阿拉果

阿拉果（Arago，Dominique Francois Jean，1786年2月26日—1853年10月2日），出生於法國東部庇里牛斯省埃斯特熱勒的一個具有西班牙加泰羅尼亞血統的中等地主家庭里，法國物理學家。

基本介紹

• 中文名：阿拉果
• 外文名：Arago,Dominique Francois Jean
• 國籍：法國
• 出生地：法國
• 出生日期：1786年2月26日
• 逝世日期：1853年10月2日

阿拉果的生平

阿拉果

1795年，阿拉果的父親當上了省造幣廠的司庫，於是全家遷居省的首府佩皮尼昂市，阿拉果在那裡完成了他的基礎教育。由於他立志要當拿破崙軍隊炮兵軍官，決心上綜合工科學校，於是他在15歲時就隻身去巴黎自學。兩年半內他掌握了考試所需的一切知識，還學習了歐拉的無限小量分析、拉格朗日的解析函式理論和分析力學、拉普拉斯的天體力學，使主考人蒙日大吃一驚，最後，蒙日給了他最高的評語。阿拉果1803年底入學，1804年經泊阿松推薦，擔任了巴黎天文台的秘書，從而認識了拉普拉斯等名人。

1806年畢業，阿拉果以第一的成績從綜合工科學校畢業，他畢業後擔任了經度局秘書；同年和畢奧一起參加遠征西班牙的大地測量隊。1808年法西戰爭爆發，阿拉果被囚禁數月。他輾轉數千里，在1809年帶了全部測量資料歸國。因貢獻突出，他在1809年被選入法蘭西研究院，得票甚至超過了著名的泊阿松。

1809年年底，在蒙日的推薦下，阿拉果接任蒙日的巴黎工藝學院的畫法幾何講座教授；又被拿破崙任命為巴黎天文台研究員。1816年又他當上了《經度局年報》的主要撰稿人，同年又和蓋·呂薩克共任《化學和物理學年報》的主編。

1820年以前，阿拉果和菲涅耳共同研究偏振光的干涉，重振光的波動說，與堅持光的微粒說的拉普拉斯、畢奧、泊阿松展開了激烈的論戰。1820年後，阿拉果轉向電磁學研究，以研究旋轉銅盤對磁針的效應而獲得了1825年的科普利獎。1830年，阿拉果出任天文台台長，並繼傅立葉之後擔任科學院終身秘書。

1830年7月革命後，阿拉果先後被選為家鄉和巴黎的議員；1848年2月革命中，臨時政府成立，他任海軍和陸軍部長、執委會主席，曾簽署過不少改革方案。6月革命後，阿拉果退出政界。

1850年，阿拉果的視力突然衰退，幾近失明，這迫使他放棄了計畫中的測定光密介質中的光速實驗，而由年輕的傅科和菲佐完成。1850年，他拒絕向路易·波拿巴政府宣誓效忠，毅然辭去經度局的職務，但未獲得批准。1853年10月2日，阿拉果在巴黎去世。他一生都執著於科學研究直到逝世，他也一直指導實驗並推動科學進步。

冒險家

阿拉果非常富於冒險精神，這充分的體現在了他的大地測量工作中。法國大革命勝利後，巴黎很快成為世界的科學技術中心，革命政府向科學家提出的第一個實際要求是統一法國的度量衡。

經拉普拉斯、拉格朗日和拉瓦錫等組成的委員會研究，認為首先要製作一個“世界各國萬古通用”(這句話刻在巴黎國際計量局保存的鉑銥標準米尺上)的標準尺，並確定標準單位米是地球經度圈(即子午圈)的四千萬分之一。由天文學家德朗布爾和梅尚，於1792年開始用三角測量法測出從法國敦克爾克到西班牙巴塞隆納南面的福爾門特拉島約9.5度的弧長，加上在秘魯的測量結果，聯合確定。在工作將完成時，由於梅尚的逝世而終止。

1806年，阿拉果和畢奧受託測量完成西班牙東北部最危險和艱苦的一段，到1808年測定福爾門特拉島緯度後，畢奧回國，留下阿拉果完成該島和馬略卡、伊薩維三島的三角測量。

這時法西戰爭爆發，阿拉果在馬略卡島山上點燃測量用火堆，被誤認為是引法軍入侵的信號，1808年6月阿拉果被捕並被囚禁在島上的要塞里；7月28日，阿拉果從監獄逃離；8月3日，他冒險潛入阿爾，喬扮成江湖商人，乘船回馬賽；18日船近港口時，阿拉果又被西班牙海盜截回，囚禁3個月後才釋放；坐船再赴馬賽，又被北風吹到阿爾及利亞的布日伊灣，由伊斯蘭阿訇帶路循陸路到阿爾及爾，途中多次遇到獅子騷擾。

