帕松亮點

帕松亮點 (Poisson Spot)
國立苑裡高級中學物理科王建揚老師/國立彰化師範大學物理學系吳仲卿教授責任編輯

一道光垂直照射在銅板上，在銅板後方會出現什麼樣的影子呢？如果你的答案是圓形的影子，那麼你的意思就是，當你站在本影的中心時，應該完全看不到光源吧！恭喜了！你的答案與17世紀著名的法國數學家及物理學家帕松（Simeon D. Poisson）的看法完全相同。只是如果依照惠更斯（Christian Huygens）光的波動說，光應該像聲波一樣，遇到障礙物會轉彎（繞射），障礙物後的觀察者應該還是看得到光！

通常教科書在介紹波動光學時，都會藉由水波槽實驗及楊氏雙狹縫干涉實驗的說明及演示，來建立光的波動說概念，只是水波與光在日常生活的經驗中，終究是兩種性質截然不同的現象，實在很難順利的說服學生相信光的波動說，而光的干涉實驗又如同魔術師的表演，只是讓人覺得不可思議，主觀上還是採取不相信的態度，因此在這種信心危機下，學習與思考都需要一段長時間的自我說服，或者利用以子之矛，攻子之盾的技巧，才有辦法破除某些迷思概念。

人類在光學的發展史上，也遭遇到類似的情形，此時帕松亮點的質疑與解決，對於光的波動說地位，產生了決定性影響。

雖然第一位挑戰光粒子說的學者湯姆士‧楊 (Thomas Young)，早在1802年已經完成了著名的楊氏雙狹縫實驗，證明光具有水波或聲波的性質，但卻未能說服大英科學組織 (British Scientific Establishment)及其他科學家完全相信光具有波動性。數年後，年輕學者菲涅耳 (J. A. Fresnel)獨立重覆了類似的狹縫干涉實驗，進一步推演出相關的數學理論之後，仍未能使當時的科學前輩完全信服。此時巴黎學會 (Paris Academy)以繞射作為1918年獎賞論文的主題，希望能藉此澄清光的粒子說和波動說所引起之爭辯。

菲涅耳也遞出他的論文參賽，而且表現非常突出，可以獲獎，但是當時評審委員會的主席帕松，認為波動說是錯誤的理論，因此菲涅耳不應獲獎，為了反駁波動說，還根據菲涅耳的理論計算推導出了一個荒謬現象：如果光具有波動性，當一點光源發出的光被一圓形不透明物體遮擋後，從圓形物體邊緣繞射的光，到達圓形物體的陰影中心時，因光程相同，應該會發生建設性干涉，如此一來，日常生活直覺上影子最暗的地方應該有一個亮點！

帕松很清楚的想要以子之矛，攻子之盾。不料，菲涅耳和另一位評審委員阿拉苟（Arago）過不久便以實驗證實了確有這麼一個不尋常的亮點在影子中心，如下圖。

帕松反而無意間提出一簡明的實驗，證明光的波動性。從此之後，光的波動性就逐漸為人們所接受了。後世就稱這個亮點為帕松亮點（Poisson spot）。

參考資料
周鑑恒，Poisson亮點的小掌故，科學月刊全文資料庫，1999年8月第 356期