天文學(xué)后，17世紀(jì)中取得最大成就的科學(xué)是光學(xué)，牛頓再一次成為主要的貢獻(xiàn)者。我們已經(jīng)看到，早期的希臘人已經(jīng)知道了光傳播的法則——在空曠的空間中直線穿行，在遇到鏡面時(shí)反射，與反射面形成的入射角和反射角相等。然后是托勒密，或者他同時(shí)代的某個(gè)人，研究了折射，并得到一個(gè)規(guī)則，盡管不夠精確，但仍然可以為其目的服務(wù)。

在這些規(guī)則基礎(chǔ)上，光學(xué)在后來(lái)的希臘人和阿拉伯人中——尤其是阿爾哈曾，以及后來(lái)培根之后中世紀(jì)歐洲科學(xué)家中，得到某種程度的集中研究。他們了解到如何制作透鏡和普通鏡，并了解如何應(yīng)用這些來(lái)改變光線的聚集和分散，以及將光線聚焦，這些研究在17世紀(jì)早期望遠(yuǎn)鏡發(fā)明，以及后來(lái)伽利略、開普勒和惠更斯等人的改善中達(dá)到頂峰。1621年，雷頓大學(xué)數(shù)學(xué)教授威里布里德·斯涅耳發(fā)現(xiàn)了正確的折射定律，但并沒(méi)有發(fā)表，直至笛卡兒在1637年將之公開，但是否出于獨(dú)立研究，不得而知。

在此基礎(chǔ)上，光學(xué)儀器技術(shù)開始發(fā)展，其基本原理在17世紀(jì)末已經(jīng)確立，其晚期的發(fā)展詳情和技術(shù)在此處不贅述。

所有這些構(gòu)成了我們所稱的“幾何光學(xué)”，即探討光線在沒(méi)有遇到新媒質(zhì)并發(fā)生折射的情況下，以直線傳播時(shí)所經(jīng)歷的軌跡。還有光學(xué)的第二分支——“物理光學(xué)”，主要探討一些特別的問(wèn)題，如什么是光，光為什么這樣，而這些在17世紀(jì)初之前還沒(méi)有進(jìn)入研究范疇。

我們已經(jīng)看到歐幾里得和托勒密怎樣對(duì)光和視覺(jué)的本質(zhì)產(chǎn)生了錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，他們遵從畢達(dá)哥拉斯派學(xué)者，認(rèn)為光從眼中發(fā)射出，并一路探索，直至落到眼睛所搜尋的物體上。但是阿爾哈曾在一部專著中對(duì)視覺(jué)的行為做出了正確的解釋，該專著仍然是17世紀(jì)光學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)教材。

開普勒在《對(duì)維泰洛的補(bǔ)充》（1604年）和《折光學(xué)》（1611年）中對(duì)阿爾哈曾的學(xué)說(shuō)做了進(jìn)一步闡釋，他將視覺(jué)描述為“視網(wǎng)膜的模擬感知”，并說(shuō)，眼睛中的晶體形成了視覺(jué)中物體的影像并作用在視網(wǎng)膜上。他認(rèn)為，視網(wǎng)膜包含一個(gè)精密的“視覺(jué)神經(jīng)”，當(dāng)光線通過(guò)晶體落在其上時(shí)會(huì)分解，如同可燃物質(zhì)在光線通過(guò)聚焦鏡落在其上所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)——“視紫紅質(zhì)”令人吃驚的前身，現(xiàn)在已知，其中的反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生視覺(jué)。他指出，在“視覺(jué)神經(jīng)”中所發(fā)生的化學(xué)變化必定非常持久，因?yàn)橐坏懒凉夂笠暰W(wǎng)膜的影像會(huì)持續(xù)片刻。他非常準(zhǔn)確地解釋說(shuō)，近視眼和遠(yuǎn)視眼是眼中晶體將光線帶到焦點(diǎn)，而該焦點(diǎn)沒(méi)有位于視網(wǎng)膜上。他還同樣非常準(zhǔn)確地解釋說(shuō)，我們可以判斷一個(gè)物體的遠(yuǎn)近，是因?yàn)槲覀兺ㄟ^(guò)兩眼看到該物體時(shí)的方向有差異——我們無(wú)意識(shí)中解決了該物體為頂點(diǎn)，兩眼連線為底邊的三角形的問(wèn)題。