阿拉果在阿爾及爾住了6個月，才乘船到馬賽，又受到檢疫隔離，在隔離期間，他最先收到了洪堡的賀信，回巴黎後兩人就住在一起，開始了他們之間長達40年的深醇友誼。

1818～1819年，阿拉果又和畢奧一起在英格蘭和蘇格蘭進行大地測量，對利茲和設德蘭群島進行科學考察。在拿破崙帝國快沒落時，阿拉果曾籌划去美洲新大陸，從加拿大考察到智利南端的含恩角，雖然最終沒有能夠實現，但他不怕艱苦勇於冒險的性格，由此可見一斑。

捍衛光波動學說

阿拉果長期受拉普拉斯學派教育，早年遵循微粒說觀點研究光學。在拉普拉斯體系中，光和熱、電、磁一樣，都是由無重量的微粒構成的流體，它們受物質分子的短程引力和斥力的作用，產生反射、折射、雙折射等各種光學現象；對分子相同的物質，折射率將和密度成正比。

阿拉果在學習期間已和畢奧合作研究光在地球大氣中的折射，以證明拉普拉斯在天體力學中提出的大氣由氧和氮的同心環組成、密度隨海拔變動的公式。阿拉果用實驗證明，溫度和壓強影響大氣折射，而空氣溫度及二氧化碳的含量可以忽略。

1808年馬呂斯發現了光的偏振現象，阿拉果就用偏振光以不同的入射角度投向各氣態、液態和晶態物質，結果發現了旋光現象。1810年，為了進一步弄清光的微粒的性質，他利用地球平動對源自不同恆星的光在稜鏡中的折射的影響，來確定恆星的大小是否影響光的速度。

囿於微粒說，阿拉果沒有得出光速不受地球平動影響的結論；但他仍然認為恆星發出不同速度的光微粒，而只有一定速度範圍內的光微粒才引起視覺。

阿拉果對微粒說信仰的動搖，始於1813年。當年他和珀蒂測定了許多液體和固體折射率，發現根本不存在微粒說所述的和密度成正比的關係；此外，他還認識到1801年楊的干涉理論能更好地解釋色偏振等實驗事實。因此，當1815年，當菲涅耳的關於光的衍射論文在法國科學院初次宣讀時，就得到阿拉果和珀蒂的全力支持，他們用折射實驗證明波動說的優越性，並回駁拉普拉斯等一個接著一個的攻擊。

1818年法國科學院因衍射問題征獎時，泊阿松根據菲涅耳應徵論文理論推得，小圓盤的陰影中心應該出現一個亮點，於是斷定波動說為謬論。然而阿拉果用實驗證明這種亮點確實存在，有力地支持了波動說。

按照微粒說，光的傳播速度在稠密介質中應較大，而按照波動說則相反。阿拉果1838年開始設計了一個判決性實驗，打算直接比較光在空氣、水和玻璃中的傳播速度。卻因1848年法國革命和1850年他失去視力，未及完成這一實驗就去世了。阿拉果在晚年鼓勵青年科學家繼續進行這項工作。後來傅科和斐索改進了他的設計，果然把這個實驗做成了，從而直接否定了光的微粒說。

阿拉果還和菲涅耳一起，系統地研究偏振光的干涉。明確雖來自同一光源但偏振面相互垂直的兩支光束，不能發生干涉。但菲涅耳用橫波完滿地解釋了光的雙折射和偏振後，阿拉果卻持保留態度。

廣泛的科學成就

阿拉果很關心儀器製作，1811年他發明了測定光偏振程度的偏振光鏡，以後又改進了這個設備，並用它得出光通過單光軸晶體的尋常光，和非尋常光的強度與入射光強度之比的公式，並用偏振計來區分熾熱氣體發射的中性光，和從液體或固體表面反射的部分偏振光，從而判定太陽邊緣是氣體，並確定月面和彗尾的光是反射光。並且發現石英有使偏振光方向旋轉的能力， 也就是物質的旋光性。

1820年，阿拉果得悉奧斯特發現電流的磁效應後，親自訪問了日內瓦的實驗室，驗證奧斯特實驗結果；又在巴黎重複此實驗，發現軟鐵的瞬時磁化。他像鼓勵菲涅耳那樣，支持安培完善他的電磁力理論，並成為安培理論的熱心宣傳者。

