因肺結(jié)核病逝世，享年39歲。

常年疾病纏身并沒(méi)有擊垮菲涅耳，他仍孜孜不倦地攀登著科學(xué)高峰，在衍射和偏振兩方面做出了卓越的貢獻(xiàn)，被后世譽(yù)為“物理光學(xué)的締造者”。

【參考資料】

1圖書(shū)《大學(xué)物理下冊(cè)》，作者許三南、陸建、徐浦，機(jī)械工業(yè)出版社2005年8月。

2圖書(shū)《上帝擲骰子嗎？量子力學(xué)史話》，作者曹天元，遼寧教育出版社2006年1月。

【科學(xué)家簡(jiǎn)介】

奧古斯丁?菲涅耳（Augustin Fresnel,1788年5月10日-1827年7月14日）法國(guó)著名物理學(xué)家，是波動(dòng)光學(xué)理論的主要奠基人之一。

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