這些都代表著長(zhǎng)足的進(jìn)步，但還不能令所有人信服。尤其是，笛卡兒回到了以前的觀點(diǎn)，認(rèn)為光線是從眼中發(fā)射出來(lái)后。他說(shuō)，我們看到周圍的物體，如同盲人用木棍感知周圍的物體。他對(duì)這些觀點(diǎn)做出具體說(shuō)明，認(rèn)為媒介中粒子與粒子之間壓力的傳輸造成了光的即時(shí)放散，而這些媒介充滿所有空間。在這個(gè)錯(cuò)誤的基礎(chǔ)上，笛卡兒構(gòu)建了錯(cuò)誤得令人難以置信的關(guān)于光學(xué)基本定律的證據(jù)，但這些證據(jù)獲得了某種聲譽(yù)，并無(wú)意中延遲了人們對(duì)羅麥發(fā)現(xiàn)的光速理論的接受。他對(duì)光的本質(zhì)進(jìn)行了一些思考，并猜測(cè)，顏色的差異來(lái)源于以不同速度旋轉(zhuǎn)的粒子，旋轉(zhuǎn)速度最快的粒子在眼中形成紅色，而較慢的旋轉(zhuǎn)依次形成黃色、綠色、藍(lán)色。

但是至此還沒(méi)有給出令人信服的答案來(lái)回答“什么是光”，或者對(duì)顏色的來(lái)源和含義做出令人滿意的解釋。很多猜測(cè)在流傳，但沒(méi)有足夠的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。隨著世紀(jì)下半葉的到來(lái)，需要對(duì)此類知識(shí)的認(rèn)識(shí)。

格里馬爾迪（1618—1663）　1665年在博洛尼亞出版了一本書，題為《光、顏色和虹膜的物理數(shù)學(xué)概念》，他是一位大學(xué)數(shù)學(xué)教授，耶穌會(huì)會(huì)士弗蘭西斯科·格里馬爾迪的遺腹子。該書含有對(duì)“衍射”現(xiàn)象的描述——即光的漫反射特性的最明確最令人信服的顯現(xiàn)，并給出一系列關(guān)于此題目的實(shí)驗(yàn)，但我們只對(duì)其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行描述即可以看到全貌。

圖6-3

在圖6-3中，兩個(gè)帶有小孔a、b的屏幕置于橫截面上，在它們下面是第三個(gè)屏幕，與二者平行，沒(méi)有任何改變。如果一束強(qiáng)光從頂部屏幕的開口處直接射入，底部屏幕的部分會(huì)被照亮，而部分仍然保持黑暗。如果光線沿直線傳播，可以明顯地看到c的每一部分都會(huì)顯示某種程度的光亮，無(wú)論強(qiáng)弱，但在c外面的部分則保持黑暗，因?yàn)楣饩€只有在彎曲某個(gè)角度后才可以到達(dá)這些區(qū)域。但是格里馬爾迪發(fā)現(xiàn)，事實(shí)上，光亮的部分延伸出c外很大一部分，這表明，光線并不限于直線傳播。格里馬爾迪和接下類的實(shí)驗(yàn)都是這個(gè)實(shí)驗(yàn)的變型，并都得出了同樣的結(jié)果。格里馬爾迪進(jìn)而發(fā)現(xiàn)，在陰影邊緣沒(méi)有光亮和黑暗的突然轉(zhuǎn)換，而是一個(gè)彩虹狀的色帶，他認(rèn)為這一定和彩虹同理。陰影的邊緣不僅出現(xiàn)顏色，而且還顯現(xiàn)出光亮和黑暗的有節(jié)奏的交替，他由此想起當(dāng)石頭投入池塘所造成的漣漪圈，并提出，如同列奧納多之前所提出的，光與波動(dòng)有某種程度的聯(lián)系。他通過(guò)將太陽(yáng)光在事先刮有不同平行線的鐵片上進(jìn)行反射得到了類似的色帶，這個(gè)草草制成的工具就是衍射光柵的最初雛形，并構(gòu)成現(xiàn)在每個(gè)光學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備的核心部分。

