设想一下，当你在大雨中疾跑。只要不是雨水被大风吹得相当斜，那么不论你朝哪个方向，是不是总是觉得雨水向你扑面而来？

   这正是1729年，James Bradley对光行差（http://en.wikipedia.org/wiki/Aberration_of_light）的解释。

（1）

   从1676年Romer第一次测算光速，到1729年Bradley通过光行差测定光速，虽然只过了50年，但是光学史上的重要人物Huygens和Newton已经进行了重要的关于波动学说和微粒学说的"论战"。所以我们讨论一下他们的"论战"，对理解Bradley的计算方式和思想，是有重要意义的。

    少年时读科普，存在两个误解。其一，是认为Huygens和Newton的“论战”相当火爆；其二，是以为“以太”是牛顿和惠更斯为了论战而引入的。

    实际的情况是：其一、这种“论战”非常君子，和牛顿与莱布尼茨以及牛顿和胡克的辩论完全不同。其二、“以太”是17十七世纪和18世纪大家普遍接受的观念。

（2）

      “以太”实在是自然而然的一种想法，就象中国人讲”气“一样。比如，1282年，文天祥决然赴死，就写下《正气歌》，其开篇就讲：

       天地有正气，杂然赋流形。下则为河岳，上则为日星。于人曰浩然，沛乎塞苍冥。  

     从诗里可以看出，”气“是无所不在的，虽然变化成各种形象，但是是”夹杂“在各种具体事物和人物中的，而且，塞满了”苍冥“。

     所谓”以太",其实非常类似中国的“气”，塞满了所有的空间，但是具体的事物又可以穿行其间，而且说不定，构成这些我们可以接触的实际物体实际上就有一部分就含有“以太”（http://en.wikipedia.org/wiki/Aether_(classical_element)）。

      古希腊神话中，“以太”是“新鲜、纯粹的气”，是上帝呼吸之用。按照古希腊神话，“以太”充满了宇宙。到了希腊哲人们的手里，“以太”就成为“风地水火”之外的第五元素。所以到了惠更斯讨论光的传播的时候，寻找“以太”作媒介，是再自然不过的事。这就好比我们中国人总要讲“气”。

（3）

       Huygens在1678年前后，以波动的方式，解释了光的折射和衍射现象。其使用的方式，称为“波前理论”。示意图如下（http://en.wikipedia.org/wiki/Huygens%27_principle）：

图1 惠更斯的波前理论

如图1所示，光之所以会发生折射现象，是因为行进中的光波碰到新的媒质的界面时（比如从空气进入水时），波的传播速度发生了变化。分析这种变化的方法很简单，就是将同时传递的波看着是波面，图上蓝色的一系列平行线，就是不同时刻传出的波面；当传过来的波碰到界面时，我们将波碰到的界面的每一点看做是一个新的波源，我们称为子波源（图中的黄点示意了一些子波源）；我们依照同一波面到达界面的时间，和波在新媒质中的传播速度，在新媒质中画出球面（图是二维的，所以我们变成了画圆），如灰色线所示，先到达界面的子波源在新介质中走得远些，所以画得大些，反之则画得小些；最后，我们再做这些球的公切面或者圆的公切线，就得到了绿色面所示的新的波前。新的绿色波前前进的方向，就是波进入介质的前进方向。显然，波速不同，就算是蓝色行进进入介质的方向相同，其在新介质中的前进方向也不同。而且，很容易看出，在新介质中，这个波速越慢，波偏折得越厉害。我们现在知道，波速越慢，说明介质的折射率越大。而惠更斯的理论还可以大致解释衍射现象，到了100多年后，经过Fresnel的发展，可以非常精准地解释衍射和干涉。

从以上模型可以看出，波速对折射的解释至关重要，这也是为什么Huygens一定要向Romer要艾奥的测量数据计算光速的重要原因。而且，既然光是一种波，在真空中传播，按照当时的理解，自然需要介质，那当然是“以太”。（那个时候，已经有非常清楚的“真空”的概念了，但是地球之外是不是真空，则概念不详；但是在1648年，我们已经知道随着海拔的升高，空气会越来越稀薄。（http://en.wikipedia.org/wiki/Vacuum ，http://en.wikipedia.org/wiki/Blaise_Pascal）而当时的观念中，真空中也应该充满以太）。

（3）

按理而言，牛顿应该是Huygens的支持者，因为最早的光干涉现象正是牛顿在1717年分析的，那是牛顿环（Newton‘s Ring，http://en.wikipedia.org/wiki/Newton%27s_rings）。牛顿环的现象早在1664年Rorbert Hooke的书中就已经记载了，牛顿给这个现象的解释，实际上是使用的波动的理论。

和我们年少时被科普的所谓牛顿的微粒说不同，牛顿的“微粒”，被其称为corpuscle的东西，实际上应该是被嵌在以太的波动中运动的。

（http://en.wikipedia.org/wiki/Corpuscular_theory_of_light）这些corpuscle，极小，但是有形状、颜色等等物理性能。

那么牛顿问什么要引入corpuscle的概念呢？是这样，在1666年，牛顿在圣三一学院（Trinity College, Cambridge）用棱镜将白色的阳光分解成了七彩光，这是最早的光的色散实验。如果使用corpuscle，那么光的各种颜色实际上是不同颜色种类的corpuscle引起的。这样的解释通顺得多。

进而言之，光的偏振（polarization，http://en.wikipedia.org/wiki/Polarization_(waves)）则预示着光是横波，与Huygens认为光是纵波的概念也不一致，因此牛顿给corpuscle加上非球形的形状，这样corpscle在与其传播的方向垂直的方向上就可以有不同的偏振方向，这也利于解释光穿过晶体的双折射（http://en.wikipedia.org/wiki/Birefringence）现象。

那么，如何解释光的衍射和折射呢？牛顿依然保留了以太，corpuscle是在以太的波动中运动的，而且以太波的速度比corpuscle运动得快；而corpuscle的运动方式，主要是填补以太在波动时“松开”的位置的空位（http://en.wikipedia.org/wiki/Luminiferous_aether）。

总而言之，通过比Huygens多加进corpuscle以后，解释起问题来容易多了。

所以，当James Bradley测量光行差的时候，对光的理解，就是那些在以太的缝隙间跑动的corpuscle，而他要测量的，就是corpuscle在以太中的跑动速度。

（4）

一段闲话。

据记载，Huygens和牛顿在1689年在伦敦相见，讨论了冰洲石，做了些关于科学思想的辩论。（我急需读到有关著作，但是Google给出的资料好像都要翻墙，我都检索不到，急需帮助。作者注）但是两个人明显态度比较和蔼。这远远不能跟Huygens和Robert Hooke的争论比，因为这场争论涉及到谁先发明了表里用的游丝（http://en.wikipedia.org/wiki/Balance_spring）；更不能将这场争论和牛顿与Robert Hooke比，因为这场争论涉及到谁先发现了万有引力。

显然，大多数情况下，关于真理的争论，跟现世的利益和名声相比，无论如何要轻得多。所以，我不太理解科学网上关于相对论的争论的火爆程度，也许是出于无聊吧。

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回复吕喆兄：游丝是专利权，在17世纪第一次有了精准的计时，误差从每天接近1小时，变成了每天10分钟。

万有引力大家都认为是对的，绝对没有关于对错的争论，意味着当世的巨大名声（当然也有利益）。胡克认为牛顿是在他的刺激下才做出公式来的，而且他已经告诉了牛顿力与距离平方成反比。牛顿承认有胡克的提示，但不承认胡克提到了距离平方。