1822年，他和洪堡測量格林威治附近小山的磁場強度時，注意到磁針附近的金屬物對磁針的振動有阻尼作用，他考慮是否存在逆效應，即旋轉的銅盤能帶動附近的磁針轉動，實驗證明有此效應，他從而獲得了1825年度的科普利獎，並命名此盤為阿拉果盤。這個實驗震動了歐洲的物理學家，誰也不能解釋這個現象。法拉第在他著名的《電學實驗研究》一書的第2節中，稱譽它為"非凡的實驗"，在第4節中表示他的電磁感應實驗是"完滿解釋阿拉果現象的鑰匙"，並把長達69節的第4章命名為“阿拉果磁現象的解釋”，可見這一實驗影響之深遠。

1825年，阿拉果和杜隆合作，為避免蒸汽機爆炸，長期冒險測量高溫蒸汽的壓強，驗證玻意爾定律到24個大氣壓。

1830年以後，阿拉果的主要精力轉移到政治活動，他成為了著名的共和派人士，利用他的政治影響和在科學院、天文台中的職務，做了大量的科學組織和宣傳工作。

例如：他審定並公布了達蓋爾和涅普斯的最早的照相術，並給他倆發年金支持改進工作；他用法國自製的觀測設備，代替已使用百餘年的英國造的儀器，更新了巴黎天文台；參與並組織法國著名天文學家觀測1842年西班牙日全食；鼓勵勒韋里埃參加布瓦爾的天王星表工作，為發現海王星準備條件；他親自在天文台作經常的系統的天文普及報告；出版費馬和拉普拉斯著作；接收並擴充了以陳列中世紀工藝品著名的布呂尼博物館；發展鐵路和電報；改進塞納河的航運，開鑿格林內爾的噴水井等。

1848年2月，路易力浦王朝被推翻，臨時政府成立，阿拉果在臨時政府任職時，曾簽署改進海軍士兵供應，禁止鞭刑，廢除殖民地的黑奴取消政治效忠宣誓等法案。但他堅決反對布朗基、勒德律·羅蘭和布朗的社會計畫。1848年6月巴黎無產階級起義後，他退出政界。

阿拉果一生清廉，他在從政期間不取厚棒，仍拿他經度局那一份工薪；在海軍部長任內，他也拒絕一切獎贈。他熱情支持當時的科學技術研究和發明，尤其關心青年人的創新精神。

為了紀念這個偉大、富有冒險和創新精神的科學家，1879年，人們在佩皮尼昂市的廣場上樹立了他的銅像。

阿拉果的遺憾

阿拉果一向是光波動說的捍衛者，他和菲涅耳在光學上其實是長期合作的。菲涅耳關於光是橫波的思想，最初還是來源於托馬斯?楊寫給阿拉果的一封信。而對於相互垂直的兩束偏振光線的相干性的研究，是他和菲涅耳共同作出的，兩人的工作明確了來自同一光源但偏振面相互垂直的兩支光束，不能發生干涉。但在雙折射和偏振現象上，菲涅耳顯然更具有勇氣和革命精神，在兩人完成了《關於偏振光線的相互作用》這篇論文後，菲涅耳指出只有假設光是一種橫波，才能完滿地解釋這些現象，並給出了推導。然而阿拉果對此抱有懷疑態度，認為菲涅耳走得太遠了。他坦率地向菲涅耳表示，自己沒有勇氣發表這個觀點，並拒絕在這部分論文後面署上自己的名字。於是最終菲涅耳以自己一個人的名義提交了這部分內容，引起了科學院的震動，而最終的實驗卻表明他是對的。這大概是阿拉果一生中最大的遺憾，他本有機會和菲涅耳一樣成為在科學史上大名鼎鼎的人物。當時的菲涅耳還是無名小輩，而他在學界卻已經聲名顯赫，被選入法蘭西研究院時，得票甚至超過了著名的泊松。其實在光波動說方面，阿拉果做出了許多傑出的貢獻，不在菲涅耳之下，許多還是兩人互相啟發而致的。在菲涅耳面臨泊松的質問時，阿拉果仍然站在了菲涅耳一邊，正是他的實驗證實了泊松光斑的存在，使得波動說取得了最後的勝利。但關鍵時候的遲疑，卻最終使得他失去了“物理光學之父”的稱號。這一桂冠如今戴在菲涅耳的頭上。