這里有很多關(guān)于光的本質(zhì)和顏色的含義的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，但是格里馬爾迪沒(méi)有提出有用的建議，只是堅(jiān)持說(shuō)顏色是光的修正現(xiàn)象，某種程度上是物質(zhì)精細(xì)結(jié)構(gòu)的結(jié)果。

虎克　在相同的1665年，羅伯特·虎克在英國(guó)發(fā)表了《顯微圖譜》。他對(duì)不同類的從中可以看到閃耀色彩物質(zhì)的薄層進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)——云母片、肥皂泡、漂浮在水面上的油層等。他發(fā)現(xiàn)，在每一點(diǎn)上看到的顏色取決于該點(diǎn)的層的厚度，在厚度緩慢改變的地方，當(dāng)然有不斷變化的顏色帶，虎克發(fā)現(xiàn)在這樣的地方，顏色是彩虹狀，并與彩虹的順序一致。

虎克想象到，白光是發(fā)光體的粒子快速振動(dòng)的結(jié)果，這些振動(dòng)從發(fā)光體中以球狀振動(dòng)的方式散開，當(dāng)這些勻稱的外流的振動(dòng)被打擾時(shí)，顏色便產(chǎn)生了?！盎镜念伾保{(lán)和紅，來(lái)源于以不同方式變得“傾斜和混亂”的振動(dòng)——當(dāng)振動(dòng)較弱的部分首先穿過(guò)時(shí)出現(xiàn)藍(lán)色，而最后穿過(guò)時(shí)出現(xiàn)紅光。

牛頓　在所有這些混亂的思路中，出現(xiàn)了牛頓，對(duì)他而言，用愛(ài)因斯坦的話說(shuō)：“自然是一部開放的書，可以毫不費(fèi)力地讀取。他將經(jīng)驗(yàn)中的材料提煉為秩序所用的那些概念似乎是從經(jīng)驗(yàn)本身自發(fā)流出，從他像玩具一樣按順序安排，并繼而用充滿愛(ài)心的細(xì)節(jié)進(jìn)行描述的美麗實(shí)驗(yàn)中自發(fā)流出。在他身上集中了實(shí)驗(yàn)者、理論家、機(jī)械師和至少是進(jìn)行展示的藝術(shù)家，他在我們之前，強(qiáng)大、確定，獨(dú)自一人?！?/p>

還在劍橋大學(xué)做學(xué)生時(shí)，牛頓已經(jīng)讀了開普勒的《折光學(xué)》，并親自投入打磨鏡片和思考望遠(yuǎn)鏡的性能。1666年，他在劍橋大學(xué)附近的斯陶爾布里奇市場(chǎng)買了一個(gè)棱鏡，并希望“用之嘗試顏色的令人興奮的現(xiàn)象”，他使用這個(gè)詞是因?yàn)楫?dāng)時(shí)棱鏡色彩已經(jīng)廣為人知。的確，鉆石商業(yè)總是盡力將鉆石進(jìn)行切割以最好地顯示出顏色。在本地市場(chǎng)上出售的棱鏡可能只是一個(gè)玩具，但正是通過(guò)這個(gè)透鏡，牛頓發(fā)現(xiàn)了顏色的秘密。

開始似乎沒(méi)有任何發(fā)現(xiàn)。在買回去不久，他就開始幫助劍橋大學(xué)的前輩數(shù)學(xué)主席巴羅教授改進(jìn)光學(xué)講義并將之發(fā)表。1669年這些講義最終出版時(shí)，牛頓繼任了巴羅的教授席位，而后者在書中對(duì)顏色的含義表達(dá)了非常奇異的觀點(diǎn)——白光是充足光，紅光是被陰影一樣的細(xì)縫所打斷的濃縮光，藍(lán)光是稀薄光，如同在藍(lán)色和白色粒子交替出現(xiàn)的物體中，在潔凈的介質(zhì)中，在白鹽與黑水混合的海中，等等。我們很難想像，如果牛頓當(dāng)時(shí)有更好的知識(shí)，他會(huì)將這些都予以發(fā)表。

他關(guān)于棱鏡實(shí)驗(yàn)的說(shuō)明出版于1672年，這是他第一個(gè)科學(xué)報(bào)告，也是他為數(shù)不多的沒(méi)有任何壓力和朋友催促的報(bào)告。這份報(bào)告受到激烈抨擊，將他陷入眾多爭(zhēng)議，使他對(duì)所有的科學(xué)討論感到厭煩，并出于對(duì)批評(píng)和爭(zhēng)議的恐懼，對(duì)出版任何材料都產(chǎn)生抗拒，他對(duì)批評(píng)感到手足無(wú)措。

他的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)解釋了顏色的真實(shí)含義，他在自己房間的頁(yè)窗上開了一個(gè)小洞，一束光線射進(jìn)屋內(nèi)并穿過(guò)他的棱鏡，（圖6-4）他發(fā)現(xiàn)光線射出時(shí)散成一束彩色光——光譜——彩虹的所有顏色，從紅色到紫色，都以彩虹中同樣的次序被看到：光束的長(zhǎng)是寬的5倍。任何人都可以做同樣的實(shí)驗(yàn)，很多人也的確做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，不同的是，牛頓做這個(gè)實(shí)驗(yàn)是想找到光譜怎樣會(huì)以這種方式散開。棱鏡的存在當(dāng)然使原來(lái)位置的紫光和紅光出現(xiàn)了位移，但是被拉出的光顯示，紫光被拉出的距離比紅光更遠(yuǎn)。秘密的第一部分現(xiàn)在顯現(xiàn)出來(lái)——不同的顏色意味著不同的折射度，在遇到折射面時(shí)，紫光折射角度比紅光大。為了檢驗(yàn)這個(gè)結(jié)論，牛頓令不同顏色的光再一次通過(guò)折射面，并將該直射面的角度設(shè)為與前折射面成90°。他這樣做只是想看看它們是否再一次產(chǎn)生同樣角度的位差，或者會(huì)產(chǎn)生新的其他變化，比如，繼續(xù)分解成為其他顏色。他發(fā)現(xiàn)，光的不同顏色在通過(guò)第二折射面時(shí)保持了各自的獨(dú)立性，紅色仍為紅色，紫色仍為紫色，每一種都與前一次經(jīng)歷了同樣程度的折射。他通過(guò)一系列設(shè)計(jì)完美的實(shí)驗(yàn)繼續(xù)擴(kuò)展和檢驗(yàn)他的發(fā)現(xiàn)，最終宣布他的結(jié)論，太陽(yáng)光是彩虹光的混合體，而且各種顏色是穩(wěn)定的——或者，如同牛頓所說(shuō)的“原生原態(tài)”，即不同成分的質(zhì)量，它們都經(jīng)歷不同程度的散射。

圖6-4

這至少可以部分回答了“什么是顏色”這個(gè)問(wèn)題，但是更加基本的問(wèn)題，“什么是光”仍然未得到解答。

現(xiàn)在，盡管牛頓的顏色理論得到了所有可以相象到的方式的檢驗(yàn)，但還沒(méi)有令所有人信服。虎克等人批評(píng)了這些發(fā)現(xiàn)，繼而產(chǎn)生了持久的討論，其中光的本質(zhì)不斷被提出來(lái)。牛頓曾經(jīng)對(duì)這項(xiàng)研究報(bào)遲疑態(tài)度，但是現(xiàn)在為自己的顏色理論進(jìn)行辯護(hù)時(shí)，不得不提到其他人的理論。例如，他在1675年建議說(shuō)，上面提到的虎克的假設(shè)可以這樣得到最佳解釋：試想，物體可以活躍起來(lái)，從而在“不同深度或亮度”的介質(zhì)（以太）上產(chǎn)生振動(dòng)，其中最大的部分產(chǎn)生紅色的感覺(jué)，最小或最短者產(chǎn)生深紫色，適中者產(chǎn)生適中的顏色，如同空氣中的波“由于其波長(zhǎng)大小不同產(chǎn)生不同的音節(jié)”。簡(jiǎn)而言之，他認(rèn)為，應(yīng)該將不同顏色與不同波長(zhǎng)的介質(zhì)振動(dòng)聯(lián)系起來(lái)，這正是一個(gè)世紀(jì)后波動(dòng)理論的內(nèi)容。但牛頓提出這些關(guān)于光和顏色的解釋是作為虎克理論的改進(jìn)，而不是自己的信仰。他自己也的確說(shuō)過(guò)一次，他更喜歡另外一個(gè)理論，即粒子和波動(dòng)理論。光以粒子的形式開始，刺激介質(zhì)中的波，但自己不是波，“假設(shè)光線是從發(fā)光物質(zhì)中向四處射出的小顆粒，當(dāng)它們遇到任何折射或反射界面時(shí)，必定在介質(zhì)中造成振動(dòng)，如同石塊在水中激起振動(dòng)一樣”，他提出，很多光學(xué)現(xiàn)象可以通過(guò)這樣一個(gè)假設(shè)解決，即不同振動(dòng)具有“不同深度或厚度，因?yàn)樗鼈兪艿搅怂f(shuō)的不同大小和速度的微粒子線的激蕩”。他說(shuō)，如果他要做出一個(gè)假設(shè)，那就應(yīng)該是前面這個(gè)，但“會(huì)解釋得籠統(tǒng)一些而不會(huì)確定光是什么，同時(shí)又要比僅僅說(shuō)‘某種在介質(zhì)中產(chǎn)生振動(dòng)的東西’更深入一些”。不管怎樣，他為那些需要假設(shè)的人做出了假設(shè)。

他繼而提出，有一種以太媒介，大約和空氣的組成一樣，但是更加稀薄、精細(xì)，有彈性且堅(jiān)韌。它并非固定不變，但是含有“以太主要的黏性物質(zhì)”，與不同的以太精體混合。牛頓認(rèn)為，電和磁現(xiàn)象和引力都似乎是這種混合物的有力證明。關(guān)于電現(xiàn)象，他認(rèn)為，當(dāng)一塊帶電玻璃吸引小的紙屑，紙的運(yùn)動(dòng)一定是“在玻璃上凝結(jié)的某種細(xì)小，但經(jīng)過(guò)摩擦變得稀薄的物質(zhì)”所引起的。這種稀薄了的以太可以在周圍的空間中流通，將紙帶走，最終回到玻璃并重新凝結(jié)……關(guān)于引力，他認(rèn)為地球的引力吸引的產(chǎn)生可能是由于“其他某類以太精體，不是黏質(zhì)類以太，而是某種通過(guò)它散布的非常稀薄精細(xì)的東西，也許是具有油膏性質(zhì)或黏而持久并有彈性的物質(zhì)的不斷濃縮而造成的”。但是光“不是以太，也不是以太的振動(dòng)活動(dòng)，而是從流體中傳播的某種不同類的東西”。這可以被想象成“不同流散質(zhì)的綜合體”或“不可想象的小的快速運(yùn)動(dòng)的不同大小的粒體”，它們從發(fā)光體中彈出，不斷增加速度，直至以太介質(zhì)阻止它們——如同落入水中的物體不斷加速，直至水的阻力與引力相等。

這都非常模糊，但卻是牛頓做出對(duì)之表示修正過(guò)的認(rèn)可的唯一關(guān)于光的假說(shuō)，這是關(guān)于光的粒子理論和波動(dòng)理論的奇怪的混合體，顯然是為了確保兩種優(yōu)勢(shì)，但其目的只是有助于想象，而不是絕對(duì)事實(shí)的陳述。

關(guān)于這一點(diǎn)，和許多其他的牛頓沒(méi)有自己明確觀點(diǎn)的問(wèn)題一樣，他以“問(wèn)詢”形式提出了建議，這些都發(fā)表在他的《光學(xué)》一書的末尾。在問(wèn)詢18中，在提出輻射熱的傳導(dǎo)媒介是否是“比空氣更精細(xì)的某種介質(zhì)”后，他繼續(xù)說(shuō)：“這種介質(zhì)難道不是與使光發(fā)生折射和反射，并且光通過(guò)其振動(dòng)傳播熱到達(dá)物體的介質(zhì)一樣的嗎？”但在問(wèn)詢29中，他問(wèn)道：“難道光線不是從發(fā)光體發(fā)出的非常小的粒體嗎？這樣的粒體以很好的線形穿過(guò)統(tǒng)一的介質(zhì)，而不會(huì)彎曲進(jìn)入另外的陰影處，這正是光線的本質(zhì)?！弊詈?，在問(wèn)詢30中：“粗大和輕小物體不會(huì)互相轉(zhuǎn)換嗎？物體不會(huì)從進(jìn)入它們組織的光的粒子中收到它們大部分的活動(dòng)嗎？”

這似乎是牛頓關(guān)于光的本質(zhì)的最后思考，但它們的提出顯示出很大的猜測(cè)性。在《光學(xué)》的大部分章節(jié)中，他都非常謹(jǐn)慎地堅(jiān)持說(shuō)，他的結(jié)果不依賴于任何其他關(guān)于光的本質(zhì)的特殊見解，而且明顯地避免使用看來(lái)似乎在暗示某種特殊觀點(diǎn)的字眼。這個(gè)淺顯的事實(shí)似乎是，他從未能確定光是粒子還是波動(dòng)。他通常的寫法是，從粒子開始，而終結(jié)于粒子在以太中激起的振動(dòng)。但鑒于粒子比振動(dòng)更易于理解，并對(duì)光的線性傳播做出了更為明顯的解釋，因而關(guān)于牛頓宣布光為粒子的說(shuō)法才散布開來(lái)。

250年后的科學(xué)再一次經(jīng)歷了這個(gè)階段：無(wú)法確定光是否包含波或粒子。某一段時(shí)間內(nèi)，人們甚至認(rèn)為它包含兩種，但我們現(xiàn)在知道，兩者都不包含。在當(dāng)時(shí)，常見的說(shuō)法是，牛頓贊同粒子理論而拋棄波動(dòng)理論表現(xiàn)出巨大的學(xué)識(shí)和卓越的遠(yuǎn)見，但是牛頓從沒(méi)有這樣做，即便他做了，贊譽(yù)之詞也不是他希望的。牛頓的目標(biāo)是，在有生之年找到一個(gè)理論來(lái)解釋關(guān)于光的所有知識(shí)。在這些關(guān)于光的事實(shí)中，我們現(xiàn)在知道，不止一個(gè)要求使用粒子理論；每一個(gè)都毫無(wú)例外地可以基于波動(dòng)理論進(jìn)行解釋，并在后來(lái)也的確得到了這樣的解釋。那些顯示出單純的波動(dòng)理論不足以進(jìn)行解釋的現(xiàn)象直到19世紀(jì)末才發(fā)現(xiàn)，這樣，牛頓對(duì)波動(dòng)理論的拋棄和對(duì)粒子理論的推崇一定非常嚴(yán)重地阻礙了光學(xué)的進(jìn)步。

惠更斯（1629—1695）　當(dāng)牛頓仍然為光的本質(zhì)進(jìn)行苦思時(shí)，在他發(fā)表《光學(xué)》之前，另外一個(gè)理論正在荷蘭由克里斯汀·惠更斯，一個(gè)外交官兼詩(shī)人的兒子進(jìn)行構(gòu)建。惠更斯在光中沒(méi)有看到任何粒子，并滿足于將之完全認(rèn)定為波動(dòng)。他的理論首先發(fā)表在1678年他發(fā)表巴黎科學(xué)院的一篇文章中，然后其完整和最終版本出現(xiàn)在1690年的《光學(xué)論述》。與笛卡兒、牛頓及其他的同時(shí)代人一樣，他認(rèn)為所有空間都充滿了某種介質(zhì)——“一種精密和有彈性的介質(zhì)”，并提出一個(gè)發(fā)光的物體以完美規(guī)則的時(shí)間間隔在這些介質(zhì)中造成攪動(dòng)。這些規(guī)則的律動(dòng)在介質(zhì)中產(chǎn)生規(guī)則的波動(dòng)，并以球形波的形式向各個(gè)方向傳播?；莞固岢觯ㄉ系拿恳稽c(diǎn)都受到攪動(dòng)的影響，而攪動(dòng)本身又形成球形波的一個(gè)新源點(diǎn)，這樣波形成自己傳播。

根據(jù)這個(gè)推測(cè)，他可以解釋很多光的特性，光的反射定律得到解釋，而光在較稠密介質(zhì)中的傳播速度較慢的理論立刻引導(dǎo)產(chǎn)生了斯涅爾的折射理論?；莞惯€給出證據(jù)證明光沿直線傳播，但這遇到了某些反對(duì)，在該理論完全失敗前出現(xiàn)了一些其他現(xiàn)象。

光的偏振。如果一片玻璃板放在印刷紙的上面，我們可以清晰看到字母，盡管可能由于散射會(huì)出現(xiàn)某些位移，但是，如果一片方解石放在印刷紙上，我們會(huì)看到雙層字母，因?yàn)榉浇馐幸粋€(gè)特性，可以將穿越其中的光線分解成向不同方向分散的兩種光束——“雙倍折射”特性，由丹麥物理學(xué)家伊拉斯莫斯·巴爾托林在1670年發(fā)現(xiàn)?；莞沟睦碚摲浅３晒Φ亟忉屃朔浇馐哪承┨匦裕峭耆荒芙忉屍渌F(xiàn)象。牛頓的理論失敗了，盡管他比惠更斯更接近真相，因?yàn)榕ｎD提出這種現(xiàn)象需要光線有“邊”。他提出我們現(xiàn)在所說(shuō)的“光的偏振”，這只需要一個(gè)非常簡(jiǎn)單的解釋，但牛頓錯(cuò)過(guò)了。

在平穩(wěn)的波中，空氣的任何一個(gè)粒子都以“縱向”進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，它在波傳播的方向上來(lái)回運(yùn)動(dòng)。例如，在鐘的聲波中，空氣的每一個(gè)粒子都交替做向著鐘和背離鐘的兩種運(yùn)動(dòng)，這與池塘的波不同。波在池塘中沿著池塘表面?zhèn)鲃?dòng)，但水的單個(gè)粒子不是這樣，它們的運(yùn)動(dòng)是上下方向的，也就是與表面呈直角，它“橫截”過(guò)波運(yùn)行的方向。

惠更斯的波是縱向運(yùn)動(dòng)，但是虎克現(xiàn)在說(shuō)光可能包括橫截波，這樣介質(zhì)的每個(gè)粒子都與光傳播的方向成直角運(yùn)動(dòng)，這意味著，在牛頓看來(lái)，光線有“邊”——在粒子運(yùn)動(dòng)的方向上有兩個(gè)邊，在與此成直角和與波的方向成直角的方向上和有另外兩個(gè)邊。

如果將虎克和牛頓的這些設(shè)想與惠更斯的觀察結(jié)果結(jié)合，光的理論可能會(huì)建立在一個(gè)比較令人滿意的波動(dòng)基礎(chǔ)上，因?yàn)楫?dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象還沒(méi)有這個(gè)理論所不能解釋的。但情況是，粒子理論大行其道，可能是因?yàn)榈玫搅伺ｎD這樣的權(quán)威學(xué)者的支持，并一直占據(jù)重要地位直到下一個(gè)世紀(jì)末，即楊（1773—1829）和菲涅爾（1788—1827）提出，已知的所有現(xiàn)象都可以用一種純粹的波動(dòng)理論來(lái)中和的時(shí)候。